飞机钣金工艺学_王海宇主编.pdf

书书书航空技工院校教材飞机钣金工艺学主编王海宇副主编汉锦丽主审李善良【内容提要】本书主要内容包括飞机钣金工艺基本概念和特点，金属变形基本理论，模线样板，飞机钣金工艺各种成形方法，飞机钣金零件的协调、工艺规程编制与模具设计的基本知识等。本书可作为航空技工院校教材，也可供从事钣金加工的工人、技术人员以及大、中专和技工院校的钣金加工专业师生参考。图书在版编目（）数据飞机钣金工艺学王海宇主编 西安：西北工业大学出版社，（重印）飞 王 飞机钣金工工艺 中国版本图书馆 数据核字（）第 号出版发行：西北工业大学出版社通信地址：西安市友谊西路 号邮编：电话：（）网址：印 刷 者：陕西宝石兰印务有限责任公司开本：印张：字数：千字版次：年月第版 年月第次印刷定价：元前言编者多年来一直在航空技工院校从事飞机钣金工艺学课程的教学工作。根据现今飞机钣金制造技术的发展和技工院校学生对知识技能的实际需求结合教学实践我们体会到，编写一本适合于技工院校航空类专业教学的 飞机钣金工艺学 教材是十分必要的。本书是基于这个思想并汲取了国内外一些教材、文献资料的优点编写而成的。本书主要内容包括：绪论部分介绍了飞机钣金工艺的基本概念、特点和飞机钣金零件的材料、分类、加工路线的基本环节、变形特点等，让读者初步了解和认识飞机钣金工艺技术的基本知识；第章介绍了金属变形基本理论，即金属变形机理、应力应变曲线、应力状态图和应变状态图、影响金属塑性变形的主要因素；第章在介绍模线样板基本概念、分类及用途的基础上，对样板的标记符号进行了详细分析；第章第 章全面阐述了钣金工艺的各种成形方法；第 章简单介绍了飞机钣金零件的协调、工艺规程编制与模具设计的基本知识。在编写本书的过程中，编者遵从技工院校学生的认知规律，坚持够用、实用的原则，力求使内容简明易懂。同时，为了增强内容的前瞻性，体现飞机钣金制造技术的最新发展成果，本书涉及了中航工业西飞公司的一些新技术、新工艺和新设备。本书由王海宇任主编，汉锦丽任副主编，曹峰、白颖、李世峰参加编写。全书由汉锦丽统稿。西飞技术学院教务处对本书的编写进行了精心组织筹划和大量的协调工作；中航工业西飞国际钣金总厂技术副厂长李善良（主审）仔细阅读了原稿，并提出了许多具体的修改意见。参加审稿的人员还包括：中航工业西飞国际钣金总厂厂长王平新、中航工业西飞国际钣金总厂 分厂厂长宣娟娟、西飞技术学院教务处主任司智渊。井张琦同志承担了本书部分内容的文字录入工作，编者在此一并表示衷心的感谢。在编写本书过程中，编者参考了部分国内外文献资料和高等院校的有关教材，在此谨对原作者深表感谢。由于编者水平有限，书中不妥和疏漏之处在所难免，恳请读者不吝赐教。编者 年月目录绪论思考题第章金属变形基本理论 金属变形机理 应力应变曲线 应力状态图和应变状态图 影响金属塑性变形的主要因素 思考题 第章模线样板 概述 样板的分类、用途及工艺孔 样板的标记符号 思考题 第章钣金分离工艺 剪切 冲裁 其他分离工艺 排样与搭边 思考题 第章手工成形 手工划线 手工弯曲 放边 收边 拔缘 拱曲 卷边 咬缝 校正 思考题 第章弯曲 压弯 滚弯 拉弯 管子弯曲 思考题 第章拉深成形 拉深成形的基本原理及变形过程分析 拉深工艺 拉深模 特殊拉深方法与变薄拉深方法 思考题 第章橡皮成形 橡皮成形的基本原理及成形过程分析 橡皮成形设备与模具 橡皮成形工艺 思考题 第章拉形成形 拉形成形的应用与基本原理 拉形设备与拉形模 拉形工艺 思考题 第章旋压成形 旋压成形的基本原理 旋压工具、模具与旋压床 普通旋压 变薄旋压 旋压成形的主要工艺参数 思考题 飞机钣金工艺学第 章落压成形 概述 落压设备与落压模 落压工艺 思考题 第 章其他钣金成形工艺方法 喷丸成形 加热成形 蠕变成形和应力松弛成（校）形 冷冲挤和胀形 高能成形 超塑性成形 板料的柔性成形技术 思考题 第 章飞机钣金零件的协调、工艺规程编制与模具设计的基本知识 飞机钣金零件协调的基本知识 钣金零件工艺规程编制的基本知识 钣金零件模具设计的基本知识 思考题 参考文献 目录书书书绪论钣金工艺就是把板材、型材、管材等毛料，利用材料的塑性，主要用冷压的方法成形各种零件，另外还包括下料和校修。