第九章 整體壁板的制造

1、一、概述一、概述 二、整體壁板的毛坯二、整體壁板的毛坯三、整體壁板的加工三、整體壁板的加工四、整體壁板的成形四、整體壁板的成形一、概述一、概述 何為何為整體壁板整體壁板? 是由整塊板坯制成的飛機(jī)整體結(jié)是由整塊板坯制成的飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)承力件，整體壁板的結(jié)構(gòu)要素（如構(gòu)承力件，整體壁板的結(jié)構(gòu)要素（如長(zhǎng)桁、蒙皮加強(qiáng)墊板等）之間無(wú)任何長(zhǎng)桁、蒙皮加強(qiáng)墊板等）之間無(wú)任何連接，一般構(gòu)成飛機(jī)的氣動(dòng)外形。連接，一般構(gòu)成飛機(jī)的氣動(dòng)外形。 無(wú)加強(qiáng)筋的整體壁板又稱整體厚無(wú)加強(qiáng)筋的整體壁板又稱整體厚蒙皮。蒙皮。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1. 設(shè)計(jì)方面設(shè)計(jì)方面 等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，強(qiáng)度等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，強(qiáng)度/重量比高，剛性好重量比高，剛性好 疲勞壽命長(zhǎng)疲勞

2、壽命長(zhǎng) 外形準(zhǔn)確，表面光滑外形準(zhǔn)確，表面光滑 簡(jiǎn)化油箱的密封，空間利用率高簡(jiǎn)化油箱的密封，空間利用率高 2. 工藝方面工藝方面 簡(jiǎn)化了互換性簡(jiǎn)化了互換性 減輕了裝配勞動(dòng)量減輕了裝配勞動(dòng)量 提高了裝配精度提高了裝配精度 縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率提高勞動(dòng)生產(chǎn)率問(wèn)題問(wèn)題 加工設(shè)備增加加工設(shè)備增加 毛坯的制造周期長(zhǎng)，費(fèi)用高毛坯的制造周期長(zhǎng)，費(fèi)用高 成本增加成本增加 產(chǎn)生裂紋后擴(kuò)展較快產(chǎn)生裂紋后擴(kuò)展較快 “破損安全性破損安全性”差差 整體壁板的毛坯制造整體壁板的毛坯制造 目前應(yīng)用的整體壁板主要為鋁合金目前應(yīng)用的整體壁板主要為鋁合金制成。制造整體壁板毛坯的方案很多，制成。制造整體壁

3、板毛坯的方案很多，其中主要有：其中主要有： 1.1.熱模鍛制造毛坯熱模鍛制造毛坯 2.2.擠壓毛坯擠壓毛坯 3.3.自由鍛板坯或用熱軋平板做毛坯自由鍛板坯或用熱軋平板做毛坯 4.4.特種鑄造特種鑄造* 各種整體壁板毛坯的比較各種整體壁板毛坯的比較1. 1. 熱模鍛毛坯熱模鍛毛坯 熱模鍛毛坯熱模鍛毛坯 它的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，鍛件有連續(xù)它的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，鍛件有連續(xù)的纖維組織，晶粒致密，強(qiáng)度高。的纖維組織，晶粒致密，強(qiáng)度高。 它可以制造復(fù)雜的縱橫或扇形分布它可以制造復(fù)雜的縱橫或扇形分布的筋和肋條，可以同時(shí)制造出對(duì)接接頭。的筋和肋條，可以同時(shí)制造出對(duì)接接頭。 但模鍛需要噸位極大的機(jī)床，鍛模但模鍛需要噸

4、位極大的機(jī)床，鍛模制造也很困難，周期長(zhǎng)勞動(dòng)量大。制造也很困難，周期長(zhǎng)勞動(dòng)量大。 2. 2. 擠壓毛坯擠壓毛坯 擠壓毛坯擠壓毛坯 它的優(yōu)點(diǎn)是能得到比模鍛更大的壁它的優(yōu)點(diǎn)是能得到比模鍛更大的壁板，與模鍛相比較，這種方法所需的設(shè)板，與模鍛相比較，這種方法所需的設(shè)備功率較小，模具制造費(fèi)用較低，生產(chǎn)備功率較小，模具制造費(fèi)用較低，生產(chǎn)效率高，擠壓毛坯中除形狀復(fù)雜部位，效率高，擠壓毛坯中除形狀復(fù)雜部位，需表面修整外，不需進(jìn)一步加工。需表面修整外，不需進(jìn)一步加工。 毛坯供應(yīng)仍受擠壓設(shè)備噸位及校平毛坯供應(yīng)仍受擠壓設(shè)備噸位及校平設(shè)備限制，模具壽命低。設(shè)備限制，模具壽命低。 3. 3. 自由鍛毛坯和熱軋平板自由鍛毛

