整体壁板成形评述
既产生弹性变形， 又产生塑性变形， 因而在成形结束时会 产生较大的回弹。当成形较大曲率的壁板时， 通常难以通 过压下量的控制来达到预期效果， 有时需要多次压弯并
专论与综述
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保载校形如图 ７ 所示。尤其对于壁厚较厚的壁板零件， 因 局部难以成形， 从而会增大零件的加工误差， 难以满足装 配的要求。 ２ ． ２ 蠕 变 时 效 成 形 ［７￣８］
（ ２） 激 光 弯 曲 是 通 过 累 积 局 部 变 形 的 方 式 逐 渐 实 现 工 件的整体成形， 因此成形时无须模具， 不存在随之而来的 模 具 制 作 费 、制 作 周 期 、磨 损 、润 滑 等 问 题 ， 特 别 适 于 变 形 量不大但用常规方法难以成形和需要局部成形且应变状 态复杂的工件以及一些形状复杂、贴模性差的大型工件 的精确校形；
（ １） 外 表 层 产 生 残 余 压 应 力 ， 如 图 １０ 所 示 ； （ ２） 受 喷 表 层 的 材 料 组 织 结 构 发 生 变 化 ， 位 错 密 度 增 加， 产生晶格畸变， 但是受喷表面变得粗糙； （ ３） 工 艺 参 数 可 实 现 计 算 机 控 制 ， 一 定 程 度 上 提 高 了 生 产 效 率 。但 是 工 艺 参 数 的 选 择 及 变 形 的 控 制 难 于 掌 握 ， 过于依赖经验；
（ ４） 变 形 力 小 ， 因 而 只 适 用 于 筋 条 不 高 的 壁 板 成 形 。 对于喷丸成形技术， 其成形机理的复杂性导致了工艺 分析的复杂， 加之成形过程中诸多影响因素， 使喷丸成形 参数的选择主要依靠实验数据和操作经验， 采用渐进的 方法， 耗时费资。要实现精密喷丸成形， 必须准确地确定 喷 丸 成 形 的 各 工 艺 参 数 ， 如 弹 丸 型 号 、弹 流 速 度 、弹 丸 流 量、喷射角及运动速度等。而随着计算机技术的快速发 展， 大大促进了喷丸成形技术的研究和开发， 出现了预应 力 喷 丸 成 形 技 术 、数 字 化 喷 丸 成 形 技 术 、新 型 喷 丸 成 形 ／ 强化技术等， 大大扩展了喷丸成形技术的加工能力和应 用 范 围 ， 而 双 面 喷 丸 成 形 技 术 、激 光 喷 丸 成 形 技 术 、超 声 喷丸成形技术和高压水喷丸成形技术的发展和应用更得 到了广泛的重视和关注。国内已将该技术成功地用于支 线民机及军机机翼整体壁板的成形中， 表明该技术已开 始实用化。 ２ ． ４ 激 光 弯 曲 成 形 ［１３￣１６］ 板料激光弯曲成形是一种利用激光扫描金属薄板， 在 热作用区域内产生明显的温度梯度， 导致非均匀分布的 热 应 力 ， 使 板 料 塑 性 变 形 的 工 艺 方 法 ， 如 图 １１ 所 示 。 相 对 于上述壁板的成形方法， 激光弯曲技术具有如下优势：
造中。但是在焊接过程中， 由于局部受热使壁板内部产生 非均匀的热应力， 导致加工完成后的壁板常带有一定的 初始变形及内部残余应力， 不利于后期整体壁板的成形。 １．２ 整体壁板的优点
与 传 统 装 配 式 壁 板 相 比 ， 整 体 壁 板 主 要 有 以 下 优 点 ［２］： （ １） 可 以 灵 活 选 择 几 何 构 型 ， 实 现 复 杂 的 空 间 曲 面 ， 以满足飞行器光滑过渡的气动外表面的需求或空间飞行 防护的要求； （ ２） 可 以 减 重 １０％￣３０％ ， 减 重 效 果 明 显 ； （ ３） 扩 大 自 动 化 设 备 的 使 用 规 模 ， 从 而 大 大 减 少 手 工 装 配 劳 动 量 ， 将 装 配 工 序 的 周 期 和 工 作 量 缩 减 ８０％ ￣９０％ ； （ ４） 加 强 筋 可 以 做 成 多 种 截 面 形 状 ， 筋 条 在 蒙 皮 上 的 分 布 可 以 呈 平 行 、三 角 形 、梯 形 、网 格 形 和 点 辐 射 形 等 ； （ ５） 蒙 皮 和 筋 条 之 间 采 用 圆 角 过 渡 ， 可 显 著 降 低 应 力 集 中 程 度 ， 将 部 件 和 组 合 件 的 疲 劳 性 能 提 高 ２０％￣３０％ ； （ ６） 既 提 高 壁 板 内 部 分 强 度 和 刚 度 ， 又 提 高 其 气 动 表 面与外形的装配质量。 ２ 整体壁板的成形方法 由于整体壁板的结构复杂， 其成形比较困难， 不仅需 要较大的成形力， 而且在加工过程中筋条容易失稳， 壁板 本 身 也 容 易 发 生 较 大 回 弹 。 目 前 国 内 、外 用 于 整 体 壁 板 成 形的工艺主要有： 压力成形， 蠕变时效成形， 喷丸成形， 以 及激光弯曲成形， 也可以将其中的多项工艺组合起来成 为复合成形方式。 ２ ． １ 压 力 成 形 ［４￣６］ 常见的用于整体壁板成形的压力方法主要包括滚弯 成 形 和 增 量 压 弯 成 形 。对 于 壁 厚 小 、易 于 成 形 的 圆 柱 面 和 圆 锥 面 壁 板 可 采 用 滚 弯 成 形 方 法 。滚 弯 成 形 的 原 理 如 图 ４ 所示。对于厚壁板、部分变截面壁板及外形复杂的壁板 等， 则可以采用增量压弯成形的方法。增量压弯成形是采 用专用压力机构驱动压头在整体壁板表面上按一定的轨 迹分段逐点进行局部三点弯曲变形， 通过逐次的变形累 积使整个壁板表面成形为所需的曲率。若压头部分采用
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整体壁板成形评述
王 秀 凤 １，２ 郭 晓 丽 １ 陈 光 南 ２ Ｊüｒｇｅｎ Ｓｉｌｖａｎｕｓ３
（ １ ． 北 京 航 空 航 天 大 学 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院 ， 北 京 １０００８３ ； ２ ． 中 国 科 学 院 力 学 所 表 面 改 性 实 验 室 ， 北 京 １０００８０ ； ３．ＥＡＤＳ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ ， 德 国 慕 尼 黑 ８１６６３）
摘 要： 介绍了整体壁板的概念和分类， 总结了传统和现代的整体壁板成形工艺方法， 如滚弯成形， 增量压 弯 成 形 ， 蠕 变 时 效 成 形 ， 喷 丸 成 形 和 激 光 弯 曲 成 形 ， 比 较 了 它 们 之 间 的 优 、缺 点 及 适 应 范 围 ， 简 述 了 各 成 形 工 艺 目前的应用状态及发展前景。提出针对不同外形形状和筋条高度的整体壁板的成形， 可以采用不同的成形方 法， 必要时还可将几种成形方法进行复合。
（ ２） 焊 接 式 壁 板 如图 ３ 所示， 焊接式壁板是将筋条通过激光焊接的方
作者简介： 王 秀 凤 ， 北 京 航 空 航 天 大 学 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院 副 教 授 。 基金项目： 欧 洲 宇 航 防 务 集 团 德 国（ ＥＡＤＳ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ） 资 助 课 题（ ２００６ ．３￣２００９ ．３） 。
蠕 变 时 效 成 形 工 艺 是 解 决 整 体 壁 板 成 形 、提 高 零 件 的 制造精度及使用寿命的有效工艺途径之一， 该工艺已用 在 Ａ３８０ 飞 机 整 体 壁 板 的 成 形 中 ， 但 是 国 内 的 研 究 则 刚 刚 起步。 ２ ． ３ 喷 丸 成 形 ［９￣１２］
喷丸成形是利用高速金属弹丸流撞击壁板的表面， 使 受喷表面的表层及其下层材料产生塑性变形而延伸， 从 而逐步使壁板达到外形曲率要求。它是一种无模成形方 法， 原理如图 ９ 所示。喷丸成形后壁板有以下特点：
蠕变时效成形是利用合金材料在时效温度下蠕变而 产生应力松弛的特性， 对试件弹性加载获取初始变形， 并 通过施加恒定载荷保持试件变形的工艺方法。通过将壁 板在恒温中放置一段时间， 使其内部的弹性能逐渐转化 为塑性能， 从而达到成形的目的。其主要优点是回弹小、 成 形 精 度 高 、同 时 完 成 时 效 。 其 不 足 主 要 表 现 在 模 具 成 本 高 、准 备 周 期 长 、要 求 有 足 够 尺 寸 的 热 压 罐 ， 空 客 Ａ３８０ 机 翼整体壁板成形时使用的世界上最大的热压罐如图 ８ 所 示。
