飞机超薄铝合金钣金零件成形技术

◎吕知先

在无人机设计与制造过程中，为了增强飞机的载荷能力以使其可以安装一定重量的机载设备，需要降低飞机的自重，因此对飞机进行减重设计极为重要。对飞机内部结构进行减重是飞机减重的主要途径，基于此，可选用超薄铝合金材料进行飞机钣金零件的制备，进而使飞机的整体自重得以有效降低。基于此，本文对飞机超薄铝合金钣金零件成形技术展开探讨具有重要意义。

一、超薄铝合金材料成形过程中存在问题的影响因素分析

1.成形工艺性的影响。

由于材料具有一定的塑形变形特性，利用这一特点可以实现金属材料的成形加工。材料的冷变形加工性能越强说明该材料具有较高的可成形特性。金属材料内部晶体的晶格出现滑动会导致金属材料出现塑性变形，如果晶格之间的滑动面较多，其所产生的塑形变形量也会相应提升，因此金属材料就具有较好的成形工艺性，在制备结构复杂的零件时较易成形。在环境状态不变的情况下，所使用的材料厚度越小，其晶体内部晶格之间的滑动面也会相应减少，此时材料将不会出现较大的变形，因此此种材料的成形工艺性会明显下降，因此在制备外形结构简单的零件时可使用超薄材料。在应用超薄材料进行成形加工时，如果其变形量相对较大，材料的受压缩部位就会出现不稳定的情况而导致出现起皱现象，甚至使材料出现断裂，因此与厚板材料相比，超薄材料的成形工艺性相对较低。

2.材料性能的影响。

由于钣金零件制造时，所应用的材料是采用冶炼的方式制备而成，因此材料内部会存在一定的残余应力，如其所含有的残余应力较大，在加工过程中零件出现变形的几率也会相应提升，这是导致冷加工出现变形的主要因素之一。在出现变形之前，板材中所残留的残余应力大小是一致的，并且分布较为均匀，而一旦板材出现变形，其中所存在的残余应力大小将会发生变化，并且应力分布的平衡会被打破，进而在钣金零件变形后会出现鼓动或边缘松动等问题，如钣金零件的制备材料相对较厚，其具有较大的刚性，对变形具有一定的抵抗能力，在残余应力的作用下不易出现变形现象或者变形相对较小。在用超薄铝合金材料进行钣金零件制备时，由于其材料厚度较小，刚性不足，因此难以有效抵御变形问题的发生。在残余应力作用下，一旦应力发生变化，将会导致钣金零件发生变形，且变形极为严重。此外，由于超薄铝合金材料的刚性相对较小，在对钣金零件进行搬运时也会导致其上出现明显的折痕。

3.热处理过程的影响。

在对钣金零件进行淬火时，由于热力作用会导致其内部结构发生变化，如果淬火操作技术不规范，将会导致零件变形现象的发生。在成形加工过程中，可以对操作技术进行严格的规范与控制，如果出现轻微变形，可在后续加工中对零件的变形问题予以合理的修整，进而提升零件质量。然而如果是由于淬火等热处理问题而导致的变形或产生的变形过大，将无法进行变形量的调整与消除，并且所应用的材料厚度越小，其所产生的变形也会更加严重，且变形的消除将会更加困难。

二、提高飞机超薄铝合金钣金零件成形技术的有效对策

1.及时更新钣金成形设备。

钣金加工对设备的依赖性较强，新工艺、新技术的应用必须以先进的加工设备作为依托，如钣金成形机、数控蒙皮拉伸机、数控折弯机、液压橡皮成形机等。在利用先进设备的同时，结合材料的机械性能，确定合理的工艺参数，辅以人工修形，就能获得符合图纸尺寸要求的零件。如果使用的设备较为陈旧或设备老化严重，设备的性能和精度已减弱到了极限。如果不对这些设备进行更新换代，加工制造工艺技术方面的创新和进步将受到严重制约，加工能力也将受到严重影响。

2.降低热处理变形问题的发生率。

热处理过程中，因材料内部组织的改变引起的变形是无法避免的，而因操作方法不当引起的变形是可以控制的，因此，在超薄材料零件热处理过程中，应摸索一套正确的操作方法，使零件热处理产生的变形达到最小，以便于消除。

3.加强材料的预拉伸处理。

对材料进行预拉伸处理的目的主要有两方面：一是能在较大程度上消除材料内部的残余应力，二是提高材料的刚性和抗屈服强度。目前国内尚无预拉伸薄板材料的生产厂家，只能将材料通过蒙皮拉伸机在单曲度很小的模胎上进行预拉伸处理，即将M 状态材料在新淬火状态下，或用CZ 料再经淬火后，通过蒙皮拉伸机使材料产生一定拉伸变形，以消除材料内部的残余应力。材料经拉伸变形后，在很大程度上消除了材料内部残余应力。同时，材料经过变形产生了一定的冷硬化，使材料的刚性和抗屈服能力得到一定程度的提高，从而最大限度地减小了材料在成形过程中因刚性不足和残余应力的变化而引起的非变形区域的变形。

4.设计与应用叉车、搬运箱架系统。

由于超薄材料成形的钣金构件（特别是蒙皮构件）刚性太弱，抗屈服能力差，在搬运过程中，稍不注意就会使材料或零件产生"马蹄印"的折痕。从领料到零件交付之间的所有环节都要由人工进行搬运和装卸，难免不出意外。因此，为了减少材料在加工过程中和零件交付搬运时的问题，应建立手动叉车、搬运箱架系统，尽可能减少人为搬运，进而有效降低钣金零件上出现折痕等问题，以免钣金零件的质量受到影响。

结语：在对飞机超薄铝合金钣金零件进行成形加工时，要采用科学的方式有效消除变形问题。应及时进行钣金设备的更新，降低热处理过程中出现变形的现象，并在加工前先进行材料的预拉伸处理，同时还应设计与应用叉车及搬运箱架系统，以此减少超薄铝合金材料出现变形的问题，进而提高超薄铝合金钣金零件的成形质量，以便于在保证飞机整体制造质量的前提下，应用大量超薄铝合金钣金零件而有效降低飞机的重量。