1 引言
    
       在航空工業(yè)中，鈑金零件是組成現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)體的主要部分，約占飛機(jī)零件總數(shù)量的70%，制造工作量約占整架飛機(jī)勞動(dòng)量的15%，并有品種多數(shù)量少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外廓尺寸大、剛性小等特點(diǎn)，直接影響飛機(jī)整機(jī)質(zhì)量和生產(chǎn)周期。
   
       鈑金件分為直線型彎曲件和復(fù)雜型面零件。對(duì)于直線型彎曲件目前采用多處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的壓彎?rùn)C(jī)已占主流，可自動(dòng)而連續(xù)地對(duì)后擋架和滑塊位置進(jìn)行測(cè)量，與給定值進(jìn)行比較以便校正，并可利用數(shù)控系統(tǒng)預(yù)選油缸油壓，可調(diào)節(jié)后擋架的運(yùn)動(dòng)速度且可自動(dòng)編程。對(duì)于復(fù)雜型面零件的成形較為復(fù)雜，其成形設(shè)備有蒙皮拉形機(jī)、型材拉彎?rùn)C(jī)和噴丸成形機(jī)。蒙皮拉形機(jī)的固有難題是確定適量的預(yù)拉力，其值應(yīng)在材料屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度之間，否則會(huì)過(guò)早地出現(xiàn)金屬疲勞。
   
       精密鈑金成形技術(shù)常用的方法有橡皮囊液壓成形、數(shù)控蒙拉、型拉、滾彎成形技術(shù)、超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)及沖擊成形技術(shù)。這些技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造中并成為鈑金成形的傳統(tǒng)成形方法。其中超塑成形技術(shù)的應(yīng)用是鈑金成形的一個(gè)飛躍，其應(yīng)用機(jī)種有F-15B,EAP,EFA,ATF,F-SEIF,B-1B及狂風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)等，其應(yīng)用的材料也從欽合金發(fā)展到鋁鏗合金和鋁合金。70年代起，英國(guó)Alcan，美國(guó)Acoa和法國(guó)的Penchiney等公司以及前蘇聯(lián)投人大量人力和物力研制并開(kāi)發(fā)鋁鏗合金成形技術(shù)。在國(guó)外，鋁銼合金構(gòu)件從80年代中、后期開(kāi)始小批量在飛機(jī)上試用，應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，應(yīng)用機(jī)型有F-15B, EAP,EFA,F-22,F-SE/F,B-1B等等，應(yīng)用的部位有機(jī)身框架、襟翼翼肋、電子設(shè)備蓋板、飛機(jī)前艙、垂直安定面、整流罩、發(fā)動(dòng)機(jī)通道門(mén)、飛機(jī)檢修艙門(mén)及一些壁板件，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

    
    2 精密鈑金成形技術(shù)
   
       精密鈑金成形技術(shù)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(shù)。成形工藝是與成形時(shí)所用機(jī)床設(shè)備和工藝裝備(模具等)密切相關(guān)的。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)不僅提高鈑金工藝技術(shù)水平，而且提高鈑金零件成形質(zhì)量和提高鈑金機(jī)械化自動(dòng)化水平，減少手工勞動(dòng)量。其研究范圍包括:飛機(jī)鈑金成形變形量自動(dòng)控制技術(shù)研究;超塑成形/擴(kuò)散連接結(jié)構(gòu)工藝和檢測(cè)方法研究;機(jī)翼整體壁板噴丸強(qiáng)化技術(shù)研究;鈑金柔性制造系統(tǒng)的研究等。鈑金零件加工的特點(diǎn)主要是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)方式?jīng)Q定的。鈑金零件構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的框架和氣動(dòng)外形，零件尺寸大小不一，形狀復(fù)雜，選材各異，產(chǎn)量不等，品種繁多。大型飛機(jī)約3}5萬(wàn)項(xiàng)鈑金零件，而其中的個(gè)別項(xiàng)目只有一兩件。另外，零件有較復(fù)雜的外形，嚴(yán)格的重量控制和一定的使用壽命要求，并且對(duì)成形后零件材料的機(jī)械性能有確定的指標(biāo)，與其它行業(yè)的鈑金零件相比技術(shù)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(dú)特的工藝技術(shù)。就技術(shù)水平而言，從手工操作、半機(jī)械化直到柔性制造系統(tǒng)，加工難度差異很大。

    
    2.1超塑成形技術(shù)(SPF)
    
