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    航空鈑金特種成形設(shè)備與工藝介紹

    2013年09月24日 09:45點擊:988作者:默認(rèn)來源:>>進入該公司展臺

      【中國機床商務(wù)網(wǎng)】導(dǎo)讀:制造業(yè)是國民經(jīng)濟重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),金屬成形是制造業(yè)的重要組成部分,鈑金成形屬于金屬成形領(lǐng)域;航空鈑金成形技術(shù)是鈑金成形技術(shù)的一個重要方面,也是航空制造工程支柱技術(shù)之一,能夠使航空產(chǎn)品同時獲得高結(jié)構(gòu)效率和優(yōu)良性能的基礎(chǔ)制造技術(shù)之一,對航空產(chǎn)品制造質(zhì)量、周期和成本影響顯著,作用與地位十分重要。
      
      航空工業(yè)始終面臨世界范圍激烈而殘酷的競爭,一貫追求航空產(chǎn)品性能更高、壽命更長、競爭力更強及經(jīng)濟性更佳,因此航空鈑金成形技術(shù)也不斷被深化與拓展,形成特色鮮明的航空鈑金特種成形技術(shù)。如可以提高難變形材料塑性和成形精度的(加)熱成形技術(shù)、能夠獲得復(fù)雜外形與結(jié)構(gòu)并顯著減少工序數(shù)量的超塑成形/擴散連接技術(shù)、用于復(fù)雜回轉(zhuǎn)體零件成形的旋壓成形技術(shù)及實現(xiàn)大型復(fù)雜整體壁板低成本和高性能成形的噴丸成形技術(shù)等。設(shè)備是工藝的載體,航空鈑金特種成形設(shè)備與工藝也不例外,而且兩者歷來相輔相成,新型工藝往往催生新型設(shè)備,而*設(shè)備又促進工藝的發(fā)展與應(yīng)用;同時,*航空鈑金特種成形設(shè)備開發(fā)能力是一個國家航空制造工程實力的重要標(biāo)志之一,世界航空工業(yè)強國競相開發(fā)*航空鈑金特種成形設(shè)備。
      
      特種成形工藝

      
      在這里航空鈑金特種成形工藝主要是指(加)熱成形、超塑成形/擴散連接、旋壓成形及噴丸成形等4類成形技術(shù),該4類特種成形工藝使用設(shè)備、成形方式、模具形式、成形溫度、主要成形對象、材料(熱處理)狀態(tài)、主要成形零件、工藝優(yōu)點及國內(nèi)外水平對比等見表1,成形典型鈑金零件見圖1,其中國產(chǎn)壁板利用北京航空制造工程研究所負(fù)責(zé)開發(fā)的噴丸成形技術(shù)研制,其余國產(chǎn)零件均由北京航空制造工程研究所研制或成形加工。

      
      航空鈑金特種成形工藝,與相應(yīng)的普通鈑金成形工藝相比,看似僅僅是工藝影響因素的簡單增加或改變,然而每增加或改變一個工藝影響因素往往會使工藝過程復(fù)雜程度成倍、成數(shù)倍地增加或改變。如鈦合金(加)熱成形,盡管僅在普通沖壓工藝中引入溫度這一個工藝因素,但是因此而產(chǎn)生的工藝問題則遠(yuǎn)不止一個:加熱與有效冷卻的矛盾、加熱平臺材料耐熱性和熱硬性與其加工工藝性之間的矛盾、模具急冷急熱破裂、模具表面及內(nèi)腔高溫氧化、模具熱漲、零件冷縮、零件表面氧化、模具與毛坯表面潤滑、低熔點金屬接觸腐蝕、材料吸氫、材料與模具粘黏等。面對因工藝過程更加復(fù)雜而產(chǎn)生的諸多工藝問題,必須逐個予以有效解決,否則工藝難以獲得良好的應(yīng)用。通常,一項航空鈑金特種成形工藝由開發(fā)到基本成熟的過程復(fù)雜、漫長且充滿困難,耗時短則數(shù)年、多則十?dāng)?shù)年甚至數(shù)十年,如國內(nèi)開發(fā)鈦合金超塑成形/擴散連接技術(shù)花費了20余年時間。
      
