精密鈑金成形技術(shù)
發(fā)布日期：2021-6-28
精密鈑金成形技術(shù)是將金屬板料、型材、管材等 半成品, 利用材料的可塑性, 在不產(chǎn)生切削的情況 下制成各種薄壁零件的加工技術(shù)。成形工藝是與成 形時(shí)所用機(jī)床設(shè)備和工藝裝備 (模具等) 密切相關(guān) 的。該技術(shù)的開(kāi)發(fā)不僅提高鈑金工藝技術(shù)水平, 而 且提高鈑金零件成形質(zhì)量和提高鈑金機(jī)械化自動(dòng)化 水平,減少手工勞動(dòng)量。其研究范圍包括: 飛機(jī)鈑金 成形變形量自動(dòng)控制技術(shù)研究; 超塑成形/擴(kuò)散連接 結(jié)構(gòu)工藝和檢測(cè)方法研究; 機(jī)翼整體壁板噴丸強(qiáng)化 技術(shù)研究; 鈑金柔性制造系統(tǒng)的研究等。鈑金零件 加工的特點(diǎn)主要是飛機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)方式?jīng)Q定 的。鈑金零件構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的框架和氣動(dòng)外形, 零 件尺寸大小不一,形狀復(fù)雜,選材各異,產(chǎn)量不等,品種 繁多。大型飛機(jī)約 3～5 萬(wàn)項(xiàng)鈑金零件, 而其中的個(gè) 別項(xiàng)目只有一兩件。另外, 零件有較復(fù)雜的外形,嚴(yán) 格的重量控制和一定的使用壽命要求, 并且對(duì)成形 后零件材料的機(jī)械性能有確定的指標(biāo), 與其它行業(yè) 的鈑金零件相比技術(shù)要求高,加工難度大。其加工方 法除采用傳統(tǒng)方法外,還有本行業(yè)獨(dú)特的工藝技術(shù)。 就技術(shù)水平而言,從手工操作、半機(jī)械化直到柔性制 造系統(tǒng),加工難度差異很大。
1. 超塑成形技術(shù)(SPF) 按照實(shí)現(xiàn)超塑性的條件(組織、溫度、應(yīng)力狀態(tài) 等) 分類(lèi),主要有 3 類(lèi)超塑性:細(xì)晶超塑性、相變超塑 性和其它超塑性。而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是細(xì) 晶超塑性, 獲取這種超塑性除了要求材料具有等軸 細(xì)晶組織和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以外, 還須滿足兩個(gè)條 件:變形溫度 T>Tm(Tm 為材料熔點(diǎn)溫度,以絕對(duì)溫度 表示) ;應(yīng)變速率低(10- 4 ～10- 1 s- 1 )。 SPF 技術(shù)有 3 種基本成形方法,即陰模成形、區(qū) 域成形和陽(yáng)模成形, 其中應(yīng)用最普遍的是陰模和區(qū) 域成形。陽(yáng)模成形需要專(zhuān)用設(shè)備,其生產(chǎn)的零件壁厚 比較均勻。陽(yáng)模成形方法實(shí)際上是將超塑性氣壓成 形的方法與拉伸成形的工藝結(jié)合起來(lái), 得到的深腔 板成形件腔底與腔壁的壁厚差很小, 對(duì)氣瓶類(lèi)零件 的成形加工具有獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
2. 超塑成形/ 擴(kuò)散連接組合工藝 擴(kuò)散連接的標(biāo)準(zhǔn)定義為: 被連接的表面在不足 以引起塑性變形的壓力和低于被連接工件熔點(diǎn)的溫 度條件下, 使接觸面在形成或不形成液相狀態(tài)下產(chǎn) 生固態(tài)擴(kuò)散而達(dá)到連接的方法。隨著 SPF/ DB 組合 工藝應(yīng)用的發(fā)展,擴(kuò)散連接涵義又?jǐn)U展為大變形/ 有 限擴(kuò)散的連接方法。用于 SPF/ DB 組合工藝的擴(kuò)散 連接方法主要有 3 種: 小變形固態(tài)擴(kuò)散連接、過(guò)渡 液相擴(kuò)散連接和大變形/有限擴(kuò)散連接。