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现代制造技术与装备
２００８ 第 ３ 期 总第 １８４ 期
法焊接到腹板上形成整体壁板的一种方法。焊接式壁板 实现了材料的合理有效利用， 并且提高了成形的效率， 空 客 公 司 已 经 将 这 种 壁 板 加 工 技 术 应 用 到 Ａ３８０ 飞 机 的 制
多点柔性组合， 则可以大大扩大增量压弯成形的适用范 围。增量压弯的原理如图 ５ 所示。 ２．１．１ 采用压力成形具有如下优点
关键词： 整体壁板 筋条 整体壁板成形
整体壁板是由厚蒙皮和长桁等骨架零件组成的一个 整 体 。 具 有 强 度 重 量 比 高 、总 体 和 局 部 稳 定 性 好 、疲 劳 寿 命 长 、外 形 准 确 、表 面 光 滑 等 的 特 点 ［１］， 使 其 成 为 现 代 飞 机 普遍采用的高效率结构， 也是提高战斗机综合性能的主 要途径和措施。随着现代飞机的飞行速度和载荷等性能 的不断提高， 对整体壁板的强度等要求也越来越高， 同时 增 加 了 整 体 壁 板 成 形 的 难 度 。采 用 传 统 的 方 法 进 行 加 工 ， 壁板的成形量的掌握完全依赖于工艺人员的经验， 无法 保证壁板的成形质量。为了改进壁板的成形工艺， 学者们 纷纷致力于整体壁板成形的先进方法的研究。本文介绍 了整体壁板的概念和分类， 总结了传统和现代的整体壁 板成形工艺方法， 如滚弯成形， 增量压弯成形， 蠕变时效 成形， 喷丸成形和激光弯曲成形， 比较了它们之间的优、 缺点及适应范围， 简述了各成形工艺目前的应用状态及 发展前景。 １ 整体壁板的分类及优势 １．１ 分类
（ １） 变 形 力 大 ， 适 用 范 围 广 ， 可 成 形 各 种 壁 板 结 构 ； （ ２） 模 具 的 通 用 性 强 ， 对 产 品 外 形 尺 寸 的 适 应 性 强 ； （ ３） 由 于 是 局 部 增 量 成 形 ， 所 需 设 备 吨 位 小 。 ２．１．２ 采用压力成形也有一定的缺点 （ １） 由 于 整 体 壁 板 主 要 由 纵 横 交 错 的 加 强 筋 条 和 腹 板 组 成 ， 而 腹 板 的 厚 度 与 壁 板 总 的 厚 度 相 比 很 小（ 一 般 为 １： １００ 左 右） ， 当 筋 条 过 高 时 ， 筋 条 及 其 根 部 易 发 生 应 力 集 中 而产生屈曲甚至开裂如图 ６ 所示， 因而加工时需要采取 防止筋条失稳的措施； （ ２） 在 成 形 壁 板 时 ， 需 要 进 行 ４ 到 ５ 次 的 热 处 理 ， 因
民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证
民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证“民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证”，是在民用飞机研制、制造过程中最关键也是最重要的一步，因为它决定着飞机的结构强度、刚度和耐久性。
一般情况下，民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证，包括多种工艺方法，如机身壁板成形工艺、焊接工艺、热处理工艺、环境性能试验等。
1、机身壁板成形工艺：利用机身壁板成形工艺，根据机身壁板的设计要求，将机身材料以机身壁板的形式加工出来。
为了保证机身壁板的精密度和一致性，需要采用特殊的成形工艺，如挤压成形工艺、冷弯成形工艺、热弯成形工艺等。
2、焊接工艺：焊接工艺是用于连接机身壁板的主要工艺，其目的是将不同部件之间的衔接处焊接起来，以形成一个完整的机身壁板结构。
在焊接工艺中，需要使用合适的焊接方法和焊接材料，以保证机身壁板的连接强度。
3、热处理工艺：热处理工艺是用于改善机身壁板力学性能的主要工艺。
热处理工艺可以使机身壁板具有较高的强度和韧性，从而提高机身壁板的抗损伤能力。
4、环境性能试验：环境性能试验是用于证明机身壁板的耐久性和可靠性的主要试验手段。
