飞机整流罩前段蒙皮成形改进

飞机整流罩前段蒙皮成形改进

吴华东,何金萍，汪海峰，金妍，杜建宁

沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁省沈阳市， 110850

摘要：蒙皮零件是构成飞机气动外形的薄板件和内部结构框架的包覆件, 其加工成形质量对飞机的外观和气动性能有较大的影响。本文针对复杂蒙皮成形中出现的质量缺陷，通过对零件成形工艺方案进行探讨，从零件成形方案、成形设备、成形工装、受力特点、成形参数等方面分析， 并结合实际加工情况制定了优化方案和改进措施。经过优化，采用落压成形-拉伸成形组合的工艺方案进行生产，获得了优质零件，解决了该复杂蒙皮零件成形中废品率高、表面质量差等问题。

关键词：整流罩；飞机蒙皮；组合成形

1、研究背景

    蒙皮零件是构成飞机气动外形的薄板件和内部结构框架的包覆件,其中外蒙皮零件覆盖在飞机外表面,在飞机飞行过程中直接与气流接触产生摩擦, 其加工质量对飞机的外观和气动性能有较大影响。目前蒙皮零件主要加工方法有充液成形、滚弯成形、落压成形和蒙皮拉伸成形等，各种加工方法成本、精度差异大，零件质量也有所不同。本文以某机型整流罩蒙皮为例，探索复杂蒙皮零件的制造方法。

该零件为飞机整流罩前段蒙皮，典型双曲率结构，零件长度超过1300mm,内部含2处椭圆孔和1—Φ6 “K”孔。其中椭圆孔用于安装可拆卸口盖，“K”孔则用于零件在装配型架上定位。此零件采用落压方式成形，工艺加工流程为：下料—落压成形—淬火—修整—钻孔—切割外形—时效—表面处理。工装采用落压模，铅锌合金制造，下模按数据集设计和制造，采用凸式结构。依据检验要求，零件需满足外形极限偏差±0.5mm,“K”孔孔径极限偏差偏差+0.048mm, 孔位置偏移极限偏差0.1mm, 零件与工装贴合间隙不大于0.5mm。零件结构见图1。

  `

                           图1 零件结构图

2、零件问题分析

    2.1、零件制造存在问题

零件生产的核心工序为落压成形以及校正， 成形过程中出现零件裂纹、型面不贴合、表面质量差等问题，具体为：

（1）零件外形局部变形过大,成形容易压裂，报废率超过80%；                                                 

（2）零件表面出现多处凸凹不平，分布于零件所有位置，影响外观质量；    

（3）零件弯曲部分出现压痕和多处划伤；                                                     

（4）椭圆形孔尺寸超差、因外形不准确导致φ6K孔位置偏移；                                   

   2.2、原因分析

造成上述问题的根本原因分析如下：

（1）零件型面急剧变化，造成成形困难，部分型面未满足设计要求且易压裂；

（2）工装间隙不均匀，局部挤压严重造成压痕和多处划伤；

（3）局部位置靠落压模无法成形，成形过程中大量采用手工修整，零件出现表面凸凹不平现象；

（4）不规则椭圆形按工装边缘线手工制出，位置以及外边缘存在偏差，零件整体外边缘亦如此。

    3、工艺改进方案

    根据上述原因分析，通过改变工艺流程、工装结构、合理安排热处理等方式入手，对零件生产过程进行重新策划，简单介绍如下：

     3.1、改变加工流程，采取蒙皮拉伸-落压成形的组合方式进行生产

    此零件为典型的双曲率蒙皮结构，可以采用蒙皮拉伸的方式进行加工，但是由于零件曲率变化大，难以通过拉伸直接获得零件外形，后续生产过程中证明，零件拉伸时外形较小的一侧未与工装贴合时已经出现裂纹，故零件无法按拉伸方式直接加工，仅能获得初步外形。考虑到之前生产零件采用落压方式进行，将零件加工流程更改为组合成形，即先由蒙皮拉伸获得初步外形，再由落压成形的方式补充加工。增加拉形模结构如图2。

图2 拉形模结构图

    3.2、局部改变工装结构，改善材料流动；

拉伸出零件雏形后进行落压成形，零件仍然无法与工装贴合，多次落压后出现裂纹。分析原因为此零件弯曲半径过小，不利于材料流动，同时落压模上、下模间隙较小，零件处于拉伸状态。针对此情况，对工装结构进行局部更改，适当增大圆角半径，用利于拉伸时材料流动，减少报废；同时在落压模下模位置放置适当厚度的橡皮垫，以此来调整模具间隙。

     3.3、合理安排热处理，获取零件成形的最佳物理状态；

合理安排热处理，有利于零件成形和修整，在蒙皮拉伸时，可以适当的增加淬火工序，在落压成形时，增加退火工序，均可以提高材料成形的性能，有利于零件成形。

此外，润滑油的合理利用，也在一定程度上有利于零件成形。

    3.4、采用数控五坐标铣切零件外形以及内孔，提高外边缘尺寸精度；

申请专用五坐标铣切工装，根据蒙皮型面特点，工装采用凸模结构，并采用绑带的形式固定蒙皮零件于铣切工装表面，保证铣切精度。蒙皮周圈分布一定数量压板，保证蒙皮与工装表面紧密贴合，有利于提高蒙皮铣切精度；工装表面同时制作出定位孔，保证蒙皮可以准确定位。

      4、完成效果

经过上述改进，零件采用蒙皮拉伸-落压成形-数控铣切的方式加工，通过适当垫橡皮更改模具间隙、合理安排热处理、数控铣切外形等方式，生产出的零件型面和边缘尺寸满足设计要求，未出现型面、尺寸超差问题。获得的零件图3。

    5、结论

    将蒙皮拉伸与落压成形这两种相对独立的加工方式组合起来，先由蒙皮拉伸获得零件雏形，再由落压成形获得零件最终外形，而作为过渡模的拉形模，可以根据零件成形的需要适当进行局部更改，有利于零件成形。受此零件组合成形的启发，在各型号飞机零件生产中，多次使用将两种甚至多种工艺方法进行组合，并获得了可喜的效果。

参考文献：

   [1]Zhenyuan J，Qiang G，Yuwen S，et a1．Redesigned surface based ma—chining strategy and metllod in peripheral milling of thin—walled parts[J]．中国机械工程学报EI，2010，23(3)：282—287．

   [2]张志国，徐学民．MMS：新型绿色蒙皮加工系统[J]．航空制造技术，2010(19)：84—86．