      作為國內(nèi)*從事航空制造技術(shù)研發(fā)的專業(yè)研究機構(gòu),北京航空制造工程研究所在國內(nèi)長期開發(fā)(加)熱成形、超塑成形/擴散連接、旋壓成形及噴丸成形等技術(shù),并且奠定了良好的技術(shù)和應(yīng)用基礎(chǔ),技術(shù)水平處于國內(nèi)水平與*水平;通過合作,在以上航空鈑金特種成形技術(shù)領(lǐng)域基本滿足了過去和現(xiàn)階段國內(nèi)航空產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)需要,也可部分滿足今后的實際應(yīng)用需要。
      
      與國外相比,國內(nèi)雖然在技術(shù)水平、應(yīng)用深度及廣度上仍然存在一定差距,但是已經(jīng)具備與*同行一爭高下的堅實基礎(chǔ)。
      
      特種成形設(shè)備
      
      航空鈑金特種成形設(shè)備,與以上4類特種成形工藝相對應(yīng),包括分別用于(加)熱成形、超塑成形/擴散連接、旋壓成形及噴丸成形的熱壓機、超塑機床、旋壓機及噴丸機。
      
      1熱壓機
      
      熱壓機相當(dāng)于液壓機與加熱冷卻系統(tǒng)的組合體,目前主要用于鈦合金鈑金零件的成形。其中液壓機類似普通液壓機,只是較普通液壓機的閉合高度多出大約等于上、下加熱冷卻系統(tǒng)(平臺)厚度之和的高度。熱壓機加熱冷卻系統(tǒng)是一對矛盾的統(tǒng)一體,加熱系統(tǒng)必須與冷卻系統(tǒng)配套使用。冷卻系統(tǒng)一般采用水冷,阻斷加熱平臺與床體之間的高溫傳導(dǎo)與交換,以保證整個機床長時間持續(xù)正常工作。
      
      熱壓機可分為開式和閉式,也可分為單動和雙動,各種熱壓機特點與普通液壓機類似。一般帶頂料系統(tǒng)以方便取件卸料。此外,也可配套測壓系統(tǒng)以便成形出形狀更加復(fù)雜的零件。
      
      工作溫度、加熱平臺工作區(qū)范圍及噸位是熱壓機的3個重要技術(shù)指標(biāo),國產(chǎn)與國外熱壓機技術(shù)指標(biāo)正在拉近,但是現(xiàn)實需求等因素決定了國產(chǎn)與國外的熱壓機之間總體差距在一定時期內(nèi)仍將繼續(xù)存在(圖2)。

      
      2超塑機床
      
      超塑機床類似熱壓機,當(dāng)前主要用于鈦合金零件超塑成形與擴散連接。超塑機床與熱壓機相比,工作溫度高出約200~400℃,加熱冷卻系統(tǒng)要求更高,機床制造更困難,且必須配套惰性氣體氣源、管路及氣壓控制系統(tǒng)。超塑成形/擴散連接高度較大的鈦合金鈑金零件時,需要額外配備四周加熱系統(tǒng),以保持超塑成形/擴散連接模具溫度沿高度均勻分布(圖3)。