可以通过对机身壁板进行温度、湿度、振动、冲击等环境性能试验，检测机身壁板的耐久性和可靠性。
最后，为了证明机身壁板的力学性能和耐久性，可以采用拉伸试验、弯曲试验、冲击试验等方式，来验证机身壁板的损伤容限。
总之，“民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证”是一个复杂的工作，需要综合运用多种工艺方法和试验手段，以保证机身壁板的质量及机身的整体力学性能和耐久性。
民机机身整体壁板损伤容限分析及试验验证，是飞机研制和制造过程中不可或缺的一步，其结果直接关系到飞机的安全性能。
所以，必须严格遵循国家规定的制造质量管理标准，以确保机身壁板的质量。
整体壁板的优缺点
（2）疲劳寿命长，如现代某民航飞机要求其结构设计寿命达9万小时，其必不可少的条件之一就是采用整体结构。
（3）外形准确、表面光ห้องสมุดไป่ตู้。
（4）可简化油箱密封，增加载油空间。
从工艺方面来看，整体壁板的优势有：
（1）简化了互换性问题，减轻装配工作量。
（2）大大减少板材、型材的种类以及型材成形的工作量。
（3）可减少工件夹具与型架数量，缩短生产周期。
但整体壁板也存在一些缺点：
（1）需要切除大量金属，材料浪费严重，需要配备大型专用高效数控机床。
（2）除采用热碾平板作毛坯的方案以外，其它形式的毛坯供应一般比较困难，加工毛坯用的工艺装备制造周期长、费用高。
采用整体壁板首先能大量减少零件数量、减轻飞机重量。美国通过整体机身结构计划( Integral Airframe Structures，IAS) 以一段B747 机身壁板为对象，对机身整体带筋壁板和铆接壁板进行了对比，结果发现采用整体带筋壁板后，零件数量从129个减少到7个，成本降低25 %。
其次，整体壁板在结构设计方面也具有优势：
（3）从破损安全的观点看，产生裂纹后扩展较快。
整体壁板成形评述
图 ４ 滚 弯 成 形 原 理 图
造 中。但是 在 焊接 过 程 中 ， 由于局 部 受热 使 壁板 内 部产 生 非 均 匀 的 热 应力 ，导 致 加工 完 成 后 的 壁 板常 带 有 一定 的 初 始 变形 及 内 部残 余 应力 ， 利 于后 期 整 体 壁 板 的成 形 。 不 １２ 整 体 壁 板 的优 点 ． 与传统 装配式 壁板相 比， 整体 壁板 主要有 以下优 点＿： ２ ＿ （ ）可 以灵活 选 择几 何 构 型 ，实现 复 杂 的空 间 曲面 ， １ 以 满足 飞行 器光 滑 过 渡 的 气 动外 表 面的 需 求或 空 间飞 行 防护 的要 求 ； （ 可 以减重 １ ％～ ０ 减 重效 果 明显 ； ２） ０ ３ ％， （ 扩 大 自动 化 设 备 的使 用 规 模 ， 而 大 大 减 少 手 工 ３） 从
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现 制 技 装 代 造 术与 备
２ ８ 期总 ８期 ０ 第３ 第１ ０ ４
法 焊接 到 腹 板 上 形成 整 体 壁 板 的 一种 方 法 。 焊接 式 壁 板
多 点 柔性 组 合 ，则 可 以 大大 扩 大 增 量 压 弯成 形 的适 用 范
保 证壁 板 的成 形 质量 。为 了改 进 壁 板 的成 形工 艺 ， 者们 学 纷 纷 致力 于整 体 壁 板成 形 的先 进 方 法 的 研 究 。本 文介 绍 了 整体 壁 板 的概 念 和分 类 ，总 结 了传 统 和 现 代 的 整体 壁 板 成 形工 艺方 法 ， 滚 弯 成 形 ， 量 压 弯 成 形 ， 变 时效 如 增 蠕 成 形 ， 丸 成 形 和 激 光 弯 曲成 形 ， 喷 比较 了 它们 之 间 的 优 、 缺 点及 适 应 范 围 ，简述 了各 成 形 工 艺 目前 的应 用 状 态 及
整体壁板的制造
利用化学铣切无切削力旳特点，整体 壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切。
1．整体壁板旳机械加工
加工整体壁板旳金属切削机床在 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 均采用真空夹具，它旳特点是施压均 匀，装夹以便，没有夹紧伤痕。
