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飛機鈑金制造技術是航空制造工程的重要組成部分，是使飛機能同時獲得高結構效率和優良性能的基礎制造技術之一，也是飛機制造工程的支柱工藝之一。飛機鈑金制造技術水平是一個國家飛機制造技術水平和能力的主要標志。鈑金零件構成飛機機體的框架和氣動外形，零件尺寸不一、形狀復雜、選材各異、品種繁多，有嚴格的重量控制和一定的使用壽命要求。航空制造業對成形后零件的機械性能有確定的指標要求，與其他行業的鈑金零件相比技術要求高，制造難度大。航空鈑金零件的制造除采用通用的方法外，還有本行業獨特的工藝技術，隨之產生了相應的鈑金專用制造裝備。本文給出了蒙皮拉形、柔性多點切邊、鏡像銑削型材拉彎、橡皮成形、噴丸成形、蠕變時效成形、充液成形、熱沖壓成形、超塑成形/ 擴散連接等航空鈑金專用制造技術與裝備的國外最新進展。

各種鈑金制造技術與裝備

1　拉伸成形技術與裝備

拉形工藝主要用于成形飛機外表雙曲蒙皮零件。拉形工藝主要分為兩種：包覆拉形和拉包成形。前者主要用于成形簡單曲率蒙皮零件，具體工藝過程如下：將毛料包覆在模具上，然后進行補拉。后者主要用于成形型材和復雜形狀蒙皮。這種情況下，毛料首先預拉，然后恒力包覆，等零件完全包覆模具后，施加補拉。國外數控蒙皮拉形機基本可以分為4 類：橫拉機、縱拉機、縱橫合一綜合拉形機以及轉臂式拉形機。典型的如法國ACB 公司生產的FET 型橫拉機，其最大成形力可達到2500t，它有4 個獨立水平油缸和4 個獨立垂直油缸，控制一對夾鉗進行板材拉伸。法國ACB 公司FEL 縱拉機的最大成形力達到2×1000t，其夾鉗包括多個夾鉗塊，每個夾鉗塊可以相對轉動，以使夾鉗順應零件端面外形，設備如圖1 所示。美國Cyril-Bath 公司VTL型縱橫合一綜合拉形機除既可進行橫向拉伸成形，又可進行縱向拉伸成形外，還可以通過更換夾鉗實現型材的拉彎成形。L&F公司生產的轉臂式拉形機如圖2 所示。

美國的MIT、DARPA、NorthropGrumman Corp 和Cyril Bath Corp 從1999 年開始合作開展的柔性模具多點蒙皮拉形技術項目，研制出一套臺面尺寸為121cm×182cm 的工程化應用的柔性模具系統，從2002 年開始該套系統即開始在美國某空軍修理廠進行工程驗證，2004 年8 月結束。所開發的全套技術包括柔性模具本體、模具曲面自動生成和優化系統、數字控制系統、成形過程數值模擬和優化系統以及非接觸光學外形檢測系統等。目前，波音公司已正式購買了兩套該柔性模具系統，見圖3。

2　柔性多點夾持切邊技術與裝備

吸盤式柔性夾持切邊技術是采用離散的帶真空吸盤的立柱陣列擬合零件的三維外形，即以點代面，精確牢固地夾持零件、立體定位，與龍門式五坐標數控蒙皮銑切設備配套使用，實現蒙皮外形邊緣的立體精確切邊、化銑刻線等。與傳統的工藝方法相比，優點如下：可數字控制并定位模塊化的真空吸盤立柱，生成與零件曲面完全符合并均勻分布的吸附點陣；零件外形發生變化，工裝外形和布局可自動調整；實現數字化精確切邊，保證零件互換、避免裝配中二次修邊。西班牙MTorres 等公司開發了這樣的設備，圖4 為柔性夾持精確切邊。