5、坯和熱軋平板 自由鍛毛坯和熱軋平板自由鍛毛坯和熱軋平板 它的優(yōu)點(diǎn)是厚板供應(yīng)來(lái)源廣，而且它的優(yōu)點(diǎn)是厚板供應(yīng)來(lái)源廣，而且允許設(shè)計(jì)者較自由地布置筋條和凸臺(tái)，允許設(shè)計(jì)者較自由地布置筋條和凸臺(tái)，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，能適應(yīng)機(jī)種迅速改變，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，能適應(yīng)機(jī)種迅速改變，制造精度及光潔度較高。制造精度及光潔度較高。 其缺點(diǎn)也是非常明顯的，即加工量其缺點(diǎn)也是非常明顯的，即加工量大，材料利用率很低（一般僅為大，材料利用率很低（一般僅為10%10%左左右），需配備大型高效率切削機(jī)床。右），需配備大型高效率切削機(jī)床。 4. 4. 特種鑄造特種鑄造 特種鑄造特種鑄造 對(duì)尺寸不大，有敝開(kāi)斜角內(nèi)肋，對(duì)尺寸不大，有敝開(kāi)斜角內(nèi)

6、肋，而當(dāng)壁板厚度大于而當(dāng)壁板厚度大于2 24 mm4 mm時(shí)，可以采時(shí)，可以采用擠鑄和低壓鑄造法制造整體壁板毛用擠鑄和低壓鑄造法制造整體壁板毛坯。坯。 由于鑄造金屬機(jī)械性能較差，使由于鑄造金屬機(jī)械性能較差，使鑄造整體壁板的應(yīng)用受到限制。鑄造整體壁板的應(yīng)用受到限制。* 毛坯的校平與消除殘余內(nèi)應(yīng)力毛坯的校平與消除殘余內(nèi)應(yīng)力 供應(yīng)給飛機(jī)制造廠的整體壁板毛坯在原供應(yīng)給飛機(jī)制造廠的整體壁板毛坯在原材料工廠需要進(jìn)行熱處理、時(shí)效、校平、消材料工廠需要進(jìn)行熱處理、時(shí)效、校平、消除殘余應(yīng)力及探傷檢驗(yàn)等等工序。除殘余應(yīng)力及探傷檢驗(yàn)等等工序。 其中校平與消除殘余應(yīng)力是影響整體壁其中校平與消除殘余應(yīng)力是影響整體壁板加

7、工效率和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。板加工效率和質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 消除殘余內(nèi)應(yīng)力最有效的辦法是在厚板消除殘余內(nèi)應(yīng)力最有效的辦法是在厚板淬火后經(jīng)過(guò)淬火后經(jīng)過(guò)1.52.5%變形程度的拉伸校正，變形程度的拉伸校正，然后經(jīng)過(guò)自然或人工時(shí)效處理再送去加工。然后經(jīng)過(guò)自然或人工時(shí)效處理再送去加工。 整體壁板的加工整體壁板的加工常見(jiàn)的加工方法有兩種：常見(jiàn)的加工方法有兩種： 機(jī)械加工機(jī)械加工（NC加工）加工） 機(jī)械加工方法通常是先加工而后成形。機(jī)械加工方法通常是先加工而后成形。 （由于先成形后加工較困難）。（由于先成形后加工較困難）。 化學(xué)銑切化學(xué)銑切 利用化學(xué)銑切無(wú)切削力的特點(diǎn)，整體利用化學(xué)銑切無(wú)切削力的特點(diǎn)，整體壁板蒙

8、皮可先成形后進(jìn)行化學(xué)銑切。壁板蒙皮可先成形后進(jìn)行化學(xué)銑切。 1整體壁板的機(jī)械加工整體壁板的機(jī)械加工 加工整體壁板的金屬切削機(jī)床在加工整體壁板的金屬切削機(jī)床在早期大多用大型龍門銑床、龍門刨床早期大多用大型龍門銑床、龍門刨床以及搖臂銑床等改裝而成，它們一般以及搖臂銑床等改裝而成，它們一般均采用真空夾具，它的特點(diǎn)是施壓均均采用真空夾具，它的特點(diǎn)是施壓均勻，裝夾方便，沒(méi)有夾緊傷痕。勻，裝夾方便，沒(méi)有夾緊傷痕。 目前隨著數(shù)控技術(shù)日益廣泛的應(yīng)目前隨著數(shù)控技術(shù)日益廣泛的應(yīng)用，整體壁板加工中大多采用數(shù)控機(jī)用，整體壁板加工中大多采用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工。床來(lái)加工。 2整體壁板的化學(xué)銑切整體壁板的化學(xué)銑切（1）化銑原理