飞机钣金制造技术是航空航天制造工程的一个重要组成部分，是实现飞机结构特性的重要制造技术之一。现代飞机的壳体主要是钣金铆接结构，统计资料表明，钣金零件约占飞机零件数量的 50%，钣金工艺装备占全机制造工艺装备的 65%，其制造工作量占全机工作量的20%。鉴于飞机的结构特点和独特的生产方式决定了飞机钣金制造技术不同于一般机械制造技术。一、飞机钣金工艺的特点(1)钣金零件构成飞机机体和气动外形。钣金零件构成飞机机体的框架和气动外形，零件尺寸大小不一，形状复杂，选材各异，产量不等，品种繁多。目前，国产小型飞机钣金件大约有6 000项，大型飞机钣金件大约有20 000 项。钣金零件形状复杂，质量控制严格，有一定的使用寿命要求，对成形后的零件有明确的力学性能和物理性能的要求，与其他行业的钣金零件相比技术要求高，加工难度大。(2)钣金零件的制造是以专用设备为主，配合手工技艺和经验操作来实现的。钣金专用设备是飞机钣金工艺技术发展的标志和工艺技术预研成果的载体，对零件成形质量有着决定性作用。这些设备的研制周期长，技术含量高，投资巨大，社会需求量小，设备利用率不高，设备的更新较慢，这就要求技术工人必须具有良好的手工技艺。(3)飞机钣金零件使用的工艺装备数量很大。由于钣金零件加工过程变形大，只有使用足够数量的工艺装备才能满足设计技术要求，因此生产准备工作繁重。(4)广泛采用样板、模胎和检验型板等刚性量具进行检验工作。二、飞机钣金零件的分类1 按飞机钣金零件结构特征分类飞机钣金零件有蒙皮、隔框、壁板、翼肋、导管等。2 按飞机钣金零件材料品种分类飞机钣金零件基本上可分为型材零件、板材零件和管材零件三大类，每类材料零件又可进一步细分(见图 0 1)。1图 0 1飞机钣金零件分类三、钣金零件加工路线的基本环节成千上万的钣金零件，制造方法多种多样，但它们的加工路线基本相同，一般都要经过以下几个环节:下料成形热处理校修表面保护。以整流罩为例(见图 0 2)，它的制造过程大致如下:首先用剪床裁出一个梯形的平板毛料(见图 0 2(a)，再用模具压制成形，得出如图 0 2(b)所示的半成品。其次，根据材料性质和零件的技术要求进行热处理。热处理后往往产生翘曲变形，必须加以校正、整修，然后切割边沿、钻孔。最后进行表面抗蚀处理(例如阳极化)。从整流罩零件的制造过程可以看出，把平板毛料用模具压制成形得到如图 0 2(b)所示的半成品，乃是整个制造过程中的中心环节，它在制造过程中起决定性的作用。因此，当研究钣金零件的制造工艺时，应着重研究不同零件的成形方法。图 0 2整流罩的制造过程四、钣金零件变形的基本特点钣金零件的种类繁多，形式各异，成形方法多种多样，但最基本的变形方式(见表 0 1)不外乎是弯曲、翻边、拉深、局部成形(或胀形)。板料成形时，材料的变形区往往是以上几种基2飞机钣金工艺学本变形方式的复杂组合。如图 0 3 所示的框板，外缘相当于拉深，内缘相当于翻边，而腹板上兼有翻边与局部成形。因此，当分析一个具体的钣金零件时，一方面必须将不同变形性质的部分加以明确区分，利用弯曲、翻边、拉深、局部成形等基本变形方式，作为分析零件变形特点的主要依据;另一方面还必须注意它们之间的相互联系，不能将不同变形性质的部分作为一个个单纯的基本变形方式孤立地看待。图 0 3框板钣金零件的成形方法虽然很多，但从板料的变形性质来看，无非是“收”和“放”两种。所谓“收”就是依靠板料的收缩变形来成形零件，收的特点表现为板料纤维缩短，厚度增加。“收”的主要障碍是起皱。所谓“放”就是依靠板料的拉伸变形来成形零件，放的特点表现为板料纤维伸长，厚度减薄。“放”的主要障碍是拉裂。例如，外拔缘为“收”，翻边、局部成形为“放”，弯曲中性层以内为“收”，弯曲中性层以外为“放”。