       按照實(shí)現(xiàn)超塑性的條件(組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài)等)分類，主要有3類超塑性:細(xì)晶超塑性、相變超塑性和其它超塑性。而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是細(xì)晶超塑性，獲取這種超塑性除了要求材料具有等軸細(xì)晶組織和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以外，還須滿足兩個(gè)條件:變形溫度T＞Tm(Tm為材料熔點(diǎn)溫度，以絕對(duì)溫度表示);應(yīng)變速率低(10-0} 10-'s協(xié)。SPF技術(shù)有3種基本成形方法，即陰模成形、區(qū)域成形和陽(yáng)模成形，其中應(yīng)用最普遍的是陰模和區(qū)域成形。陽(yáng)模成形需要專用設(shè)備，其生產(chǎn)的零件壁厚比較均勻。陽(yáng)模成形方法實(shí)際仁是將超塑性氣壓成形的方法與拉伸成形的工藝結(jié)合起來(lái)，得到的深腔板成形件腔底與腔壁的壁厚差很小，對(duì)氣瓶類零件的成形加工具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

    
    2.2 超塑成形/擴(kuò)散連接組合工藝
   
       擴(kuò)散連接的標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(kuò)散而達(dá)到連接的方法。隨著SPF/ DB組合工藝應(yīng)用的發(fā)展，擴(kuò)散連接涵義又?jǐn)U展為大變形/有限擴(kuò)散的連接方法。用于SPF/ DB組合工藝的擴(kuò)散連接方法主要有3種:小變形固態(tài)擴(kuò)散連接、過(guò)渡液相擴(kuò)散連接和大變形/有限擴(kuò)散連接。在擴(kuò)散連接過(guò)程中應(yīng)采用惰性保護(hù)氣體或真空，以防止氧化層的形成和生長(zhǎng)。
   
       對(duì)于欽合金而言，SPF和DB技術(shù)條件和工藝參數(shù)具有兼容性，因此有可能在構(gòu)件研制中把兩種工藝組合在一個(gè)溫度循環(huán)中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)成形和連接。欽合金SPF/DB構(gòu)件主要有3種形式。在采用SPF/DB組合工藝進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)中，可以先DB后SPF(DB/SPF)，也可以先SPF后DB(SPF/DB)o DB/SPF工藝過(guò)程中.構(gòu)件的芯板結(jié)構(gòu)由板面的止焊劑圖案而定，構(gòu)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(diǎn)是零件在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需開(kāi)模;兩道工序則有以下優(yōu)點(diǎn):DB可用氣壓或機(jī)械壓力，也可選用其它連接技術(shù);SPF前可對(duì)DB質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè);DB和SPF的溫度可各自優(yōu)化，氣壓更易控制;可同時(shí)連接幾個(gè)部件，提高加工經(jīng)濟(jì)性。
   
       而在SPF/ DB工藝過(guò)程中，首先根據(jù)構(gòu)件加強(qiáng)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(wèn)題是輔助DB比主要DB困難，DB只能靠氣壓提供壓力，另外，氨氣中的雜質(zhì)和經(jīng)過(guò)SPF后脫落的止焊劑容易導(dǎo)致DB連接質(zhì)量下降。

    
    2.3 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(guò)工件并同時(shí)使材料產(chǎn)生塑性變形的技術(shù)，其塑性變形深度以及形成的壓應(yīng)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(jìn)了疲勞性能、斷裂韌性以及應(yīng)力腐蝕抗力。激光沖擊大約是在1965年在Batell實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的，當(dāng)時(shí)由于缺少可靠的、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(yīng)用，用來(lái)減輕軍用發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)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(jìn)公司)與L1NL(勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)有獨(dú)特的貢獻(xiàn)。MIC公司使激光沖擊技術(shù)得以工程化，LINL公司則提供可靠的脈沖激光源，脈沖重復(fù)頻率比以前提高了10倍，從而縮短了處理時(shí)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(xiàng)合作研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃，其重點(diǎn)是沖擊的應(yīng)用。MIC公司激光沖擊分部新近又安裝了2臺(tái)LINL公司的商用激光系統(tǒng)，用于處理渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件。現(xiàn)代激光沖擊系統(tǒng)L1N L-MIC的沖擊系統(tǒng)采用的新型的玻璃、閃光燈泵浦激光器。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
   
    ①系統(tǒng)參數(shù)系統(tǒng)的平均功率為125 W，脈沖寬度10-100ns，脈沖能量20J，脈沖重復(fù)頻率SHz,矩形激光器光點(diǎn)。
   
    一般說(shuō)，典型的激光沖擊參數(shù)為:脈沖寬度10-30ns，脈沖能量10~20J，脈沖重復(fù)頻率3Hz,激光點(diǎn)尺寸為3~5mm的矩形。
   
    ②表面準(zhǔn)備將激光源指向金屬工件仁經(jīng)準(zhǔn)備的表面。設(shè)定工件內(nèi)有一平面段處于沖擊位置。沖擊處理前在該表面施加一層不透明的"可燒熔的油或帶"，在燒熔層上還有一層透明的流動(dòng)水的"夯實(shí)層"。
   
    ③激光脈沖將激光器脈沖向下件表面沖擊。脈沖的光子穿過(guò)透明的夯實(shí)層，被燒熔層吸收，并迅速出現(xiàn)擴(kuò)大的等離子云。等離子云被水層夯實(shí)在表面上。夯實(shí)的等離子云的膨脹，供工件表面在10~100ns內(nèi)壓力增到1~10GPa.
   