目前伴随数控技术日益广泛旳应 用，整体壁板加工中大多采用数控机 床来加工。
其中校平与消除残余应力是影响整体壁 板加工效率和质量旳主要环节。
消除残余内应力最有效旳方法是在厚板 淬火后经过1.5~2.5%变形程度旳拉伸校正， 然后经过自然或人工时效处理再送去加工。
三、整体壁板旳加工
常见旳加工措施有两种： —— 机械加工（NC加工）
机械加工措施一般是先加工而后成形。 （因为先成形后加工较困难）。
机翼壁板喷丸成形工艺流程图
整体壁板旳其他成形措施
整体壁板旳成形，除上面简介旳 几种措施以外，还有用淬火成形，即 用模子成形旳同步淬火之，爆炸成形 措施以及蠕变成形措施。爆炸成形主 要问题是工艺装备费用太大。蠕变成 形问题，据有关资料简介对铝铜合金 不合用，因为会造成晶粒粗化。
无加强筋旳整体壁板又称整体厚 蒙皮。
优点
1. 设计方面
—— 等强度设计，强度/重量比高，刚性好 —— 疲劳寿命长 —— 外形精确，表面光滑 —— 简化油箱旳密封，空间利用率高
2. 工艺方面
• 简化了互换性 • 减轻了装配劳动量 • 提升了装配精度 • 缩短生产准备周期 • 提升劳动生产率
问题
• 加工设备增长 • 毛坯旳制造周期长，费用高
整体壁板工件曲率旳控制
工件被喷击后产生旳曲率大小与两 组因数有关，其一是喷击强度，这里涉 及弹丸旳大小、重量、硬度、弹丸喷击 旳速度以及喷击旳角度；其二是覆盖率， 即凹坑旳总面积与被喷面积之比。变化 这两组原因，就能够控制工件旳曲率。 在生产中，主要控制喷击过程旳空气压 力和工件送进速度。
缝合加筋壁板vari整体成型工艺研究
缝合加筋壁板vari整体成型工艺研究引言缝合加筋壁板vari整体成型工艺是一种现代建筑领域常用的工艺方法。
本文将对这一工艺进行全面、详细、完整且深入地探讨。
什么是缝合加筋壁板vari整体成型工艺缝合加筋壁板vari整体成型工艺是一种通过将多个壁板使用缝合技术和加筋材料进行连接，形成一个整体结构的工艺方法。
该工艺常用在建筑物的外墙和内墙等区域。
为什么选择缝合加筋壁板vari整体成型工艺•提高施工效率：缝合加筋壁板vari整体成型工艺可以通过一次性连接多个壁板，大大提高施工效率。
•提高结构强度：加筋材料的使用能够增加壁板的结构强度，提高建筑安全性。
•增加节能效果：壁板之间的缝合可以减少能量的传导和损失，从而增加建筑的节能效果。
缝合加筋壁板vari整体成型工艺的工艺流程缝合加筋壁板vari整体成型工艺包括以下几个步骤：1. 材料准备•预制厂将整体壁板vari和加筋材料进行制作和加工。
•确保材料的质量和尺寸符合设计要求。
2. 缝合连接•将预制好的整体壁板vari按照设计要求，使用专用的缝合设备进行连接。
•缝合过程需要确保壁板之间的对齐和紧密连接。
3. 加筋处理•在壁板的连接处，使用加筋材料对整体壁板vari进行加固。
•常用的加筋材料包括金属骨架、钢筋等。
4. 调整与矫正•完成缝合和加筋后，对整体壁板进行调整和矫正，确保其平整度和垂直度符合要求。
•同时，进行必要的修补和加固工作。
5. 检验与验收•对成型的缝合加筋壁板vari进行外观和质量检验，确保其满足设计和规范要求。
•完成检验后，进行最终的技术验收。
缝合加筋壁板vari整体成型工艺的优缺点缝合加筋壁板vari整体成型工艺具有以下优点： - 施工效率高：由于壁板的整体成型，减少了施工工序和时间。
- 结构强度高：加筋材料的使用使壁板的结构更加牢固。
- 节能效果好：缝合和加筋处理降低了能量传导和损失。
- 质量控制简单：整体成型的壁板易于管理和质量控制。
大型整体壁板成形技术
