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国内航空钣金装备技术现状与发展.pdf

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国内航空钣金装备技术现状与发展 航空钣金装备技术是一项重要的国防关键技术，是航空制造技术升级的重要基础，对 于促进航空产品的升级换代，提高产品性能，缩短研制周期具有重要支撑作用。国内航空钣 金装备技术经过几十年的发展，其设计与制造水平有了长足的进步，形成了一套完整的体 系，为航空工业关键零部件的生产提供了重要支撑，但我国航空钣金装备在设计与制造方面 仍与国外有较大差距，还不能完全满足航空工业发展的需求。 航空钣金零件的显著特点是大型化、集成化和轻量化，主要包括板类零件和回转类零件， 板类零件主要是蒙皮、壁板以及一些多层结构，用来达到保证飞机的气动性能和降低重量 的目的；回转类零件主要是发动机机匣、导管等。航空钣金结构零件对于提高飞机和发动 机性能发挥了重要的作用，其制造技术强烈依赖于航空钣金装备的研发水平，航空钣金装备 为钣金成形技术的实现提供了平台，同时，航空钣金新工艺、新技术也促进了装备的发展。 航空钣金装备服务于钣金成形技术的要求，航空钣金零件的特点也决定了其装备具有大型化 和专用化特点，航空钣金装备主要有蒙皮拉形设备、喷丸成形设备、超塑成形设备、热蠕 变成形设备、旋压成形设备以及管件成形与连接设备等。随着航空技术的发展，现代飞机对 可靠性、效费比、服役性能等提出了更高的要求。一方面，钣金结构件的整体化和复杂化 趋势越来越明显，新结构不断涌现；另一方面，新材料的应用也呈增加的趋势，这不仅给钣 金成形技术本身提出了新课题，而且也为航空钣金装备的发展提供了源动力。航空钣金成 形装备在新材料与新工艺研究、新结构与新机研制过程中发挥着越来越重要的作用。 航空钣金装备技术的发展 1蒙皮拉形设备 蒙皮拉形设备是飞机蒙皮成形的关键设备，按其作用原理可分为台动式拉形机和台钳 双动式拉形机两类。台动式拉形机用于横向拉形，台钳双动式拉形机则主要用于纵向拉形。 蒙皮加工的成形力主要由拉形机钳口的运动产生，同时还涉及模具的垂直运动，相对于其他 冲压工艺来讲，拉形参数及运动方式更为复杂。我国航空工业传统的蒙皮拉形机多是20 世纪五六十年代从原苏联引进或自行设计制造的。前苏联的PO-250型蒙皮纵拉成形机可以 成形单、双和变曲度蒙皮件，最大拉力2700kN，加工板材尺寸为8000mm×2200mm×6mm。 这些设备控制方式一般为手动，存在着自动化程度低、控制精度差、生产效率低以及操作人 员工作强度大等问题，蒙皮零件的成形质量不仅受各种工艺条件因素的影响，与操作人员的 技术水平和熟练程度关系也很大，因而零件的一致性、重复性差，质量难于保证。 20世纪80年代中后期以来，我国陆续从法国阿尔斯通－ACB、美国RYRIL-BATH公司 引进了一些蒙皮拉形机，如FET600T、FET1200T、FEL2×350T、VTL1000等。从法国引进的 FET-1200蒙皮拉形机的最大拉力为12000kN，采用计算机数控技术和电液伺服技术实现自 动控制。国外的拉形机性能稳定可靠，操作方便，液压系统稳定，故障少，且专业化程度高， 呈系列化，并具有良好的人机界面，可以对台面和夹钳的运动进行连续控制，可以成形复 杂蒙皮零件，为提高蒙皮制造水平和改善蒙皮质量创造了良好的硬件环境。 北京航空制造工程研究所在六七十年代先后研制了ML-1、ML-2系列的蒙皮拉形机，装 备于一些航空主机厂并应用于飞机蒙皮的研制与生产。随着国内设计、制造和控制水平的 提高，一些研究院所和高校一方面自行设计制造蒙皮拉形机，以满足实际生产的需要；另一 方面，针对传统蒙皮拉形机进行了数控改造，以期在生产中发挥更大的作用。北京航空航 天大学在拉形机的结构设计、运动仿真和系统控制方面开展了大量的研发工作，研制了国内 首台数控蒙皮拉形试验机，最大拉形力为1000kN，拉形零件毛坯最大尺寸1600mm×800mm， 蒙皮拉形过程中实现了拉伸油缸和上顶油缸的位移和速度精确控制，系统采用电液伺服阀控 制，并且通过光栅返回油缸的运动位移，通过拉线式编码器测量夹钳的摆动和俯仰角度， 应用力传感器测量拉伸力和上顶力的大小，系统通过对电液伺服阀、电气系统和液压系统 的控制驱动试验机各油缸运动，同时将采集到的位移和力的数据传送给上位机，构成一个闭 环控制系统，实现对数控蒙皮拉形试验机的位移控制和力控制。针对国产的ML-2蒙皮拉形 机，华中科技大学采用可编程序控制器和示教/再现技术对传统蒙皮拉形机实现了数字化控 制。 2喷丸成形设备 喷丸成形设备是成形飞机大型整体壁板的专用装备，按照弹丸的加速方式可分为喷丸和 抛丸两种，前者利用压缩空气加速弹丸，后者则利用电、气、液等驱动的叶轮系统离心力加 速弹丸。喷丸设备和抛丸设备的特点见表1。 由于抛丸技术在加工飞机整体壁板时的有效性，在某些场合甚至是唯一有效