9、）化銑原理 利用金屬能在某些酸或堿溶液中溶利用金屬能在某些酸或堿溶液中溶解的特性，解的特性，“銑切銑切”（蝕除）去需加工（蝕除）去需加工的表面，對(duì)于不需加工的表面則用保護(hù)的表面，對(duì)于不需加工的表面則用保護(hù)層加以保護(hù)。層加以保護(hù)。 利用酸或堿蝕除金屬的原理，不僅利用酸或堿蝕除金屬的原理，不僅可加工鋁合金而且能加工某些合金鋼或可加工鋁合金而且能加工某些合金鋼或鈦合金。鈦合金。2Al +2NaOH +2H2O = 2NaAlO2 + 3H2（2）化銑整體蒙皮的工藝余量）化銑整體蒙皮的工藝余量 化銑蒙皮的成形可在化銑工序之化銑蒙皮的成形可在化銑工序之前成形，成形后再化銑，這給加工工前成形，成形后再化銑

10、，這給加工工藝帶來(lái)了很大的方便，成形方法仍然藝帶來(lái)了很大的方便，成形方法仍然可采用常規(guī)方法進(jìn)行，如可采用常規(guī)方法進(jìn)行，如拉彎拉彎、滾彎滾彎、閘壓閘壓和和拉形拉形以及其他方法等。以及其他方法等。 化銑板件應(yīng)留有足夠的工藝余量。化銑板件應(yīng)留有足夠的工藝余量。具體內(nèi)容是按如下要求確定：具體內(nèi)容是按如下要求確定： 工藝余量確定的具體內(nèi)容工藝余量確定的具體內(nèi)容 毛料周邊工藝余量毛料周邊工藝余量 n ： 對(duì)厚件、深對(duì)厚件、深腐蝕腐蝕 n = 5080 mm 對(duì)薄件、淺對(duì)薄件、淺腐蝕腐蝕 n = 2040 mm 筋條的工藝余量：筋條的工藝余量： 在化銑中，腐蝕不僅在無(wú)保護(hù)層部位在化銑中，腐蝕不僅在無(wú)保護(hù)層部

11、位進(jìn)行，而且會(huì)逐步深入到保護(hù)層下面。筋進(jìn)行，而且會(huì)逐步深入到保護(hù)層下面。筋條寬度為條寬度為b，則留的保護(hù)層寬度應(yīng)是則留的保護(hù)層寬度應(yīng)是b+2a，a的尺寸由化銑深度的尺寸由化銑深度h來(lái)確定。來(lái)確定。 四、整體壁板的成形四、整體壁板的成形 整體壁板由于尺寸大，材料厚，帶整體壁板由于尺寸大，材料厚，帶有各種加強(qiáng)筋和凸臺(tái)，外形準(zhǔn)確度要求有各種加強(qiáng)筋和凸臺(tái)，外形準(zhǔn)確度要求高，在成形問(wèn)題上存在很多困難。高，在成形問(wèn)題上存在很多困難。 由于壁板的規(guī)格、品種很多、尺寸由于壁板的規(guī)格、品種很多、尺寸大小不一，外形曲度有很大變化，所以大小不一，外形曲度有很大變化，所以需要針對(duì)具體零件的特點(diǎn)，工廠的生產(chǎn)需要針對(duì)具體

12、零件的特點(diǎn)，工廠的生產(chǎn)條件，工人的技術(shù)水平，試制周期，生條件，工人的技術(shù)水平，試制周期，生產(chǎn)批量等進(jìn)行具體分析，訂出切實(shí)可行產(chǎn)批量等進(jìn)行具體分析，訂出切實(shí)可行的工藝方案。的工藝方案。 1常規(guī)成形方案常規(guī)成形方案 整體壁板的閘壓成形整體壁板的閘壓成形 整體壁板的滾彎成形整體壁板的滾彎成形 整體壁板的拉形整體壁板的拉形 整體壁板的閘壓成形整體壁板的閘壓成形 整體壁板的閘壓成形整體壁板的閘壓成形 單曲度整體壁板可用閘壓成形。單曲度整體壁板可用閘壓成形。 在筋條之間墊以硬塑料板，在凹模上墊以在筋條之間墊以硬塑料板，在凹模上墊以彈簧鋼板托住工件，這兩點(diǎn)都是為著使成形彈簧鋼板托住工件，這兩點(diǎn)都是為著使成形