表 0 1钣金零件的基本变形方式变形方式图例变形程度弯曲相对弯曲半径Rt翻边翻边系数 KF=d0D拉深拉深系数 m=dD03绪论续表变形方式图例变形程度胀形胀形系数 KZ=DmaxD0局部成形平均断后伸长率 A=l l0l0相对高度hd五、飞机钣金零件常用材料飞机钣金零件常用材料种类很多，一般可分为铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金、碳素钢、铜合金、合金钢及不锈钢等。其品种有各种规格尺寸的板材、型材、管材等。常用金属材料的种类和力学性能如表 0 2 所示。表 0 2常用金属材料的种类和力学性能金属种类材料牌号(旧牌号)状态抗拉强度N/mm2屈服强度N/mm2断后伸长率/(%)断面收缩率/(%)热处理防锈铝3A21(LF21)5A02(LF2)5A03(LF3)5A06(LF6)M100 15022 20Y1901 4M167 2259816 18M20010015Y22302008M32016015淬火不能强化硬铝2A12(LY12)2A16(LY16)M21514CZ40727013M23515可以淬火强化超硬铝7A04(LC4)M2451050CS4804027可以淬火强化铜合金H62M2951084066H68M295884070淬火不能强化镁合金MB8M2251201230YZ2451551025淬火不能强化4飞机钣金工艺学续表金属种类材料牌号(旧牌号)状态抗拉强度N/mm2屈服强度N/mm2断后伸长率/(%)断面收缩率/(%)热处理钛合金TC1M600 75025 20TC4M900 92012 10淬火不能强化碳素钢45M539 68616不锈钢1Cr18Ni9Ti软化53010淬火不能强化合金钢30CrMnSi539 73616材料的供应状态用一定的符号表示，例如:M 表示材料处于退火状态;CZ 表示淬火后自然时效;CS 表示淬火后人工时效;MO 表示优质表面退火;Y 表示冷作硬化;CO 表示优质表面淬火自然时效;Y2表示半冷作硬化;XC 表示型材;G 表示管料。状态符号置于材料牌号的后面，如:3A21MOt1 5:表示表面优质退火状态的 21 号防锈铝板材，板厚为 1 5 mm。7A04CSt1 2:表示淬火后人工时效状态的 4 号超硬铝板材，板厚为 1 2 mm。思考题1 钣金工艺的含义是什么?具有哪些特点?2 钣金零件的加工路线一般都要经过哪几个环节?3 钣金零件最基本的变形方式有哪些?4 当钣金零件成形时，从板料的变形性质来看可分为哪两种?说明其含义并举例。5 钣金零件常用的金属材料有哪些?5绪论第 1 章金属变形基本理论1 1金属变形机理钣金工作就是使金属材料在常温下(或加热时)变形，从而得到所需零件形状的工作。钣金工作最大的特点是使金属材料变形，而变形必然引起金属内部结构变化。要做好钣金工作，必须了解变形对结构的影响，以便有效地利用它。一、外力和应力在钣金成形过程中为使板料变成所需形状，就要采用各种工艺方法(如弯曲、拉深等)对板料施加一定的力，这种在加工过程中对材料施加的力称为外力。板料在外力作用下会发生变形，其内部各质点间的相对位置将会发生变化，各质点必然相互作用阻止其变化。这种原子间相互作用阻止材料变形的力称为内力，其数值大小和外力相等。在钣金工艺中，应力是指作用在材料单位横截面积上的内力，用 R 表示，R=FS式中:R 应力，Pa;F 外力，N;S 横截面面积，m2。二、金属的晶体结构固体金属都是晶体结构，金属的晶体结构是指晶体原子的排列方式。晶格是描述原子排列规律的空间格架。能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元称为晶胞。金属的种类很多，但常见的晶格类型只有三种。1 体心立方晶格体心立方晶格的晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心(见图1 1)。其典型金属有钨、钼、钒、铌、钽及-Fe 等。体心立方晶格有六个滑移面和两个滑移方向，原子密度最大的平面叫滑移面，滑移面上原子密度最大的方向叫滑移方向(见图 1 2)。滑移面和滑移方向数值的乘积