在擴(kuò)散連接 過(guò)程中應(yīng)采用惰性保護(hù)氣體或真空, 以防止氧化層 的形成和生長(zhǎng)。 對(duì)于鈦合金而言, SPF 和 DB 技術(shù)條件和工藝 參數(shù)具有兼容性, 因此有可能在構(gòu)件研制中把兩種 工藝組合在一個(gè)溫度循環(huán)中,同時(shí)實(shí)現(xiàn)成形和連接。 鈦合金 SPF/DB 構(gòu)件主要有 3 種形式。 在采用 SPF/DB 組合工藝進(jìn)行多層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn) 中,可以先 DB 后 SPF(DB/SPF), 也可以先 SPF 后 DB (SPF/DB)。DB/SPF 工藝過(guò)程中,構(gòu)件的芯板結(jié)構(gòu)由板 面的止焊劑圖案而定, 構(gòu)件生產(chǎn)可在一次加熱循環(huán) 中完成,也可分為兩道工序。一道工序的特點(diǎn)是零件 在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需開(kāi)模; 兩道工序則有以下優(yōu)點(diǎn): DB 可用氣壓或機(jī)械壓力, 也可選用其它連接技術(shù); SPF 前可對(duì) DB 質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè);DB 和 SPF 的溫度可 各自?xún)?yōu)化,氣壓更易控制; 可同時(shí)連接幾個(gè)部件,提高 加工經(jīng)濟(jì)性。 而在 SPF/ DB 工藝過(guò)程中, 首先根據(jù)構(gòu)件加強(qiáng) 要求形式涂止焊劑或焊接, 然后外層板和芯板沿周 邊 DB 并氣壓成形, 最后在超塑溫度和壓力條件下, 完成芯板之間以及芯板和外層板之間的 DB。該工 藝的主要問(wèn)題是輔助 DB 比主要 DB 困難,DB 只能 *氣壓提供壓力,另外,氬氣中的雜質(zhì)和經(jīng)過(guò) SPF 后 脫落的止焊劑容易導(dǎo)致 DB 連接質(zhì)量下降。
3. 激光沖擊 激光沖擊是一種將激光束以脈沖形式?jīng)_擊金屬 表面形成一種平面波, 穿過(guò)工件并同時(shí)使材料產(chǎn)生 塑性變形的技術(shù), 其塑性變形深度以及形成的壓應(yīng) 力深度明顯比其他大多數(shù)表面處理的大, 從而大幅 度改進(jìn)了疲勞性能、斷裂韌性以及應(yīng)力腐蝕抗力。 激光沖擊大約是在 1965 年在 Batell 實(shí)驗(yàn)室開(kāi) 發(fā)的, 當(dāng)時(shí)由于缺少可*的、高脈沖頻率、高平均功率的激光器而未能工程化。直到 1997 年才在通用 電氣公司( GE) 首次獲得商業(yè)應(yīng)用, 用來(lái)減輕軍用發(fā) 動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片前緣的外物損傷。最近兩年, 生產(chǎn)用 激光沖擊能力顯著提高。在這方面, MIC( 金屬改進(jìn) 公司) 與 LINL( 勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室) 有獨(dú)特 的貢獻(xiàn)。MIC 公司使激光沖擊技術(shù)得以工程化, LINL 公司則提供可*的脈沖激光源, 脈沖重復(fù)頻率 比以前提高了 10 倍, 從而縮短了處理時(shí)間, 提高了 生產(chǎn)率, 并降低了成本。MIC 公司和 LINL 公司資助 一項(xiàng)合作研究與開(kāi)發(fā)計(jì)劃, 其重點(diǎn)是沖擊的應(yīng)用。 MIC 公司激光沖擊分部新近又安裝了 2 臺(tái) LINL 公 司的商用激光系統(tǒng), 用于處理渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)零件。