第九章 整体壁板的制造整体壁板的制造 一、概述一、概述 二、整体壁板的毛坯二、整体壁板的毛坯三、整体壁板的加工三、整体壁板的加工四、整体壁板的成形四、整体壁板的成形2021/6/31 整体壁板整体壁板整体壁板整体壁板柱形壁板柱形壁板柱形壁板柱形壁板锥形壁板锥形壁板锥形壁板锥形壁板凸峰壁板凸峰壁板凸峰壁板凸峰壁板马鞍形马鞍形马鞍形马鞍形壁板壁板壁板壁板折弯壁板折弯壁板折弯壁板折弯壁板2021/6/32 一、概述一、概述 何为何为整体壁板整体壁板? 是由整块板坯制成的飞机整体结是由整块板坯制成的飞机整体结构承力件，整体壁板的结构要素（如构承力件，整体壁板的结构要素（如长桁、蒙皮加强垫板等）之间无任何长桁、蒙皮加强垫板等）之间无任何连接，一般构成飞机的气动外形连接，一般构成飞机的气动外形 无加强筋的整体壁板又称整体厚无加强筋的整体壁板又称整体厚蒙皮2021/6/33 优点优点1. 设计方面设计方面 —— 等强度设计，强度等强度设计，强度/重量比高，刚性好重量比高，刚性好 —— 疲劳寿命长疲劳寿命长 —— 外形准确，表面光滑外形准确，表面光滑 —— 简化油箱的密封，空间利用率高简化油箱的密封，空间利用率高 2021/6/34 2. 工艺方面工艺方面• 简化了互换性简化了互换性• 减轻了装配劳动量减轻了装配劳动量• 提高了装配精度提高了装配精度 • 缩短生产准备周期缩短生产准备周期• 提高劳动生产率提高劳动生产率2021/6/35 问题问题• 加工设备增加加工设备增加• 毛坯的制造周期长，费用高毛坯的制造周期长，费用高 —— 成本增加成本增加• 产生裂纹后扩展较快产生裂纹后扩展较快 —— “破损安全性破损安全性”差差 2021/6/36 二、二、整体壁板的毛坯制造整体壁板的毛坯制造 目前应用的整体壁板主要为铝合金目前应用的整体壁板主要为铝合金制成。
制造整体壁板毛坯的方案很多，制成制造整体壁板毛坯的方案很多，其中主要有：其中主要有： 1. 1.热模锻制造毛坯热模锻制造毛坯 2. 2.挤压毛坯挤压毛坯 3. 3.自由锻板坯或用热轧平板做毛坯自由锻板坯或用热轧平板做毛坯 4. 4.特种铸造特种铸造2021/6/37 * 各种整体壁板毛坯的比较各种整体壁板毛坯的比较1. 1. 热模锻毛坯热模锻毛坯 2021/6/38 —— —— 热模锻毛坯热模锻毛坯 它的优点是生产率高，锻件有连续它的优点是生产率高，锻件有连续的纤维组织，晶粒致密，强度高的纤维组织，晶粒致密，强度高 它可以制造复杂的纵横或扇形分布它可以制造复杂的纵横或扇形分布的筋和肋条，可以同时制造出对接接头的筋和肋条，可以同时制造出对接接头 但模锻需要吨位极大的机床，锻模但模锻需要吨位极大的机床，锻模制造也很困难，周期长劳动量大制造也很困难，周期长劳动量大 2021/6/39 2. 2. 挤压毛坯挤压毛坯2021/6/310 —— —— 挤压毛坯挤压毛坯 它的优点是能得到比模锻更大的壁它的优点是能得到比模锻更大的壁板，与模锻相比较，这种方法所需的设板，与模锻相比较，这种方法所需的设备功率较小，模具制造费用较低，生产备功率较小，模具制造费用较低，生产效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位，效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位，需表面修整外，不需进一步加工。
