第十七章 整体壁板成形

1. 第十七章 整体壁板成形 17.1 板坯制备和型面加工 板坯按加工方法分为轧制厚板、轧制特形板、挤压板坯、模锻板坯和铸造板坏，前面三种板坯加工都经过拉伸处理，通称为预拉伸板。 拉伸处理是将轧制成挤压的铝合金板坯，在新淬火状态孕育期内，将其单向拉伸变形量达到（2.0～2.5）%。拉伸后的板坯称为预拉伸板。 板坯的制造方案目前有六种可供选择，它们是：厚板机加、厚板化铣、特形轧制、挤压展平、模锻、铸造。

2. 17.1.1 轧制 拉伸 化铣 化学铣切是将保护材料涂敷于零件不需要腐蚀的部位上，然后将零件浸入溶液中，使未被涂敷的部位受到腐蚀，用控制腐蚀液浓度、温度和时间来控制腐蚀深度，从而获得所要求的形状和尺寸。 1 化铣样板是板坯化铣加工涂敷层刻形的依据。板坯化铣内外表面使用的样板不同，化铣板坯内表面时，样板置于板坯内表面刻形，所以样板的内形比板坯内形小一个板坯料 厚，(见图17.1(a))。反之，化铣板坯外表面时，则大一个料厚(见图17.1(b))。 图17.1 化铣样板与化铣板坯的关系 2 腐蚀保护的覆盖层，一般用氯丁橡胶RH3-80型乳胶，国外有AC850胶。

3. 17.1.2 轧制特形板坯加工 1 等厚板坯采用刻型模板或借助刻型轧辊，轧制出具有一定型面的整体壁板板坯，见图17.4。某型机的机翼水平尾翼壁板毛坯就是采用刻型轧辊轧制而成，见图17.5。 图17.4 刻型轧辊轧制特形板坯 图17.5 平尾壁板板坯 2 便于轧制过程的材料流动和型腔填充，等厚板的厚度比壁板筋条高度要大，见图17.6。 图17.6 轧制毛坯和特型板剖面示意图

4. 3 毛坯在轧机上的正确导入和导出是保证轧制过程顺利进行的关键。 4 消除轧制特形板的残余应力，轧制板淬火后进行拉伸处理，拉伸机的夹持钳口要和板坯筋条的部位、形状相适应，便于施力。 5 这种方法的材料利用率高，但技术复杂，投资大，只能在大批生产中采用。 17.1.3 挤压板坯加工 1 利用大型挤压机可以直接生产带筋条的壁板毛坯，或带筋条的筒形件，展平后获得板坯，见图17.18。 2 国内最大挤压筒形件直径 500mm，挤压平板最大宽度为800mm。 3 挤压板坯的纤维完整，强度比轧制板提高3%～5%，材料利用率高达50%～80%。

5. 17.2 整体壁板成形 17.2.1 压弯成形 板坯通过滚动的辊轴，形成三支点连续弯曲，并逐步产生塑性变形，改变辊轴间的相互位置获得所需外形，见图17.9。 (1) 沿壁板构件纵向压弯时，一般采用通用弯曲模，上模对正壁板直母线，逐步送进以至成形，适用于有纵向加强筋的翼型前缘部位的壁板成形。 (2) 横向压弯和局部压弯，多采用专用压弯模。生产效率高，质量稳定，外形容差可达到(0．3～0．5)mm，适合批生产。 (3) 局部压弯修正，一般采用通用压弯校正模。 图17.9 某整体壁板滚弯成形

6. 17.2.2 拉形成形 整体壁板有复杂的型面结构，曾经在型面加工后拉形成形；因工艺复杂，质量达不到要求而不能用于生产。 现在采用厚板拉形成形后再化铣型面。由于化铣工艺的局限性，只能用于整体厚蒙皮和筋条高度≤5mm的整体壁板板坯成形。 1 整体厚蒙皮、板坯拉形一般分两步进行，先在退火状态下拉形，使毛料基本贴胎；然后在新淬火状态下补拉校正。 2 退火状态下，拉形变形量比临界变量小(1～2)％，新淬火状态下拉伸变形量：LY12C ≤3％，LC4C≤ 2．5％。 3 后续的化铣工序，要求板坯的晶粒度不大于2级，而拉形变形会使板坯晶粒长大，故适当分配变形量是必要的。LY12M冷轧板临界变形量为(7～8)％，热轧板为(5～7)％。 4 必须保证拉形模胎和化铣样板上的定位孔协调。

