飞机胶接内面板零件成形的研究

张可锋

摘 要：飞机胶接内面板零件用材料为2024-0（包铝）厚度为0.3 mm，此类零件大量用于机翼的各种内置舱结构中。该文通过试验，以理论为指导并结合零件结构特点，制定出合理的工艺方案，充分利用工装，解决了零件成形中出现的回弹过大、拉裂和鼓动等问题，满足了飞机对零件外形及表面质量要求。

关键词：胶接内面板 液压成形 型胎

中图分类号：V22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0053-01

某飛机研制中，在机翼的各种内置舱（如后缘内襟翼舱、副翼舱）中大量应用了一种典型的零件结构形式：胶接内面板零件，如图1所示。此类零件属于薄板类零件，材料为2024-0（包铝），厚度仅为0.3 mm，最终材料状态为T42，尺寸很大，零件有1～4个凹腔，且凹腔和腹板的转角弧度较小，深度相对较深。因凹腔和腹板面的型面要求配合间隙公差不大于0.2 mm，零件理论型面复杂且要求严格，给零件的成形带来较大难度（图1）。

1 零件成形的技术关键及措施

该类金属面板为胶接件，料厚仅为0.3 mm，根据技术规范零件表面质量要求高，整体要求平整，因而其关键是确定合理的工艺制造过程。由于零件成形后续无表处程序，则使用金属的钣金工具会导致零件表面产生无法清除的锤痕、凹坑等缺陷，而且在成形的过程中还要防止皱纹和松动不平，由此看出零件用手工方法很难达到预期效果。如果松动、扭曲不能排除，就会导致零件报废；即使有零件能合格交付，表面质量也达不到要求。因此首选液压成形的方法以保证零件的外形和表面质量。

由于该类零件材料薄，型面为双曲面，且凹腔尺寸过大、深度相对较深。因此液压成形时，在凹腔区转角的上下缘弯曲圆弧处和在转角区域以外的平面处容易产生拉裂和收缩纹缺陷[1]。零件凹腔封闭，在液压过程中气体会残留在凹腔内，造成鼓动的现象，但若在成形工装的凹腔型面上留排气孔，液压后会在零件表面造成局部压痕，严重影响表面质量。

2 工艺方法和模具加工方案

2.1 工艺流程的确定

对于此类内面板胶接件一般采用液压模具成形。首先是提带较大余量的零件毛料，使其能包住整个型胎，一般比型胎周边大出80～100 mm，则下料尺寸为1500×1000，由于零件壁薄，可先对零件进行固溶处理。按材料标准AMS-QQ-A-250/5A中2024铝合金包铝材料薄板的力学性能，在未达到室温时效T42状态之前，AQ状态和W状态下成形可以提高零件材料强度[2]，并获得良好的材料流动性能，提高零件的可成形性。

在室温下保持AQ状态将板料在校平机上校平，液压成形过程在不稳定的固溶处理状态（W状态）完成，整个过程应在20分钟之内完成，这样避免了零件成形后淬火变形难以消除的缺点。用QFC1.4X4-1000液压机成形时，先选择凹模，再确定压力值，按低压到高压的顺序，初步确定以二次压力成形的方法制造，期望尽可能的以最小延伸率获得所需零件的外形。

2.2 型胎加工

零件加工的过程中以凹模为主体，盖板采用凸模，按凹模研合加工，凸凹模材料为整体材料7A04-T6，考虑到有利于零件材料的流动，胎体工作面粗糙度为。根据以往加工经验，0.3 mm薄板液压成形均会回弹，将型胎修出回弹量0.8 mm（沿型）。

3 零件的成形过程

3.1 毛料热处理方式

由于零件表面质量要求较高，因此在成形前进行固溶热处理，在W状态液压成形。采用以下具体措施：先将板料预制成半圆筒状，中间夹铝丝间隔，装挂时要将其长轴或主轴沿垂直方向。

3.2 液压过程

3.2.1 二次加压液压成形

试验件液压成形时，不带盖板，将比型胎胎面稍大的硬橡皮垫板垫在零件之上，隔绝与液压机橡皮囊的直接接触。0.3 mm金属面板用型胎液压成形的过程，可简化为一个盆形件的拉伸成形。拉伸成形过程中调整拉伸力和压边力的大小可改善零件的成形性能，压边力不应过大和过小，过大时零件容易拉裂，压边力太小时，零件会出现皱纹。为了调整面板盆窝周圈单位面积所受的力P1与盆底单位面积所受的力P2，使其基本相等，采用加垫板方式，既能保护液压机橡皮囊，也能保证零件接触面受力均匀。第一次液压机加压为50 Bar，压完后零件整体盆窝形状已基本成形，其R角处和型胎贴合较好，但盆窝底部局部有鼓动，零件周圈附近有微皱纹。第二次加压力250 Bar，使零件凹腔部分基本贴胎，零件微皱纹消除，但零件盆窝底部和盆窝之间的筋部出现了无法修复的鼓动现象。

3.2.2 蒙拉—液压成形

为了解决零件产生鼓动现象，零件热处理后增加拉伸成形工序，将零件在型胎面上拉伸校正，以获得良好的型面特征，符合基本型面后再进行液压成形[3]。第一次压力为50 Bar，第二压力为200 Bar。加压完毕发现在零件盆窝底部、盆窝之间的筋上鼓动现象更改明显。分析后认为零件壁薄，拉伸过程时间过长，零件已经逐步时效硬化，零件强度提高，因此成形更加困难。

3.2.3 解决措施

经过论证、试验和计算，考虑了零件的表面质量，我们对型胎进行了改进。第1次在型胎凹腔的对角拐角处各加一个Φ1的排气孔，合计6个，这样既不会在零件上留下印痕，也保证了液压时腔内空气的排出。仍然采用二次加压液压成形方式，成形出的零件在盆窝之间的筋部仍有鼓动现象。于是，第2次确定在型胎上两凹腔中间的筋的最高点降低了0.6～0.8 mm，两端不变，让其弧度变大，并在筋上增加了两个Φ1的排气孔，共计4个，实践证明很好的解决了回弹问题，零件表面质量有了明显提高，鼓动现象消失。

4 结论

通过对飞机胶接内面板零件工装技术条件的确定，成形过程的分析，以及零件加工的实践，掌握了这类零件的成形工艺过程及控制要素，满足飞机研制进度要求，为后续的飞机批产奠定了坚实的基础。

参考文献

[1] 朱取才，李伟，付三令，等.新型钣金成形翻边冻结筋工艺研究[J].模具技术，2013（4）：42-43.

[2] 刘英智.5A06板材钣金成形件退火工艺研究[J].金属加工：热加工，2012（13）：52-56.

[3] 黄懋衡.液压技术在钣金成形工艺中的应用[J].液压与气动，1990（3）：29-32.