需表面修整外，不需进一步加工 毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平设备限制，模具寿命低设备限制，模具寿命低 2021/6/311 3. 3. 自由锻毛坯和热轧平板自由锻毛坯和热轧平板 2021/6/312 ————自由锻毛坯和热轧平板自由锻毛坯和热轧平板 它的优点是厚板供应来源广，而且它的优点是厚板供应来源广，而且允许设计者较自由地布置筋条和凸台，允许设计者较自由地布置筋条和凸台，生产准备周期短，能适应机种迅速改变，生产准备周期短，能适应机种迅速改变，制造精度及光洁度较高制造精度及光洁度较高 其缺点也是非常明显的，即加工量其缺点也是非常明显的，即加工量大，材料利用率很低（一般仅为大，材料利用率很低（一般仅为10%10%左右）左右），需配备大型高效率切削机床需配备大型高效率切削机床 2021/6/313 4. 4. 特种铸造特种铸造2021/6/314 —— —— 特种铸造特种铸造 对尺寸不大，有敝开斜角内肋，对尺寸不大，有敝开斜角内肋，而当壁板厚度大于而当壁板厚度大于2 2~4 mm4 mm时，可以采时，可以采用挤铸和低压铸造法制造整体壁板毛用挤铸和低压铸造法制造整体壁板毛坯。
坯 由于铸造金属机械性能较差，使由于铸造金属机械性能较差，使铸造整体壁板的应用受到限制铸造整体壁板的应用受到限制2021/6/315 * 毛坯的校平与消除残余内应力毛坯的校平与消除残余内应力 供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消除残余应力及探伤检验等等工序除残余应力及探伤检验等等工序 其中校平与消除残余应力是影响整体壁其中校平与消除残余应力是影响整体壁板加工效率和质量的重要环节板加工效率和质量的重要环节 消除残余内应力最有效的办法是在厚板消除残余内应力最有效的办法是在厚板淬火后经过淬火后经过1.5~2.5%变形程度的拉伸校正，变形程度的拉伸校正，然后经过自然或人工时效处理再送去加工然后经过自然或人工时效处理再送去加工 2021/6/316 三、三、整体壁板的加工整体壁板的加工常见的加工方法有两种：常见的加工方法有两种： —— 机械加工机械加工（（NC加工）加工） 机械加工方法通常是先加工而后成形机械加工方法通常是先加工而后成形。
（由于先成形后加工较困难）由于先成形后加工较困难） —— 化学铣切化学铣切 利用化学铣切无切削力的特点，整体利用化学铣切无切削力的特点，整体壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切 2021/6/317 1．整体壁板的机械加工．整体壁板的机械加工 加工整体壁板的金属切削机床在加工整体壁板的金属切削机床在早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床以及摇臂铣床等改装而成，它们一般以及摇臂铣床等改装而成，它们一般均采用真空夹具，它的特点是施压均均采用真空夹具，它的特点是施压均匀，装夹方便，没有夹紧伤痕匀，装夹方便，没有夹紧伤痕 目前随着数控技术日益广泛的应目前随着数控技术日益广泛的应用，整体壁板加工中大多采用数控机用，整体壁板加工中大多采用数控机床来加工床来加工 2021/6/318 2．整体壁板的化学铣切．整体壁板的化学铣切（（1）化铣原理）化铣原理 利用金属能在某些酸或碱溶液中溶利用金属能在某些酸或碱溶液中溶解的特性，解的特性，“铣切铣切”（蚀除）去需加工的（蚀除）去需加工的表面，对于不需加工的表面则用保护层表面，对于不需加工的表面则用保护层加以保护。