      
      超塑機床其他方面的情況也與熱壓機類似。
      
      3旋壓機
      
      旋壓機類似車床,主要由床體、滾輪機構(gòu)、液壓進給系統(tǒng)及操作系統(tǒng)等構(gòu)成,用于各類金屬回轉(zhuǎn)體鈑金零件的成形。
      
      旋壓機可分為臥式和立式,也可分為單輪、雙動及三輪。多輪旋壓機適用于變形抗力更大零件的旋壓成形,可以旋壓成形更高質(zhì)量與精度的零件。
      
      目前,在機床噸位、旋壓件直徑及高度(或長度)等重要技術(shù)指標(biāo)方面,國產(chǎn)與國外旋壓機仍存在一定差距(圖4)。

      
      與傳統(tǒng)帶芯模旋壓工藝相比,無芯模旋壓技術(shù)具有顯而易見的*性,因此在國外一種新式旋壓機——無芯模旋壓機近年來開始進入人們的視野。
      
      4噴丸機
      
      噴丸機與龍門銑床近似,由噴丸室、壁板送進機構(gòu)、彈丸噴射回收篩分循環(huán)系統(tǒng)、壓縮空氣風(fēng)選除塵系統(tǒng)及操作控制監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成,主要用于大中型飛機金屬機翼和機身整體壁板的噴丸成形。
      
      噴丸機可分為氣動式和離心式。氣動式便于控制,適用于復(fù)雜外型結(jié)構(gòu)整體壁板的成形。離心式彈丸流量大、工作效率高,適合于結(jié)構(gòu)較簡單的整體壁板成形。
      
      目前,在機床控制系統(tǒng)、打擊力及可噴丸成形壁板長度等主要技術(shù)指標(biāo)方面,國產(chǎn)與國外的噴丸機仍存在不小的差距。
      
      此外,類似噴丸成形工作原理與效果的超聲和激光兩種沖擊成形手段,已經(jīng)在國外呈現(xiàn)出大型數(shù)控設(shè)備化的勢頭(圖5)。
      
      自20世紀(jì)60年代以來,緊隨航空鈑金特種成形工藝技術(shù)研究與應(yīng)用步伐,國內(nèi)先后開發(fā)和制造并提供國內(nèi)航空企事業(yè)單位多種航空鈑金特種成形設(shè)備,圖2~圖5中的國產(chǎn)航空鈑金特種成形設(shè)備均為北京航空制造工程研究所自主研制聯(lián)合開發(fā)或生產(chǎn),有效促進了國內(nèi)航空鈑金特種成形工藝、航空制造技術(shù)以及設(shè)備自身顯著進步,在一定程度上滿足了國內(nèi)迫切需求,取得了有目共睹的成績,也為今后研制、開發(fā)及生產(chǎn)具有*水平的航空鈑金特種成形設(shè)備奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。
      
      設(shè)備存在問題
      
      近20年來,國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備落后現(xiàn)象已經(jīng)明顯改善。但是,相對特種成形工藝而言,國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備存在問題更多、更嚴(yán)重一些。倚重進口、性能偏低、理念乏新和模式欠佳等是國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備主要問題的4個方面。
      
      (1)倚重進口。近些年來,特種成形設(shè)備特別是大型設(shè)備主要依靠進口,利用進口設(shè)備生產(chǎn)航空產(chǎn)品已不是個別現(xiàn)象。如果這一現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展下去,相關(guān)設(shè)備行業(yè)將嚴(yán)重萎縮,zui終將市場拱手讓人,難免受制于人,后果嚴(yán)重。目前,尷尬狀況已顯,當(dāng)進口設(shè)備出現(xiàn)較嚴(yán)重故障時,只能求助國外設(shè)備供應(yīng)商到生產(chǎn)現(xiàn)場排除故障,快則數(shù)天,慢則數(shù)周,嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)秩序,且不利于技術(shù)等保密。
      
      (2)性能偏低。國產(chǎn)航空鈑金特種成形設(shè)備性能、穩(wěn)定性及可靠性較差且問題與故障較多,嚴(yán)重影響了設(shè)備使用企業(yè)正常生產(chǎn),導(dǎo)致國產(chǎn)設(shè)備受歡迎程度不高。忽視核心技術(shù)開發(fā)和儲備,缺乏開發(fā)新型*設(shè)備的積極性與信心,仍停留在我能做什么,而未上升到客戶需要什么便做什么,面對客戶提出的、較高的設(shè)備性能指標(biāo)一壓再壓,zui終盡管設(shè)備被制造出來了,但更多的是在低水平徘徊,因此錯失技術(shù)水平上臺階的難得機遇。
      