3　鏡像銑削技術與裝備

鏡像銑削工藝采用2 個同步運動的6 軸頭保證鏡像隨動法向支承和法向銑削。該工藝可以精準控制不同厚度蒙皮壁板的加工深度；采用專用MAP 軟件將激光掃描實際形面與零件CATIA 數模比對，生成刀具和支承頭空間曲面運動路徑－零件加工程序，對蒙皮拉形公差進行必要補償；實現蒙皮輪廓、孔、槽、開窗和凹穴等精準定位加工；隨動支承頭由程序和壓力傳感器控制，無運動滑傷；一套柔性定位工裝和可翻傾柔性周邊夾持系統，可適應各種規格蒙皮壁板，保證工件空間定位和夾持剛性，保形準確；蒙皮兩側均可加工（轉臺旋轉180°自動換面，無需重新裝夾蒙皮）；立式裝夾和臥銑有利排屑和散熱，防止蒙皮熱變形；上下料便捷不需停機。鏡像銑削系統專門設計用于加工機頭機身蒙皮/ 壁板：弧高可達1200mm ；小曲率加工( 角度達100°) ；周邊輪廓夾持和曲面雙側剛性定位確保加工時無變形。目前該系統已經開始在空客公司應用。圖5 為采用鏡像銑削加工的A320 機身下部中央蒙皮，圖6 為典型的鏡像銑削機床。

4　拉彎技術與裝備

拉彎主要用于成形飛機上帶曲率板彎或擠壓型材零件。拉彎的基本原理是在毛料彎曲的同時施加切向拉力以克服內側的起皺及改善截面內的應力分布以減少回彈，提高外形精度。型材拉彎機可以分為轉臂式、轉臺式、臺動式3 種，目前在航空工業轉臂式拉彎機應用最廣泛。法國ACB、美國Cyril Bath 生產的轉臂式拉彎機如圖7 所示，其最大拉伸力可以達到200t。

美國CYRILBATH 公司與鈦合金制造商RTI 國際金屬公司合作開發了熱拉彎成形機床，用于鈦合金擠壓和板彎型材的成形。熱成形后的零件再通過機械加工得到最后形狀。這種工藝方法減少了鈦合金的用量，而且得到的零件殘余應力小，精確度高。圖8 所示為成形的零件。

5　橡皮成形技術與裝備

橡皮成形技術包括橡皮墊成形技術和橡皮囊成形技術兩種。橡皮墊成形過程中，半模（凸�；虬寄＃┡c毛料放置于工作臺上，工作臺進入液壓機。橡皮墊（多層橡皮）及其容框固定于液壓機上端，工作臺對橡皮墊施加壓力。在高壓下的橡皮墊表現出流體特性，對零件全表面施加均勻的壓力。

法國ACB公司、美國Cyril Bath公司生產的橡皮墊成形機床如圖9 所示，最大噸位達到12500t，最大成形壓力達到100MPa。

橡皮囊成形液壓機的容框和工作臺組成一密封的空間。成形模、毛料、和作通用半模的橡皮都放在此空間中。裝在容框內的作通用半模用的橡皮已不是一迭實心橡皮，而是由一塊厚橡皮（外胎）和一個裝滿油的橡皮囊（也常稱內胎）兩部分組成。向囊內通入高壓油，高壓油將使橡皮囊膨脹，從而迫使橡皮外胎充滿工作臺內的所有空間，把毛料包貼在成形模上。卸壓后，需把工作臺拉出機床框架，才能更換毛料和模具。

橡皮囊成形又可分為凸模成形、凹模成形和切邊等工藝。凸模和凹模成形就是讓橡皮囊相當于凹模或凸模，讓工作臺上的模具充當凸模或凹模。切邊工藝是讓模具的邊角更尖銳，同時拉伸的深度要足夠，這樣就可以進行切邊工藝。瑞典AVURE 公司生產的橡皮囊液壓機床如圖10 所示，其工作臺面最大達到1.8m×4m，成形壓力最大達到140MPa。