加以保护 利用酸或碱蚀除金属的原理，不仅利用酸或碱蚀除金属的原理，不仅可加工铝合金而且能加工某些合金钢或可加工铝合金而且能加工某些合金钢或钛合金2021/6/319 2Al +2NaOH +2H2O = 2NaAlO2 + 3H2↑2021/6/320 （（2）化铣整体蒙皮的工艺余量）化铣整体蒙皮的工艺余量 化铣蒙皮的成形可在化铣工序之化铣蒙皮的成形可在化铣工序之前成形，成形后再化铣，这给加工工前成形，成形后再化铣，这给加工工艺带来了很大的方便，成形方法仍然艺带来了很大的方便，成形方法仍然可采用常规方法进行，如可采用常规方法进行，如拉弯拉弯、、滚弯滚弯、、闸压闸压和和拉形拉形以及其他方法等以及其他方法等 化铣板件应留有足够的工艺余量化铣板件应留有足够的工艺余量具体内容是按如下要求确定：具体内容是按如下要求确定： 2021/6/321 n na a1 1< < h h2021/6/322 工艺余量确定的具体内容工艺余量确定的具体内容• 毛料周边工艺余量毛料周边工艺余量 n ：： 对厚件、深对厚件、深腐蚀腐蚀 n = 50~80 mm 对薄件、浅对薄件、浅腐蚀腐蚀 n = 20~40 mm• 筋条的工艺余量：筋条的工艺余量： 在化铣中，腐蚀不仅在无保护层部位在化铣中，腐蚀不仅在无保护层部位进行，而且会逐步深入到保护层下面。
筋进行，而且会逐步深入到保护层下面筋条宽度为条宽度为b，，则留的保护层宽度应是则留的保护层宽度应是b+2a，，a的尺寸由化铣深度的尺寸由化铣深度h来确定 2021/6/323 四、整体壁板的成形四、整体壁板的成形 整体壁板由于尺寸大，材料厚，带整体壁板由于尺寸大，材料厚，带有各种加强筋和凸台，外形准确度要求有各种加强筋和凸台，外形准确度要求高，在成形问题上存在很多困难高，在成形问题上存在很多困难 由于壁板的规格、品种很多、尺寸由于壁板的规格、品种很多、尺寸大小不一，外形曲度有很大变化，所以大小不一，外形曲度有很大变化，所以需要针对具体零件的特点，工厂的生产需要针对具体零件的特点，工厂的生产条件，工人的技术水平，试制周期，生条件，工人的技术水平，试制周期，生产批量等进行具体分析，订出切实可行产批量等进行具体分析，订出切实可行的工艺方案的工艺方案 2021/6/324 1．常规成形方案．常规成形方案 —— —— 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形 —— 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形 —— 整体壁板的拉形整体壁板的拉形2021/6/325 —— —— 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形2021/6/326 —— —— 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形 单曲度整体壁板可用闸压成形。
单曲度整体壁板可用闸压成形 在筋条之间垫以硬塑料板，在凹模上垫以在筋条之间垫以硬塑料板，在凹模上垫以弹簧钢板托住工件，这两点都是为着使成形弹簧钢板托住工件，这两点都是为着使成形工件表面光滑，减少棱边现象工件表面光滑，减少棱边现象 闸压成形时当壁板长度超过模具时，可以闸压成形时当壁板长度超过模具时，可以沿长度方向移动壁板位置，以成形大长度整沿长度方向移动壁板位置，以成形大长度整体壁板 压弯成形时也可将工件加热（约压弯成形时也可将工件加热（约200ºC）以）以暂时降低材料屈服应力从而减少残余应力暂时降低材料屈服应力从而减少残余应力 2021/6/327 —— 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形2021/6/328 —— 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形 单曲度整体壁板不仅可用闸压成形单曲度整体壁板不仅可用闸压成形也可用滚弯成形成形时在内表面垫也可用滚弯成形成形时在内表面垫以硬塑料板，此塑料板预先加工出窝以硬塑料板，此塑料板预先加工出窝存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚弯，避免由于筋条而阻碍滚弯弯，避免由于筋条而阻碍滚弯 2021/6/329 —— 整体壁板的拉形整体壁板的拉形 沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用普通机床亦可拉形简单型式的整体壁普通机床亦可拉形简单型式的整体壁板，但通常需要专用的复杂工夹具。
板，但通常需要专用的复杂工夹具 复杂整体壁板由于有筋条部位和无复杂整体壁板由于有筋条部位和无筋条部位之间刚度差异很大，通常在筋条部位之间刚度差异很大，通常在拉形后表面出现严重凸凹不平，因此拉形后表面出现严重凸凹不平，因此一般需采用专用拉形机拉形一般需采用专用拉形机拉形 2021/6/330 2．整体壁板的喷丸成形．整体壁板的喷丸成形 喷丸技术早期主要用于强化工件喷丸技术早期主要用于强化工件表面层，使表面产生压缩应力，达到表面层，使表面产生压缩应力，达到提高疲劳强度和抗腐蚀能力的目的提高疲劳强度和抗腐蚀能力的目的后来随着整体壁板的出现，喷丸技术后来随着整体壁板的出现，喷丸技术又为成形整体蒙皮的工艺方法之一又为成形整体蒙皮的工艺方法之一 2021/6/331 （（1）喷丸成形原理）喷丸成形原理2021/6/332 2021/6/333 弹丸由压缩空气吸入喷嘴，又由喷嘴弹丸由压缩空气吸入喷嘴，又由喷嘴向工件表面喷射向工件表面喷射 所所谓谓喷喷丸丸成成形形即即喷喷射射弹弹丸丸的的喷喷嘴嘴对对准准工工件件要要求求部部位位喷喷射射弹弹丸丸，，打打击击工工件件表表面面层层，，使之产生塑性变形达到成形目的使之产生塑性变形达到成形目的。
弹弹丸丸打打击击到到工工件件表表面面，，表表面面层层会会出出现现许许许许多多多多凹凹坑坑，，凹凹坑坑周周围围金金属属向向径径向向排排挤挤其其结结果果是是上上表表面面的的面面积积增增加加，，其其自自然然趋趋势势是拱起 2021/6/334 喷嘴结构2021/6/335 整体壁板工件曲率的控制整体壁板工件曲率的控制 工件被喷击后产生的曲率大小与两工件被喷击后产生的曲率大小与两组因数有关，其一是组因数有关，其一是喷击强度喷击强度，这里包，这里包括弹丸的大小、重量、硬度、弹丸喷击括弹丸的大小、重量、硬度、弹丸喷击的速度以及喷击的角度；其二是的速度以及喷击的角度；其二是覆盖率覆盖率，，即凹坑的总面积与被喷面积之比改变即凹坑的总面积与被喷面积之比改变这两组因素，就可以控制工件的曲率这两组因素，就可以控制工件的曲率在生产中，主要控制喷击过程的空气压在生产中，主要控制喷击过程的空气压力和工件送进速度力和工件送进速度 2021/6/336 喷丸成形的工艺参数喷丸成形的工艺参数•喷击强度喷击强度----是计量弹丸流撞击能量的尺度是计量弹丸流撞击能量的尺度•覆盖率覆盖率----是表达被撞表面弹坑覆盖的程度是表达被撞表面弹坑覆盖的程度•弹流速度弹流速度----反映弹丸具有的动能反映弹丸具有的动能•弹丸弹丸----是喷丸成形动能的载体是喷丸成形动能的载体•喷射角喷射角----表明弹丸对零件撞击的方向表明弹丸对零件撞击的方向•弹流量弹流量----单位时间内通过的弹丸数量单位时间内通过的弹丸数量•喷射时间喷射时间----是覆盖率的决定因素是覆盖率的决定因素•喷射距喷射距----喷嘴到被加工表面的距离喷嘴到被加工表面的距离2021/6/337 （（2）喷丸设备）喷丸设备目前采用的喷丸设备有两种：目前采用的喷丸设备有两种：叶轮式喷丸机叶轮式喷丸机弹丸是依靠叶轮弹丸是依靠叶轮的离心力甩出来。
