西北工业大学飞机钣特种成形课件
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航空钣金特种成形设备与工艺介绍制造业是国民经济重要基础产业,金属成形是制造业的重要组成部分,钣金成形属于金属成形领域;航空钣金成形技术是钣金成形技术的一个重要方面,也是航空制造工程支柱技术之一,能够使航空产品同时获得高结构效率和优良性能的基础制造技术之一,对航空产品制造质量、周期和成本影响显著,作用与地位十分重要。
航空工业始终面临世界范围激烈而残酷的竞争,一贯追求航空产品性能更高、寿命更长、竞争力更强及经济性更佳,因此航空钣金成形技术也不断被深化与拓展,形成特色鲜明的航空钣金特种成形技术。
如可以提高难变形材料塑性和成形精度的(加)热成形技术、能够获得复杂外形与结构并显著减少工序数量的超塑成形/扩散连接技术、用于复杂回转体零件成形的旋压成形技术及实现大型复杂整体壁板低成本和高性能成形的喷丸成形技术等。
设备是工艺的载体,航空钣金特种成形设备与工艺也不例外,而且两者历来相辅相成,新型工艺往往催生新型设备,而先进设备又促进工艺的发展与应用;同时,先进航空钣金特种成形设备开发能力是一个国家航空制造工程实力的重要标志之一,世界航空工业强国竞相开发先进航空钣金特种成形设备。
特种成形工艺在这里航空钣金特种成形工艺主要是指(加)热成形、超塑成形/扩散连接、旋压成形及喷丸成形等4类成形技术,该4类特种成形工艺使用设备、成形方式、模具形式、成形温度、主要成形对象、材料(热处理)状态、主要成形零件、工艺优点及国内外水平对比等见表1,成形典型钣金零件见图1,其中国产壁板利用北京航空制造工程研究所负责开发的喷丸成形技术研制,其余国产零件均由北京航空制造工程研究所研制或成形加工。
航空钣金特种成形工艺,与相应的普通钣金成形工艺相比,看似仅仅是工艺影响因素的简单增加或改变,然而每增加或改变一个工艺影响因素往往会使工艺过程复杂程度成倍、成数倍地增加或改变。
如钛合金(加)热成形,尽管仅在普通冲压工艺中引入温度这一个工艺因素,但是因此而产生的工艺问题则远不止一个:高效加热与有效冷却的矛盾、加热平台材料耐热性和热硬性与其加工工艺性之间的矛盾、模具急冷急热破裂、模具表面及内腔高温氧化、模具热涨、零件冷缩、零件表面氧化、模具与毛坯表面润滑、低熔点金属接触腐蚀、材料吸氢、材料与模具粘黏等。
单元2 飞机钣金零件材料种类、钣金成形极限与成形质量一、飞机钣金零件所用材料种类在近代飞机结构中,用钣金工艺方法制造的零件,采用了下列金属材料:铝合金、镁合金、碳钢、铜合金、不锈钢、钛合金等。
表1-1 常用材料的种类和机械性能材料供应状态用一定的符合表示,例如:M—表示材料处于退火状态;CZ—淬火后自然时效;CS—淬火后人工时效; MO—优质表面退火; CO—优质表面淬火自然时效;Y—冷作硬化; YZ—半冷作硬化; XC—表示型材;G—表示管材。
状态符号置于材料牌号的后面如:LY12-MO-δ1.5 为表面优质、退火状态的12号硬铝板材,板厚为1.5mm。
LC4-CS-δ1.2为4号超硬铝、淬火后人工时效板材,板厚为1.2mm。
二、钣金成形极限与成形质量(一)成形极限成形极限是指板材在一定的变形方式和变形条件下,成形在无法进行下去的限度,也就是达到了这种变形方式和变形条件的极限变形能力。
若从板料的变形性质来看,钣金零件的成形方法虽然很多,但无非是“收”和“放”两种。
所谓的“收”就是依靠板料的收缩变形来成型零件。
“收”的特点主要表现为板料纤维的缩短和厚度的增加。
以压缩(收缩)变形为主的变形方式是拉深和凸弯边成形。
所谓“放”就是依靠板料的拉伸变形来成形零件。
“放”的特点表现为板材纤维的伸长和厚度减薄.以拉伸变形为主的变形方式是翻边、局部成形、胀形和凹弯边成形等。
“收”的主要问题是起皱,“放”的主要问题是拉裂。
1.成形的起皱极限(1)起皱的原因钣金成形中,当成形的压缩变形力大于板料的抗压稳定性时,即成形的压缩量变大,而板料的相对厚度小,受压区材料四周的支持情况差,就会产生皱纹。
(2)影响失稳起皱的因素从书中公式中可以看出:材料的E、D值越大,抵抗失稳起皱的能力越强;板料的塑性变形越大,抵抗失稳起皱的能力越弱;板料抵抗失稳起皱的能力,与材料相对厚度的平方成正比。
应当注意的是,在拉—压复合应力状态下,拉应力的大小对起皱有显著影响。