精密鈑金成形技術

 發(fā)布日期：2021-6-28

　　精密鈑金成形技術是將金屬板料、型材、管材等 半成品, 利用材料的可塑性, 在不產(chǎn)生切削的情況 下制成各種薄壁零件的加工技術。成形工藝是與成 形時所用機床設備和工藝裝備 (模具等) 密切相關 的。該技術的開發(fā)不僅提高鈑金工藝技術水平, 而 且提高鈑金零件成形質(zhì)量和提高鈑金機械化自動化 水平,減少手工勞動量。其研究范圍包括: 飛機鈑金 成形變形量自動控制技術研究; 超塑成形/擴散連接 結構工藝和檢測方法研究; 機翼整體壁板噴丸強化 技術研究; 鈑金柔性制造系統(tǒng)的研究等。鈑金零件 加工的特點主要是飛機的結構特點和生產(chǎn)方式?jīng)Q定 的。鈑金零件構成飛機機體的框架和氣動外形, 零 件尺寸大小不一,形狀復雜,選材各異,產(chǎn)量不等,品種 繁多。大型飛機約 3～5 萬項鈑金零件, 而其中的個 別項目只有一兩件。另外, 零件有較復雜的外形,嚴 格的重量控制和一定的使用壽命要求, 并且對成形 后零件材料的機械性能有確定的指標, 與其它行業(yè) 的鈑金零件相比技術要求高,加工難度大。其加工方 法除采用傳統(tǒng)方法外,還有本行業(yè)獨特的工藝技術。 就技術水平而言,從手工操作、半機械化直到柔性制 造系統(tǒng),加工難度差異很大。

　　1. 超塑成形技術(SPF) 按照實現(xiàn)超塑性的條件(組織、溫度、應力狀態(tài) 等) 分類,主要有 3 類超塑性:細晶超塑性、相變超塑 性和其它超塑性。而實際生產(chǎn)中應用最廣泛的是細 晶超塑性, 獲取這種超塑性除了要求材料具有等軸 細晶組織和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以外, 還須滿足兩個條 件:變形溫度 T>Tm(Tm 為材料熔點溫度,以絕對溫度 表示) ;應變速率低(10- 4 ～10- 1 s- 1 )。 SPF 技術有 3 種基本成形方法,即陰模成形、區(qū) 域成形和陽模成形, 其中應用最普遍的是陰模和區(qū) 域成形。陽模成形需要專用設備,其生產(chǎn)的零件壁厚 比較均勻。陽模成形方法實際上是將超塑性氣壓成 形的方法與拉伸成形的工藝結合起來, 得到的深腔 板成形件腔底與腔壁的壁厚差很小, 對氣瓶類零件 的成形加工具有獨特的技術優(yōu)勢。

　　2. 超塑成形/ 擴散連接組合工藝 擴散連接的標準定義為: 被連接的表面在不足 以引起塑性變形的壓力和低于被連接工件熔點的溫 度條件下, 使接觸面在形成或不形成液相狀態(tài)下產(chǎn) 生固態(tài)擴散而達到連接的方法。隨著 SPF/ DB 組合 工藝應用的發(fā)展,擴散連接涵義又擴展為大變形/ 有 限擴散的連接方法。用于 SPF/ DB 組合工藝的擴散 連接方法主要有 3 種: 小變形固態(tài)擴散連接、過渡 液相擴散連接和大變形/有限擴散連接。在擴散連接 過程中應采用惰性保護氣體或真空, 以防止氧化層 的形成和生長。 對于鈦合金而言, SPF 和 DB 技術條件和工藝 參數(shù)具有兼容性, 因此有可能在構件研制中把兩種 工藝組合在一個溫度循環(huán)中,同時實現(xiàn)成形和連接。 鈦合金 SPF/DB 構件主要有 3 種形式。 在采用 SPF/DB 組合工藝進行多層結構的生產(chǎn) 中,可以先 DB 后 SPF(DB/SPF), 也可以先 SPF 后 DB (SPF/DB)。DB/SPF 工藝過程中,構件的芯板結構由板 面的止焊劑圖案而定, 構件生產(chǎn)可在一次加熱循環(huán) 中完成,也可分為兩道工序。一道工序的特點是零件 在生產(chǎn)過程中無需開模; 兩道工序則有以下優(yōu)點: DB 可用氣壓或機械壓力, 也可選用其它連接技術; SPF 前可對 DB 質(zhì)量進行檢測;DB 和 SPF 的溫度可 各自優(yōu)化,氣壓更易控制; 可同時連接幾個部件,提高 加工經(jīng)濟性。 而在 SPF/ DB 工藝過程中, 首先根據(jù)構件加強 要求形式涂止焊劑或焊接, 然后外層板和芯板沿周 邊 DB 并氣壓成形, 最后在超塑溫度和壓力條件下, 完成芯板之間以及芯板和外層板之間的 DB。該工 藝的主要問題是輔助 DB 比主要 DB 困難,DB 只能 *氣壓提供壓力,另外,氬氣中的雜質(zhì)和經(jīng)過 SPF 后 脫落的止焊劑容易導致 DB 連接質(zhì)量下降。

　　3. 激光沖擊 激光沖擊是一種將激光束以脈沖形式?jīng)_擊金屬 表面形成一種平面波, 穿過工件并同時使材料產(chǎn)生 塑性變形的技術, 其塑性變形深度以及形成的壓應 力深度明顯比其他大多數(shù)表面處理的大, 從而大幅 度改進了疲勞性能、斷裂韌性以及應力腐蝕抗力。 激光沖擊大約是在 1965 年在 Batell 實驗室開 發(fā)的, 當時由于缺少可*的、高脈沖頻率、高平均功率的激光器而未能工程化。直到 1997 年才在通用 電氣公司( GE) 首次獲得商業(yè)應用, 用來減輕軍用發(fā) 動機風扇葉片前緣的外物損傷。最近兩年, 生產(chǎn)用 激光沖擊能力顯著提高。在這方面, MIC( 金屬改進 公司) 與 LINL( 勞倫斯利弗莫爾國家實驗室) 有獨特 的貢獻。MIC 公司使激光沖擊技術得以工程化, LINL 公司則提供可*的脈沖激光源, 脈沖重復頻率 比以前提高了 10 倍, 從而縮短了處理時間, 提高了 生產(chǎn)率, 并降低了成本。MIC 公司和 LINL 公司資助 一項合作研究與開發(fā)計劃, 其重點是沖擊的應用。 MIC 公司激光沖擊分部新近又安裝了 2 臺 LINL 公 司的商用激光系統(tǒng), 用于處理渦輪發(fā)動機零件。