13、工件表面光滑，減少棱邊現(xiàn)象。工件表面光滑，減少棱邊現(xiàn)象。 閘壓成形時(shí)當(dāng)壁板長(zhǎng)度超過(guò)模具時(shí)，可以閘壓成形時(shí)當(dāng)壁板長(zhǎng)度超過(guò)模具時(shí)，可以沿長(zhǎng)度方向移動(dòng)壁板位置，以成形大長(zhǎng)度整沿長(zhǎng)度方向移動(dòng)壁板位置，以成形大長(zhǎng)度整體壁板。體壁板。 壓彎成形時(shí)也可將工件加熱（約壓彎成形時(shí)也可將工件加熱（約200C）以暫時(shí)降低材料屈服應(yīng)力從而減少殘余應(yīng)力。以暫時(shí)降低材料屈服應(yīng)力從而減少殘余應(yīng)力。 整體壁板的滾彎成形整體壁板的滾彎成形 整體壁板的滾彎成形整體壁板的滾彎成形 單曲度整體壁板不僅可用閘壓成形單曲度整體壁板不僅可用閘壓成形也可用滾彎成形。成形時(shí)在內(nèi)表面墊也可用滾彎成形。成形時(shí)在內(nèi)表面墊以硬塑料板，此塑料板預(yù)先加工

14、出窩以硬塑料板，此塑料板預(yù)先加工出窩存筋條的凹糟，塑料板與工件一起滾存筋條的凹糟，塑料板與工件一起滾彎，避免由于筋條而阻礙滾彎。彎，避免由于筋條而阻礙滾彎。 整體壁板的拉形整體壁板的拉形 沿用成形飛機(jī)蒙皮的拉形方法，用沿用成形飛機(jī)蒙皮的拉形方法，用普通機(jī)床亦可拉形簡(jiǎn)單型式的整體壁普通機(jī)床亦可拉形簡(jiǎn)單型式的整體壁板，但通常需要專用的復(fù)雜工夾具。板，但通常需要專用的復(fù)雜工夾具。 復(fù)雜整體壁板由于有筋條部位和無(wú)復(fù)雜整體壁板由于有筋條部位和無(wú)筋條部位之間剛度差異很大，通常在筋條部位之間剛度差異很大，通常在拉形后表面出現(xiàn)嚴(yán)重凸凹不平，因此拉形后表面出現(xiàn)嚴(yán)重凸凹不平，因此一般需采用專用拉形機(jī)拉形。一般需采

15、用專用拉形機(jī)拉形。 2整體壁板的噴丸成形整體壁板的噴丸成形 噴丸技術(shù)早期主要用于強(qiáng)化工件噴丸技術(shù)早期主要用于強(qiáng)化工件表面層，使表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，達(dá)到表面層，使表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力的目的。提高疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕能力的目的。后來(lái)隨著整體壁板的出現(xiàn)，噴丸技術(shù)后來(lái)隨著整體壁板的出現(xiàn)，噴丸技術(shù)又為成形整體蒙皮的工藝方法之一。又為成形整體蒙皮的工藝方法之一。 （1）噴丸成形原理）噴丸成形原理 彈丸由壓縮空氣吸入噴嘴，又由噴嘴彈丸由壓縮空氣吸入噴嘴，又由噴嘴向工件表面噴射。向工件表面噴射。 所謂噴丸成形即所謂噴丸成形即噴射彈丸的噴嘴對(duì)準(zhǔn)噴射彈丸的噴嘴對(duì)準(zhǔn)工件要求部位噴射彈丸，打擊工件

16、表面層，工件要求部位噴射彈丸，打擊工件表面層，使之產(chǎn)生塑性變形達(dá)到成形目的使之產(chǎn)生塑性變形達(dá)到成形目的。 彈丸打擊到工件表面，表面層會(huì)出現(xiàn)彈丸打擊到工件表面，表面層會(huì)出現(xiàn)許許多多凹坑，凹坑周圍金屬向徑向排擠。許許多多凹坑，凹坑周圍金屬向徑向排擠。其結(jié)果是上表面的面積增加，其自然趨勢(shì)其結(jié)果是上表面的面積增加，其自然趨勢(shì)是拱起。是拱起。 噴嘴結(jié)構(gòu)整體壁板工件曲率的控制整體壁板工件曲率的控制 工件被噴擊后產(chǎn)生的曲率大小與兩工件被噴擊后產(chǎn)生的曲率大小與兩組因數(shù)有關(guān)，其一是組因數(shù)有關(guān)，其一是噴擊強(qiáng)度噴擊強(qiáng)度，這里包，這里包括彈丸的大小、重量、硬度、彈丸噴擊括彈丸的大小、重量、硬度、彈丸噴擊的速度以及噴擊