    ④塑性變形表面形成的平面激波然后穿過(guò)工件，從而形成塑性變形的材料表面。激光沖擊中的高塑性變形率產(chǎn)生的塑性變形區(qū)遠(yuǎn)比其他沖擊技術(shù)深得多。但冷作硬化程度小于1%。

    
    2.4 液壓成形
   
       以液壓囊為彈性凹模(或凸模)，以油為傳壓介質(zhì)，使金屬板材在凹模(或凸模)上成形的方法稱為橡皮囊液壓成形，簡(jiǎn)稱橡皮液壓成形或液壓成形。液壓成形工藝早在50年代就被航空工廠采用。但是由于設(shè)備條件的限制，壓力只有80~400k·N/cm2，屬于低壓橡皮成形，零件成形后需手工校形。成都飛機(jī)工業(yè)公司從瑞典ABB公司引進(jìn)了一臺(tái)7.7萬(wàn)噸液壓機(jī)，具有壓力高、臺(tái)面大的特點(diǎn)，零件成形后手工校形量較小，為提高液壓零件的成形質(zhì)量提供了良好的條件。

    
    2.5激光技術(shù)
   
        近年來(lái)出現(xiàn)的激光技術(shù)可以說(shuō)是給鈑金加工帶來(lái)了又一次革命，激光切割和激光成形應(yīng)運(yùn)而生。采用激光切割加工板料，"模具更換"等價(jià)于在NC(數(shù)控機(jī)床)系統(tǒng)中插人新的加工(切割或成形)程序，所以模具管理問(wèn)題被NC程序的裝卸問(wèn)題所代替。而且CAD/CAM技術(shù)和現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合為尖端生產(chǎn)技術(shù)(如FMS)提供了新的柔性生產(chǎn)工具。激光切割與CAD/CAM技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)加工各種復(fù)雜幾何形狀自動(dòng)化過(guò)程，其中需要采用許多先進(jìn)技術(shù)，如產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的專家數(shù)據(jù)庫(kù)等?，F(xiàn)代生產(chǎn)大都是多品種小批量生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)率，鈑金沖裁應(yīng)采用成組套裁，即在一塊板料上同時(shí)加工出多種零件。產(chǎn)品的幾何形狀輸人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)后，CAD/CAM系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理，自動(dòng)計(jì)算圖形的周長(zhǎng)和面積，并且自動(dòng)地進(jìn)行組合排樣，然后由計(jì)算機(jī)專家數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生出生產(chǎn)過(guò)程文件，最后進(jìn)行NC編程，將生產(chǎn)過(guò)程文件變成控制信息，如加工參數(shù)、切割路線等。激光切割可克服對(duì)于材料厚度和零件尺寸以及精度要求不同時(shí)需要重新制造和更換模具的缺點(diǎn)?，F(xiàn)代鈑金加工多采用沖床與激光切割相結(jié)合的組合式加工中心。
    
       激光成形技術(shù)是一種新型鈑金成形工藝，是通過(guò)激光束對(duì)工件進(jìn)行局部加熱，而后用水或氣體急劇冷卻，從而成形零件。激光成形技術(shù)不需要夾具、模具和外力，因而大大降低了成本，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。通過(guò)對(duì)激光束加熱和冷卻的精密控制，可以有效地控制材料變形。采用激光成形技術(shù)，可以彎曲板材、成形錐體和球體形狀;并可以在管子的特定區(qū)域作凸緣、膨脹或收縮。激光成形技術(shù)尤其適合于傳統(tǒng)方法難以或不可能成形的硬質(zhì)材料和脆性材料成形。激光成形工藝由兩步組成:①激光束沿材料表面移動(dòng);②材料受熱區(qū)進(jìn)行適合的快速冷卻。這兩步工序-加熱和冷卻產(chǎn)生局部、瞬時(shí)、立體的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，使材料發(fā)生變形。零件的形狀(材料的變形方式和變形程度)可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)控制。由于材料局部溫度的驟增是短時(shí)間的，所以工件的材料性能不受影響，材料強(qiáng)度通常不會(huì)降低，有時(shí)還能增大。