的离心力甩出来壁板的成形曲率取壁板的成形曲率取决于叶轮的速度，决于叶轮的速度，弹丸的重量和大小以及工件喷击的覆弹丸的重量和大小以及工件喷击的覆盖率 2021/6/338 压缩空气式喷丸机压缩空气式喷丸机 弹丸是由压 弹丸是由压缩空气吸入喷缩空气吸入喷嘴，然后又由嘴，然后又由喷嘴喷射到工喷嘴喷射到工件表面 2021/6/339 喷丸设备所使用的弹丸喷丸设备所使用的弹丸弹丸材料有两种：弹丸材料有两种： 一种是一种是钢丸钢丸，直径有，直径有0.1~0.3mm；；0.5~0.6mm以及以及0.6~0.9mm几种 另一种是另一种是玻璃丸玻璃丸，直径是，直径是0.5~1mm 钢丸质量大，不易破裂，但因铁质对钢丸质量大，不易破裂，但因铁质对工件有污染影响，成形后工件表面要清工件有污染影响，成形后工件表面要清洗玻璃丸没有这个缺点，但玻璃丸质洗玻璃丸没有这个缺点，但玻璃丸质量小易破裂量小易破裂2021/6/340 3．单曲度壁板的喷丸成形．单曲度壁板的喷丸成形 2021/6/341 单曲度壁板的喷丸成形单曲度壁板的喷丸成形 机机翼翼整整体体蒙蒙皮皮大大都都是是单单曲曲度度的的，，即即在在弦弦向向有有曲曲度度，，沿沿翼翼展展方方向向为为直直母母线线。
在在结结构构上上，，一一般般情情况况下下沿沿弦弦向向无无筋筋条条，，沿沿翼翼展展方方向向有有筋筋条条因因此此弦弦线线方方向向刚刚度度小小，，而而展展向向刚刚度度大大，，这这有有利利于弦向弯曲变形，而展向基本不变形于弦向弯曲变形，而展向基本不变形2021/6/342 4．双曲度壁板的喷丸成形．双曲度壁板的喷丸成形 双曲度壁板的成形一般是先成形双曲度壁板的成形一般是先成形为单曲度壁板，然后再成形为双曲度为单曲度壁板，然后再成形为双曲度壁板 不使用夹具，自由状态下喷丸，不使用夹具，自由状态下喷丸，逐步成形逐步成形2021/6/343 双曲度壁板的喷丸成形双曲度壁板的喷丸成形 2021/6/344 喷丸成形的特点喷丸成形的特点 是既有是既有通用性通用性又有又有机动性机动性，专用，专用工艺装备工艺装备费用少费用少一般情况下并不造一般情况下并不造成废品，如果出现过成形可在其背面成废品，如果出现过成形可在其背面喷击修正过来喷击修正过来 喷丸成形也有喷丸成形也有缺点缺点，，工件表面光工件表面光洁度降低洁度降低，其次是表面包铝层可能被，其次是表面包铝层可能被击破，影响击破，影响抗蚀能力抗蚀能力。
2021/6/345 机翼壁板喷丸成形工艺流程图2021/6/346 整体壁板的其他成形方法整体壁板的其他成形方法 整体壁板的成形，除上面介绍的整体壁板的成形，除上面介绍的几种方法以外，还有用几种方法以外，还有用淬火成形淬火成形，即，即用模子成形的同时淬火之，用模子成形的同时淬火之，爆炸成形爆炸成形方法以及方法以及蠕变成形蠕变成形方法爆炸成形主方法爆炸成形主要问题是工艺装备费用太大蠕变成要问题是工艺装备费用太大蠕变成形问题，据有关资料介绍对铝铜合金形问题，据有关资料介绍对铝铜合金不适用，因为会造成晶粒粗化不适用，因为会造成晶粒粗化 2021/6/347 部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！ 。