C 系列飞机机身 变厚度蒙皮制造 研究

C 系列飞机机身 变厚度蒙皮制造 研究

王 飞

（沈阳飞机工业（集团）有限公司 有色金属制造厂 邮编： 110034）

摘要： 介绍C系列机加变厚度侧蒙皮的加工背景。蒙皮原材料板幅大，平整度差，铣切无法实施。用滚弯机校平毛料，解决因平整度差无法铣切的问题。用滚弯与闸压方式成形侧蒙皮，侧蒙皮厚度铣切后变化大，机加后不平整表面在滚弯中出现明显的露骨现象。经蒙皮表面受力分析，采用垫瓦楞纸与铝合金整体厚板的方式避免缺陷的产生。优化改进加工中的检测方法。使用零件边缘、定位板等特征与工具进行精确定位成形。机加刀花与划痕打磨处理中使用胶带、填料等方法保护机加台阶厚度尺寸。

关键词： 铣切，滚弯，闸压,精确定位，垫料

1. 引言

C系列飞机是庞巴迪公司专门为90-149座级飞机市场优化设计的产品：全机采用全数字化定义，是一款高性能、环保、经济、以客户需求为导向的新绿色飞机。沈飞公司作为庞巴迪在此项目上的风险合作伙伴，承担前机身、中机身、机身后桶段、尾椎、舱门等部件的设计、制造及相关试验和售后服务，并支持机型适航取证工作。通过此项目的合作我们在民机制造领域将积累丰富的技术经验，提高自身参与国际民机制造的技术水平。鉴于此，应大力引进、消化、攻克C系列飞机制造中的各种关键技术。而侧壁板为变厚度复杂蒙皮，成形技术难度大,我们尚无成熟加工经验，所以项目前期通过向外方采购的方式来供给装配使用。为了降低生产成本，保证装配周期，必须解决此零件的自制问题。

2. 零件加工方案分析

侧壁板材料：2198-T3S,厚度：2.1-6.35(mm),尺寸：5200X1200(mm).零件内外两侧带机加减重格，且减重格厚度变化大。零件在宽度方向一半是平的，一半是带弧度的。中间圆角过渡，R值25.4mm。零件长约5200mm，厚度变化由2.1mm-6.35mm，零件形状复杂，钣金成形比较困难。这类变厚度蒙皮国内科研人员发表过多篇论文阐述其采用滚弯垫料方式加工的可行性。结合零件的数模我们分析此零件弧度为单曲度，零件型面完全可以通过滚弯闸压成形方式来实现。 零件外形与厚度从零件结构以及MBD信息分析，采用数控铣切是比较理想的。我们在整块蒙皮的机加方面技术成熟,并且机加蒙皮相比于化铣蒙皮具有加工时间短,表面质量好以及环保节能等优势^［3］。

但是，对于零件具体的加工路线，主要存在两种不同的意见：一种认为应该先滚弯成形加工，再机械铣切；另一种认为应该先将展开毛料铣切成变厚度板，再滚弯闸压加工外形。第一种方案，成形较为方便，但机加工艺需要专业机床和专用夹具，且成形后的蒙皮曲率精度难以保证，加工周期长，成本更高，主要技术挑战在机铣工艺和机床上；第二种成形工艺虽然较为复杂，但不需要专业铣床与夹具，而且机加方便，蒙皮精度容易保证，技术挑战主要在弯曲工艺上。 从生产周期，成本，加工便利性上第二种技术方案更加适合工厂制造生产^［1］。我们确定先按照方案2的加工方案进行试验，如果试验失败，再实施方案1。

3. 工艺方案

3. 1. 机加成形方案

根据预定方案，需要在平板状态铣切零件厚度与外形。基于以往对铝锂合金材料的加工经验——铝锂合金长时间裸露在空气中表面易形成一层黑色氧化物。此氧化物在后续的渗透检查中均有大量荧光残留显示。并且影响喷漆效果。所以在铣切零件厚度前需要将毛料两面均匀的去除一部分已达到去除氧化物的目的。但是由于零件毛料板幅达过大，在板料制造中以及运输储存中零件有轻微的翘曲变形，经测量零件的平面度达到±2mm。零件毛料厚度7.9mm,铣切后剩余最大厚度6.35mm。单面最大可去除厚度0.775mm。毛料状态无法满足双面去除氧化层的工艺方案。因此需要在铣切前增加一道校平工序，原材料太厚，无法使用校平机校平。我们选择用10米滚弯机手工校平。其次铣切中在零件边缘增加了更多的压脚。通过这两条措施零件的平面度达到了加工要求。