17、的角度；其二是的速度以及噴擊的角度；其二是覆蓋率覆蓋率，即凹坑的總面積與被噴面積之比。改變即凹坑的總面積與被噴面積之比。改變這兩組因素，就可以控制工件的曲率。這兩組因素，就可以控制工件的曲率。在生產(chǎn)中，主要控制噴擊過(guò)程的空氣壓在生產(chǎn)中，主要控制噴擊過(guò)程的空氣壓力和工件送進(jìn)速度。力和工件送進(jìn)速度。 噴丸成形的工藝參數(shù)噴丸成形的工藝參數(shù) 噴擊強(qiáng)度噴擊強(qiáng)度-是計(jì)量彈丸流撞擊能量的尺度是計(jì)量彈丸流撞擊能量的尺度 覆蓋率覆蓋率-是表達(dá)被撞表面彈坑覆蓋的程度是表達(dá)被撞表面彈坑覆蓋的程度 彈流速度彈流速度-反映彈丸具有的動(dòng)能反映彈丸具有的動(dòng)能 彈丸彈丸-是噴丸成形動(dòng)能的載體是噴丸成形動(dòng)能的載體 噴射角噴射角

18、-表明彈丸對(duì)零件撞擊的方向表明彈丸對(duì)零件撞擊的方向 彈流量彈流量-單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的彈丸數(shù)量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的彈丸數(shù)量 噴射時(shí)間噴射時(shí)間-是覆蓋率的決定因素是覆蓋率的決定因素 噴射距噴射距-噴嘴到被加工表面的距離噴嘴到被加工表面的距離（2）噴丸設(shè)備）噴丸設(shè)備目前采用的噴丸設(shè)備有兩種：目前采用的噴丸設(shè)備有兩種：葉輪式噴丸機(jī)葉輪式噴丸機(jī)彈丸是依靠葉輪彈丸是依靠葉輪的離心力甩出來(lái)。的離心力甩出來(lái)。壁板的成形曲率取壁板的成形曲率取決于葉輪的速度，決于葉輪的速度，彈丸的重量和大小以及工件噴擊的覆彈丸的重量和大小以及工件噴擊的覆蓋率。蓋率。 壓縮空氣式噴丸機(jī)壓縮空氣式噴丸機(jī)彈丸是由壓彈丸是由壓縮空氣吸入噴縮空

19、氣吸入噴嘴，然后又由嘴，然后又由噴嘴噴射到工噴嘴噴射到工件表面。件表面。 噴丸設(shè)備所使用的彈丸噴丸設(shè)備所使用的彈丸彈丸材料有兩種：彈丸材料有兩種： 一種是一種是鋼丸鋼丸，直徑有，直徑有0.10.3mm；0.50.6mm以及以及0.60.9mm幾種。幾種。 另一種是另一種是玻璃丸玻璃丸，直徑是，直徑是0.51mm。 鋼丸質(zhì)量大，不易破裂，但因鐵質(zhì)鋼丸質(zhì)量大，不易破裂，但因鐵質(zhì)對(duì)工件有污染影響，成形后工件表面對(duì)工件有污染影響，成形后工件表面要清洗。玻璃丸沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)，但玻要清洗。玻璃丸沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)，但玻璃丸質(zhì)量小易破裂。璃丸質(zhì)量小易破裂。3單曲度壁板的噴丸成形單曲度壁板的噴丸成形 單曲度壁板的噴丸成形單曲度壁板的噴丸成形 機(jī)翼整體蒙皮大都是單曲度的，機(jī)翼整體蒙皮大都是單曲度的，即在弦向有曲度，沿翼展方向?yàn)橹蹦讣丛谙蚁蛴星龋匾碚狗较驗(yàn)橹蹦妇€。在結(jié)構(gòu)上，一般情況下沿弦向無(wú)線。在結(jié)構(gòu)上，一般情況下沿弦向無(wú)筋條，沿翼展方向有筋條。因此弦線筋條，沿翼展方向有筋條。因此弦線方向剛度小