飞机钣金零件成型工艺及设计分析

◎吕知先

在飞机机体制造当中，钣金零件的应用率较高，是所应用零件总量的七成左右。在具体应用过程中，所应用到的钣金零件种类繁多，且每种只需要应用极少的数量，同时钣金零件尺寸较大，刚性相对较小，易出现变形问题。如该零件的质量不合格，不仅会对整个飞机的质量产生影响，也会使飞机制造工作延后，因此，必须合理进行钣金零件的设计，严格控制其加工工艺，以提高该零件的加工质量。

一、飞机钣金零件类别分析

钣金零件是指通过钣金加工，即金属毛料通过手工或模具施加压力而产生塑性变形，达到所希望形状和尺寸而形成的零件。按照原材料供应状态的不同，飞机钣金零件可分为挤压型材零件、板材零件及管材零件，分别由型材、薄板及管材通过相关成型工艺制作而成。

挤压型材零件主要适用于长桁、缘条、梁、支柱、连接角片类型材零件，按照型材原材料及零件特征，制造时可按照自身工艺能力选择闸压、滚弯、绕弯及拉弯工艺中的一种或几种进行。板材零件主要适用于平板、蒙皮、框肋、口盖及整体壁板等类型零件，其主要成型工艺有闸压、液压、滚压、拉形及型辊成型。

管材零件主要适用于液压系统、氧气系统、燃油系统、空调系统中使用的各种导管以及部分管材结构零件。钣金零件主要成型及制造方法包括冲切、剪切、铣切、闸压、液压、滚压、绕弯、拉弯、拉形及型辊成型。

二、钣金零件的设计要求分析

在设计飞机钣金零件时，要重点对该零件的使用性能进行分析，了解使用时所需的强度值，对抗疲劳以及抗腐蚀方面的特性需求加以分析，进而根据这些需求而进行制备材料的选择，同时还要对所选材料是否较易成型纳入考量，此外，要对供应商的材料供应种类、材料规格以及其自身的设备加工能力进行详细分析，考虑到材料自身的性能特点以及应用中的热处理状态，还要合理进行零件构型的分析，进而综合这些因素而进行钣金零件的设计，尽量将之设计成可用多种成型方式进而制备的零件。

1.设计过程中的材料要求。

在设计之前，要对应用材料的性能加以分析，并对其设计特性进行合理考量。在飞机钣金零件制造中，铝合金材料的应用最为广泛，耐蚀钢的应用居于第二，有时也会应用低合金钢，此外，钛合金钢的应用率较高。在材料选择时，要确保所选材料制成的钣金零件可以满足飞机的使用需求，还要对其制备成本进行有效控制。具体应依据如下因素进行材料选择：

（1）根据制造工艺及制造费用而进行材料选择。

（2）根据加工硬化速度选择适合的材料。

（3）选择符合钣金零件使用强度需求的材料进行制备，并确保其具有良好的可成型特性。

（4）强度值越高的材料其成型难度也越高，应合理进行二者的协调与选择。

（5）确保所选材料符合航空部门的标准。

（6）在公差较小的钣金零件设计时，尽量不选用成型能力较差的硬质合金材料。

（7）沉淀硬化钢时要先对其进行软化，经过热处理后再进行使用。

（8）尽量提高硬质合金的变曲半径，在高温热成型后再进行使用以免其发生破裂。

（9）合理进行变形量的控制。

2.零件尺寸与外形要求分析。

零件设计时应尽可能选择常用参数；使用大的弯曲半径、更长的弯边长度及更浅的凹槽；尽量选用大的公差；确保弯边、减轻孔、加强槽在同一方向成形。

（1）尺寸的要求。

对于大尺寸的零件，在设计时应在平板区域设计加强槽以增加零件刚度。对于加强槽，可采用落压成型。落压成型后，应采用拉伸以及热工艺消除加强槽处的扭曲变形。

（2）外形的要求。

第一，较小弯曲半径成型。对于2024或7075 铝合金，设计时如需要使用较小的弯曲半径，应使薄板在软状态下成型，然后在特定条件下将零件进行热处理至最终状态。

第二，弯边。弯边设计时，应从以下方面考虑，以节约零件制造成本：所有弯边方向应一致；避免U 形弯边设计，如果必须使用，应尽量选择大的公差；避免闭合式弯边设计。

第三，下陷。下陷是指采用压弯工艺，在零件的弯边或腹板上制成台阶，使得零件与相连接的一个零件或多个零件的贴合厚度保持一致，设计时要求如下：尽可能将下陷设计为采用标准工装制造；当下陷覆盖多个零件时，应采用多级下陷的结构设计；相邻两个下陷之间的距离不应小于一定数值；下陷过渡区长度与下陷深度的比值，应保持合理的数值；零件在拉伸状态下，不允许使用小比值的下陷设计。

三、飞机钣金零件成型方法选择分析

在制备飞机钣金零件时，应根据钣金零件类型的不同而选择适合的成型方式。钣金零件的成型工艺较多，有滚压法、拉形法、闸压法、型辊法、拉弯或绕弯法、液压法或落压法等多种制备方法。在单曲或双曲蒙皮钣金零件制造时应用的都是薄板材料，然而二者所选用的成型方式并不一致，单曲蒙皮材料制备时应选择滚压成型法，而进行双曲蒙皮零件制备时则应使用拉形成型法。在进行等厚度板材件零件制备时，既可以使用闸压法也可以选用型辊成型法。而在制备直弯边零件、曲线弯边零件以及下陷零件时通常都会使用液压成型法，而带加强槽的平板件制备时，可选用液压成型或是落压成型方法。此外，在进行等截面零件加工过程中，通常会使用滚压成型法进行制备，此外，也可采用拉弯或绕弯的成型工艺。综上所述，在钣金材料制备时，要充分考虑零件的类型，并结合其所使用的制备材料而进行成型工艺的合理选择。

结语：由于钣金零件比普通机加零件的优势更多，因此在飞机设计与制造当中钣金零件的使用量较高。然而在对钣金零件时，面对其刚度较小且易发生变形这一问题，应对钣金零件进行合理的设计以降低其成型难度，同时还要选择适合的制备材料，选择与之相匹配的成型工艺，合理进行制备成本的有效控制，提高钣金零件的质量，进而有效提升其在飞机制造中的使用性能。