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先進鈑金成型技術在航空制造領域的應用

來源:??????2021-9-24 10:01:05??????點擊:
   鈑金成型技術的發展現狀
    在航空領域, 由于飛機、導彈、發動機的結構和功能特殊,所以鈑金結構件的應用廣泛,例如飛機的壁板、導彈的外殼,發動機的葉片。數據統計顯示,在整架飛機的零件中,塑性加工零件占比 40%左右,是飛機重量的 10%。近些年來,隨著我國航空技術的快速發展,對加工件的可靠性、服役性提出了更高要求。在鈑金件的使用上,一方面整體性優勢明顯,不斷出現新結構;另一方面新材料的應用不斷增加,例如鋁合金、鈦合金、鋁鋰合金等。在此背景下,傳統的加工技術不能滿足成型要求,必須改進創新鈑金成型技術。
    相比于鋁合金,鈦合金的比重大,但強度更高,其熔點約為 1660℃,因此具有良好的耐高溫性。在飛機制造中,噴口、發動機、燃燒室、渦輪軸、加固件、強化部位、防彈部位等,均使用鈦合金,且目前用量越來越多。
     航空制造領域先進鈑金成型技術的實際應用
     1 超塑成型技術
    超塑成型技術 SPF,超塑成型/擴散連接技術 SPF/DB,具有成本低、效益高的特點,尤其是能對多層空心結構進行加工。這兩種技術的應用,可將多個零件連接或焊接在一起,從而形成一個大部件,然后進行加熱、加壓處理。相比于傳統加工方法,該技術其一能縮短加工時間,降低制造成本;其二有利于設計人員進行設計,提高結構的合理性,減輕結構重量;其三構件的整體性強,擴散連接后界面消失,可以提高抗疲勞性和耐腐蝕性。正是由于諸多技術優勢,在航空制造領域, SPF 技術和 SPF/DB 技術應用廣泛,且具有良好的經濟效益。
     2 噴丸成型技術
     噴丸成型技術,是使用高速運行的彈丸撞擊板材的表面,發生塑性變形后材料會延伸,向受噴面彎曲變形,最終滿足成型需求。該技術的優勢,一是設備簡單,不用成型模具,能降低制造成本;二是成型后,在零件的厚度方向上,會形成殘余壓應力,增強材料的抗疲勞性能;三是對零件尺寸的適應性強,既能制作出單曲率零件,也能制造出雙曲率零件。
     3 時效成型技術
     時效成型技術,是利用金屬的蠕變性質,成型、時效同步進行。具體操作上,是對金屬零件先進行加工、淬火、加載,固定在一定形態的工裝上,使其產生彈性變形。然后零件和工裝放置在加熱爐內,在人工時效溫度內保溫,此時零件發生蠕變,在應力松弛、時效機制作用下直至保溫結束。最后去掉工裝,零件的彈性變形會變為永久變形保存下來。該技術的優點如下:①能釋放零件的內部殘余應力,成型后的穩定性增強,能提高抗腐蝕性;②零件成型后表面光滑,各個零件的外形具有一致性,能提高裝配質量;③不僅成型效率高,而且可以重復工藝,能保證零件外形的精度,避免人工校正帶來的誤差;④材料成型、時效強化同步完成,能縮短零件的制造時間,繼而降低生產成本。
     4 旋壓成型技術
     旋壓屬于局部塑性成形技術,適用對象主要是薄壁回轉體零件,具有精度高、工藝柔性好、節約材料、自動化和機械化高的特點。尤其是長徑比大的薄壁回轉體構件,其他技術的加工難度大,采用旋壓成型技術,其一經濟效益顯著,能降低生產成本;其二在壁厚方向上,變形會促使毛坯中的雜質、氣孔、分層、焊縫等暴露出來,起到質量檢驗的效果,避免留下質量隱患。
     5 熱蠕變成型技術
    顧名思義,熱蠕變成型技術利用的是金屬材料在高溫下的蠕變特點,此時板材會發生持續性、緩慢性的變形,最終滿足加工制造要求。當前航空設備的發展,輕量化是一個重要趨勢,不僅能降低燃油消耗量,還能提高機動性能。為了實現這一目標,目前主要采用兩種手段:一是輕量化結構設計,二是使用輕質材料。以后者為例,鋁合金、鎂合金、鈦合金的應用普遍,三種材料相互補充,能有效減輕材料質量。其中,鈦合金具有良好的耐高溫性、抗腐蝕性,但由于室溫塑性差、變形抗力大,多采用冷成型加工法。鈦合金加熱后,當溫度達到 500℃以上,一方面塑性明顯提高,變形抗力降低;另一方面加熱作用能消除材料的內應力,減小回彈量,提高成型精度。
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