7. 17.2.3 喷丸成形 借助压缩空气或高速叶轮的离心力驱动球形金属弹丸流撞击板坯表面，使受喷表层材料向四周延伸，表层面积增大，但又受到材料变形一致的限制，导制板坯产生内弯矩而塑性变形；板坯在可控制和重复进行的弹流撞击下逐渐达到要求的外形。 1、喷丸成形特点： (1) 喷丸成形时高速的球形弹丸撞击板坯表层，使一定深度的表层产生塑性延伸变形；变形后，内应力达到平衡。喷丸在材料表面形成的应力层，阻止和延缓裂纹的产生、扩展，能提高零件的疲劳强度。 (2) 板坯接受给定弹流的喷射，当覆盖率达到饱和状态，零件再不变形。 (3) 喷丸的送进方式和弹流参数可以随意匹配，加工程序有很大的灵活性。 (4) 只要提供足够的弹丸散射面积，一般被加工零件的长宽尺寸不受限制。 (5) 喷丸零件表层压应力的存在，提高材料疲劳性能和抗应力腐蚀能力，可以和喷丸强化同步进行。 (6) 虽然喷丸的设备和工艺装备结构简单，造价低廉，但加工过程对工人操作技巧和经验积累依赖性很大，目前，尚未出现严格定量的工艺程序，针对具体零件靠试喷数据和工人技术进行加工。

8. 2、喷丸成形方法 表17.2 整体壁板喷丸成形方法

9. 3、单曲度壁板喷丸成形 (1) 适合喷丸成形的壁板纵横向的结构刚度差要大，型面曲率半径要大于给定喷丸设备的极限成形半径，外形规整，无缺口，避免局部凸台。 (2) 加强筋和弯曲方向垂直，与曲面母线平行时，可以自由状态下喷丸。否则，需预弯曲，在夹具上喷丸。 (3) 应垂直于弯曲方向送进板坯，弹流喷射顺序沿弯曲面从中间开始，对称进行。 (4) 板坯上不能喷丸成形的部位，可预先用其他方法加工，最后安排喷丸工序。 4、喷丸校形

10. 5、预应力夹具 1 预应力夹具是根据工艺的需要对板坯施加预应力的装置，以促进或抑制喷丸导致的板坯塑性变形。但喷丸零件的最终外形主要靠科学地选择喷丸工艺参数及熟练的操作技术。预应力夹具仅是一种辅助成形的工艺装备。 2 预应力夹具按其对受喷区所起的作用，分为预弯曲夹具和预拉伸夹具。 预弯曲夹具是使板坯在需要部位的剖面产生弯曲应力，这将促进板坯在接受喷丸时，向预弯 曲的方向产生塑性弯曲变形，并抑制垂直预弯曲方向的弯曲。它主要用于喷丸成形单曲度整体壁板和整体厚蒙皮。 预拉伸夹具是使板坯在工艺需要"放料"部位的剖面产生拉应力，促进喷丸向拉应力的方向产生拉伸变形，达到"放料"的目的。适用于喷丸成形机翼弯折区和双曲度的整体壁板。

11. 17.3 整体壁板成形工艺流程设计 机身口盖整体壁板结构见图17.11。横向曲率38框＞42框＞47框＞50框，见图17.11b。纵向与机身上部折页连接的一边为直线，靠近上大梁的一边为凹陷曲线，47框凹陷最深约3mm，形成扭曲的马鞍形双曲面，蒙皮四周和框轴线处厚3．5mm，网格中蒙皮厚1．5mm。(成形方案见表17.5。)成形工艺流程见表17.6。

12. 图17.11 机身口盖整体壁板

13. 表17.5 两种成形方案

14. 表17.6 拉形－化铣工艺流程