飛機超薄鋁合金鈑金零件成形技術

◎呂知先

在無人機設計與制造過程中，為了增強飛機的載荷能力以使其可以安裝一定重量的機載設備，需要降低飛機的自重，因此對飛機進行減重設計極為重要。對飛機內部結構進行減重是飛機減重的主要途徑，基于此，可選用超薄鋁合金材料進行飛機鈑金零件的制備，進而使飛機的整體自重得以有效降低。基于此，本文對飛機超薄鋁合金鈑金零件成形技術展開探討具有重要意義。

一、超薄鋁合金材料成形過程中存在問題的影響因素分析

1.成形工藝性的影響。

由于材料具有一定的塑形變形特性，利用這一特點可以實現金屬材料的成形加工。材料的冷變形加工性能越強說明該材料具有較高的可成形特性。金屬材料內部晶體的晶格出現滑動會導致金屬材料出現塑性變形，如果晶格之間的滑動面較多，其所產生的塑形變形量也會相應提升，因此金屬材料就具有較好的成形工藝性，在制備結構復雜的零件時較易成形。在環境狀態不變的情況下，所使用的材料厚度越小，其晶體內部晶格之間的滑動面也會相應減少，此時材料將不會出現較大的變形，因此此種材料的成形工藝性會明顯下降，因此在制備外形結構簡單的零件時可使用超薄材料。在應用超薄材料進行成形加工時，如果其變形量相對較大，材料的受壓縮部位就會出現不穩定的情況而導致出現起皺現象，甚至使材料出現斷裂，因此與厚板材料相比，超薄材料的成形工藝性相對較低。

2.材料性能的影響。

由于鈑金零件制造時，所應用的材料是采用冶煉的方式制備而成，因此材料內部會存在一定的殘余應力，如其所含有的殘余應力較大，在加工過程中零件出現變形的幾率也會相應提升，這是導致冷加工出現變形的主要因素之一。在出現變形之前，板材中所殘留的殘余應力大小是一致的，并且分布較為均勻，而一旦板材出現變形，其中所存在的殘余應力大小將會發生變化，并且應力分布的平衡會被打破，進而在鈑金零件變形后會出現鼓動或邊緣松動等問題，如鈑金零件的制備材料相對較厚，其具有較大的剛性，對變形具有一定的抵抗能力，在殘余應力的作用下不易出現變形現象或者變形相對較小。在用超薄鋁合金材料進行鈑金零件制備時，由于其材料厚度較小，剛性不足，因此難以有效抵御變形問題的發生。在殘余應力作用下，一旦應力發生變化，將會導致鈑金零件發生變形，且變形極為嚴重。此外，由于超薄鋁合金材料的剛性相對較小，在對鈑金零件進行搬運時也會導致其上出現明顯的折痕。

3.熱處理過程的影響。

在對鈑金零件進行淬火時，由于熱力作用會導致其內部結構發生變化，如果淬火操作技術不規范，將會導致零件變形現象的發生。在成形加工過程中，可以對操作技術進行嚴格的規范與控制，如果出現輕微變形，可在后續加工中對零件的變形問題予以合理的修整，進而提升零件質量。然而如果是由于淬火等熱處理問題而導致的變形或產生的變形過大，將無法進行變形量的調整與消除，并且所應用的材料厚度越小，其所產生的變形也會更加嚴重，且變形的消除將會更加困難。

二、提高飛機超薄鋁合金鈑金零件成形技術的有效對策

1.及時更新鈑金成形設備。

鈑金加工對設備的依賴性較強，新工藝、新技術的應用必須以先進的加工設備作為依托，如鈑金成形機、數控蒙皮拉伸機、數控折彎機、液壓橡皮成形機等。在利用先進設備的同時，結合材料的機械性能，確定合理的工藝參數，輔以人工修形，就能獲得符合圖紙尺寸要求的零件。如果使用的設備較為陳舊或設備老化嚴重，設備的性能和精度已減弱到了極限。如果不對這些設備進行更新換代，加工制造工藝技術方面的創新和進步將受到嚴重制約，加工能力也將受到嚴重影響。

2.降低熱處理變形問題的發生率。

熱處理過程中，因材料內部組織的改變引起的變形是無法避免的，而因操作方法不當引起的變形是可以控制的，因此，在超薄材料零件熱處理過程中，應摸索一套正確的操作方法，使零件熱處理產生的變形達到最小，以便于消除。

3.加強材料的預拉伸處理。

對材料進行預拉伸處理的目的主要有兩方面：一是能在較大程度上消除材料內部的殘余應力，二是提高材料的剛性和抗屈服強度。目前國內尚無預拉伸薄板材料的生產廠家，只能將材料通過蒙皮拉伸機在單曲度很小的模胎上進行預拉伸處理，即將M 狀態材料在新淬火狀態下，或用CZ 料再經淬火后，通過蒙皮拉伸機使材料產生一定拉伸變形，以消除材料內部的殘余應力。材料經拉伸變形后，在很大程度上消除了材料內部殘余應力。同時，材料經過變形產生了一定的冷硬化，使材料的剛性和抗屈服能力得到一定程度的提高，從而最大限度地減小了材料在成形過程中因剛性不足和殘余應力的變化而引起的非變形區域的變形。

4.設計與應用叉車、搬運箱架系統。

由于超薄材料成形的鈑金構件（特別是蒙皮構件）剛性太弱，抗屈服能力差，在搬運過程中，稍不注意就會使材料或零件產生"馬蹄印"的折痕。從領料到零件交付之間的所有環節都要由人工進行搬運和裝卸，難免不出意外。因此，為了減少材料在加工過程中和零件交付搬運時的問題，應建立手動叉車、搬運箱架系統，盡可能減少人為搬運，進而有效降低鈑金零件上出現折痕等問題，以免鈑金零件的質量受到影響。

結語：在對飛機超薄鋁合金鈑金零件進行成形加工時，要采用科學的方式有效消除變形問題。應及時進行鈑金設備的更新，降低熱處理過程中出現變形的現象，并在加工前先進行材料的預拉伸處理，同時還應設計與應用叉車及搬運箱架系統，以此減少超薄鋁合金材料出現變形的問題，進而提高超薄鋁合金鈑金零件的成形質量，以便于在保證飛機整體制造質量的前提下，應用大量超薄鋁合金鈑金零件而有效降低飛機的重量。