3. 2. 滚弯成形方案

零件外形尺寸达到5200*1200， 圆弧部分由3段不同半径的圆弧组成，圆弧半径依次是：2388mm,1669mm,3302mm.圆弧与圆弧之间相切。滚弯中调整机床下轮间距，上轮的压下量依次由大到小滚弯3段不同的弧度。零件表面经过机铣后，形成了厚度不同的台阶。在辊轴夹持情况下，蒙皮较薄处成形不够、形状不规则处失稳、厚度过渡处光顺性不好，曲率半径不一致，在零件背面易形成露骨现象^[1]。为了改善滚弯光顺性和成形性能，采用了在零件内表面机铣格内铺垫瓦楞纸的方法来改善受力状况。滚弯中填料增加了蒙皮的变形量，降低了台阶和蒙皮的等效应力、剪切应力和等效塑性应变的差值．提高了壁扳的变形均匀性^[2]。改善了蒙皮成形的光顺性和成形精度。为了更好的避免外表面露骨现象以及蒙皮边缘的直线段现象的发生，滚弯时在蒙皮外表面垫整体硬铝板。

零件铣切后需要先滚弯后闸压来成形零件的弧度与折弯。由于零件一半平面一半弧度的特殊形式，所以在滚弯时需要精确控制进料宽度。为此我们预先在零件上作出分界线标记进行滚弯，经过几件的试验，控制效果较差。针对此问题，我们制作了两块滚弯定位板精确控制进料尺寸。问题得到解决。

滚弯后，零件外形检查使用反切外样板。样板为铁制，零件重量达62kg，每次检查都要抬起或翻转零件来检查贴合度。零件滚弯时无法一次成形到位，需要根据检查结果反复滚弯修整多次。这样工人检查的工作量就很繁重。并且占用人员数量大，效率低。为此，我们制造了一套铝合金局部反切外样板。样板虽然轻便好用，但是依然没有解决翻转零件的工作量。所以，我们又制作了局部切内样板。切内样板使用时不用抬起零件，直接利用零件边缘定位就能在平放状态下检查零件外形。

3.3 闸压成形方案

经测量零件数模，零件平面与曲面的过渡转接圆角半径是25.4mm。制造专用闸刀由于尺寸太长无法保证闸刀的刚性。而现场滚床的下滚轴直径是φ50。分析后利用滚床小滚轴闸压即可，不需再制造专用闸刀。闸压中为了更好的控制闸压位置，使用定位板与零件边缘进行定位得到闸压的精确位置。闸压过程使用反切外样板检查闸压深度，零件外形是否合格。

4.质量改进方案

零件表面划伤现象严重。原因是一方面零件自身重量较大，加工搬运中很难做到轻拿轻放，划伤、磕伤时有发生。另一方面零件在数控厂、有色金属制造厂、理化测试中心、表面处理厂多部门间周转。保护不到位导致划伤发生。为此，在零件边缘增加多处吊挂孔，在加工周转中使用专用吊索具运转。并且周转中使用塑料包装袋包装保护，使用专用运输托架托运。另外，划伤打磨中在台阶处垫料以及使用胶带纸保护确保台阶的完整性。

5.结束语

侧蒙皮试验件经检验符合图纸各项参数，满足装配要求。说明开始选择的：平板铣切——滚弯——闸压的工艺方案是正确的。滚弯与闸压中我们使用定位板的方法解决了精准制造的问题。切内样板的使用避免了反复抬零件检查的劳动强度。专用吊索具，包装袋与托架的使用有效减少了零件划伤的产生。侧蒙皮零件通过一系列改进方案的实施，生产全过程实现了国产化。

参考文献

[1] 宋波， 不等厚铝合金板垫料辅助弯曲成形工艺研究[D] 上海：上海交通大学 2013：12,19.

[2]  肖寒 张士宏 刘劲松 程明，填料对滚弯成形整体蒙皮变形均匀性的数值模拟［C］ 第十二届全国塑性工程学术年会暨第四届全球华人塑性加工技术研讨会，2011

[3] 刘世杰 加工工艺对铝理合金机身蒙皮疲劳性能的影响[J] 中国科技信息 -2014年13期

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