飛機帶加強槽腹板鋁合金零件成形與固溶方案研究及應用

飛機機身結構中，在翼梁位置多有大腹板鈑金零件（圖1）設計，這些零件多是尺寸較大且?guī)в屑訌姴鄣牧慵?，一般采用液壓成形的方式，由于零件結構及成形方式的特殊性，在熱處理過程中如何有效地控制材料熱處理變形，控制液壓成形，以及成形后的數(shù)銑方式都成為了零件研制成功與否的關鍵。圖1上擋板零件工藝方案分析材料熱處理變形的控制與熱處理料框形式及零件捆綁固定方式關系最密切，液壓成形零件成形質(zhì)量與壓力控制、工裝結構形式關系最密切，零件成形后數(shù)銑外形時又受到零件定位方式的影響。通過對零件整個成形過程中各項因素的分析，為降低零件熱處理變形對零件成形質(zhì)量的影響，采用毛料在新淬火狀態(tài)下液壓成形，并根據(jù)毛料尺寸及外形設計新的熱處理料框及捆綁方式，根據(jù)零件結構、工裝形式及設備能力制定規(guī)范化的成形方式，控制成形后零件的數(shù)銑固定方式、銑切速度，降低零件由于數(shù)銑造成的變形。對零件成形過程中各項因素進行系統(tǒng)地分析并制定相應措施，保證零件成形質(zhì)量及效率，同時減少了淬火變形或零件成形不到位帶來的高額報廢成本的增加。對于各式的大腹板帶加強槽零件，影響其成形質(zhì)量的因素諸多。雖然尺寸大小不一致，但零件結構及成形方式大抵相同，故可制定一套符合公司現(xiàn)有加工設備及人員能力的工藝方案來實現(xiàn)成形后的零件滿足工程圖紙要求，工藝方案分析如下。⑴熱處理過程的控制：對零件材料、厚度、外形特點進行分析，確認零件熱處理的裝夾方式，能夠盡可能的降低零件熱處理之后的變形。⑵成形方法的確定：加工方法的確定主要基于對零件特性的分析，包括零件的原材料特性、外形特點、工人操作水平、設備加工能力。⑶成形后數(shù)銑的控制：確定成形后零件的數(shù)銑固定方式、銑切速度等，降低零件由于數(shù)銑造成的變形。⑷固化最終成形方式，制定詳細的加工工序。研究方法和技術路線本項目采用理論分析與實際驗證相結合的研究方法，在熱處理方式及液壓方案、成形后數(shù)銑方案制定時應用不同方式試驗結果對比，以實現(xiàn)成形過程中零件成形質(zhì)量的有效合理控制。本項目采用“理論分析（關鍵因素查找）→基于分析的實際驗證（因素控制）→方案總結固化”的總體技術路線，以實現(xiàn)成形過程中零件成形質(zhì)量得到有效合理控制為目標，開展技術研究，項目總體技術路線如圖2所示。圖2技術路線圖項目實施過程與結果固溶處理中材料變形控制通過對零件毛料尺寸及零件在熱處理爐中的受力分析，制定兩種零件固溶懸掛方式進行實際驗證。⑴零件固溶懸掛方法。1)固溶懸掛方法一：將零件毛料平鋪在熱處理料框側壁，并在毛料邊緣鉆定位孔用鋁絲加以固定，見圖3。圖3零件固溶懸掛方法一2)固溶懸掛方法二：將零件毛料彎曲后貼在圓形熱處理料框側壁，并在毛料邊緣鉆定位孔用鋁絲加以固定，見圖4。圖4零件固溶懸掛方法二⑵驗證結果。通過兩種零件固溶懸掛方式驗證結果（圖5、圖6）對比發(fā)現(xiàn)，采用方法二形式材料捆綁、料框選擇的零件，固溶后基本能保證零件表面質(zhì)量狀態(tài)穩(wěn)定，不會出現(xiàn)嚴重變形，造成報廢的現(xiàn)象發(fā)生，降低了后期零件修整的難度。圖5固溶懸掛淬火后的零件對比圖6固溶處理后板料矯平與不矯平后液壓的零件對比成形過程控制影響此零件成形質(zhì)量的兩個主要因素是矯平和液壓方式的選擇，在成形該零件的過程中，不斷完善過程細節(jié)，改進成形中出現(xiàn)的翹曲、變形。⑴矯平。固溶處理后的矯平，由于零件工序間的周轉，使得零件暴露于室溫之中，材料變硬，不利于零件的后續(xù)成形，而下一工序是矯平，會導致零件冷作硬化，進而使得零件加強槽液壓尺寸不足，翹曲嚴重。因此通過試驗得出，在固溶處理后板料不進行矯平，直接進行液壓，獲得零件的表面質(zhì)量及成形尺寸更好，對比結果見圖6。⑵液壓成形控制及驗證結果。方案一：為節(jié)約成本，在不調(diào)整原有工裝結構的前提下，加大零件毛料尺寸，利用加大彎邊尺寸，增加零件液壓過程中的橫向拉力，保證零件液壓后的平面度要求，液壓過程及零件狀態(tài)見圖7。圖7方案一液壓過程及零件狀態(tài)方案二：分兩次進行液壓，第一次不加胎蓋，僅使用膠皮覆蓋零件，增強材料的流動性，第二次液壓加蓋胎蓋矯形，胎蓋的合理使用，能夠保證零件在液壓后既滿足加強槽深度的要求，又提高零件表面質(zhì)量，液壓過程及零件狀態(tài)見圖8。圖8方案二液壓過程及零件狀態(tài)通過兩種液壓成形方式對比，采用方案二能夠更好地實現(xiàn)零件成形，零件成形后的質(zhì)量基本合格。⑶成形后數(shù)銑控制及驗證結果。數(shù)銑后零件的質(zhì)量，能夠影響到零件后期的成形。影響零件數(shù)銑質(zhì)量的主要因素是零件數(shù)銑加工時的定位釘數(shù)量及定位釘位置。采用以下兩種方案固定零件。方案一：采用常規(guī)定位釘添加方式，長度和寬度方向每側4個釘定位，如圖9所示。圖9方案一固定方式數(shù)銑結果：定位釘之間間距約240mm，銑切時材料發(fā)生銑切振顫，零件銑切后效果不理想。方案二：采用密集定位釘添加方式，長度方向每側7個釘定位，寬度方向每側6個釘定位，如圖10所示。圖10方案二固定方式數(shù)銑結果：零件定位釘間距不超過150mm，零件銑切后效果滿足后續(xù)成形需求。結束語通過本次課題研究，對于帶加強槽的大尺寸腹板類零件的加工過程有了更深入、系統(tǒng)的研究，并制定了一套符合公司現(xiàn)有加工設備及