      (3)理念乏新。國內(nèi)迅速發(fā)展的航空制造業(yè)及其鈑金特種成形技術(shù),迫切需要研制新型鈑金特種成形設(shè)備,然而研制或生產(chǎn)的*設(shè)備常常問題較多甚至無法正常使用。有問題并不可怕,可怕的是長期以來人們對此卻習(xí)以為常。實際上,航空鈑金特種成形設(shè)備必須研制或制造一臺合格一臺,否則將耽誤周期、浪費機會、扼殺希望以至喪失發(fā)展空間。
      
      (4)模式欠佳。國內(nèi)更多的是以跟蹤*為主,因此,國產(chǎn)設(shè)備一開始便處于不利競爭位置。此外,國內(nèi)缺乏模塊化設(shè)計與制造、專業(yè)化分工協(xié)作、市場化利用與獲取資源的自覺意識,喜好大包大攬,小到螺絲母大到床體與整機,結(jié)果是開發(fā)設(shè)備質(zhì)量不高故障不少、制造與維護成本高、開發(fā)周期長。
      
      針對上述問題,應(yīng)當(dāng)重視核心技術(shù)開發(fā)與積累,采用模塊化設(shè)計制造,專業(yè)化分工協(xié)作,市場化配置資源,信息化武裝特種成形設(shè)備,嚴(yán)格滿足客戶技術(shù)指標(biāo)等要求,以少量引進促進技術(shù)進步,通過技術(shù)與管理創(chuàng)新加速技術(shù)升級,以運行穩(wěn)定可靠、維護間隔長、操作方便的*航空鈑金特種成形設(shè)備zui大限度滿足航空鈑金特種成形需要。
      
      設(shè)備發(fā)展趨勢
      
      未來,國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備將呈現(xiàn)出專業(yè)化、國產(chǎn)化、化、大型化及信息化5大發(fā)展趨勢。專業(yè)化意味著高品質(zhì)、高質(zhì)量、率及低成本,要求設(shè)計、制造、控制、裝配、調(diào)試、售后服務(wù)專業(yè)化,設(shè)計制造模塊化,唯有專業(yè)化國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備開發(fā)才會有希望。國產(chǎn)化力求國內(nèi)自主開發(fā)航空鈑金特種成形設(shè)備,但是并不意味著保護落后和禁止進口,相反允許合理進口并保護公平競爭;航空鈑金特種成形設(shè)備必須堅持國產(chǎn)化,這是使命和責(zé)任使然。化是指航空鈑金特種成形設(shè)備用途更趨單一甚至僅針對某種特定零部件,可產(chǎn)生率;融合工藝與工裝,為特定零件成形提供工藝及設(shè)備整體解決方案。大型化反映航空鈑金特種成形設(shè)備重要乃至重大方向,不過大型化很容易被輕視和簡單化;務(wù)必重視設(shè)備大型化趨勢,應(yīng)當(dāng)提早預(yù)測、規(guī)劃及實施,以應(yīng)對當(dāng)設(shè)備規(guī)格大到一定程度時,一些關(guān)鍵零部件因尺寸大在市場上難以獲得,國內(nèi)企業(yè)又不具備制造能力,而國外個別企業(yè)雖具備生產(chǎn)能力但其產(chǎn)品對中國禁運的可能困局。信息化已經(jīng)成為一種不可抗拒的巨大潮流,國內(nèi)航空鈑金特種成形設(shè)備必須自覺適應(yīng)信息化潮流,與數(shù)字、智能及無紙制造接軌。
      
      (文章來源:航空制造技術(shù))

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