第29卷 第3期航 空 学 报Vol 129No 13 2008年 5月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA May 2008收稿日期:2007208227;修订日期:2007211212通讯作者:曾元松E 2mail :yszengnantes @ 文章编号:100026893(2008)0320721207大型整体壁板成形技术曾元松,黄遐(北京航空制造工程研究所,北京 100024)Forming T echnologies of Large Integral PanelZeng Yuansong ,Huang Xia(Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute ,Beijing 100024,China )摘 要:大型整体壁板是现代先进民用飞机的重要结构件,大型整体壁板成形技术是整机研制过程中所必须要解决的重大关键技术。
从大型整体壁板的结构特点出发,介绍了整体壁板的结构形式和分类,重点阐述了整体带筋壁板喷丸成形技术和时效成形技术的国外研究应用进展及发展趋势,分析了国内现有整体壁板成形技术的基础和存在问题,特别介绍了国内在ARJ 21新支线飞机研制中所取得的最新进展。
最后针对中国大飞机研制的紧迫需求,提出了尽快开展大飞机机翼和机身整体壁板成形技术研究的建议和对策。
关键词:整体壁板;喷丸成形;蠕变时效成形;大飞机;铝合金中图分类号:T G306 文献标识码:AAbstract :Large integral panels are the main structure parts of the modern advanced civil airplanes.The form 2ing technology of the large integral panels is an important key technology which must be solved during the de 2veloping process of an airplane.Starting from the structure characteristics of the large integral panels ,the structure forms and classification of the integral panels are introduced ,and the oversea research situation and the developing tendency of the shot peen forming and the creep age forming technologies for the panel with in 2tegral stringers are emphatically presented.The research basis and the existing problems of forming technolo 2gies of the integral panels in China are also analyzed.Especially ,the newest achievements obtained during the developing process of ARJ 21regional jet plane are introduced.Finally ,some suggestions and research empha 2ses are proposed for developing as quickly as possible the forming technologies of f uselage and wing panels of large aircraft.K ey w ords :integral panel ;shot peen forming ;creep age forming ;large aircraft ;aluminum 随着飞机性能的不断提高,对飞机结构的气动性和整体性的要求也越来越高,而且随着市场多元化的发展,进一步降低制造成本,使产品更加有竞争力,是许多飞机制造商面临的主要问题。
整体壁板成形评述
（ １） 变 形 力 大 ， 适 用 范 围 广 ， 可 成 形 各 种 壁 板 结 构 ； （ ２） 模 具 的 通 用 性 强 ， 对 产 品 外 形 尺 寸 的 适 应 性 强 ； （ ３） 由 于 是 局 部 增 量 成 形 ， 所 需 设 备 吨 位 小 。 ２．１．２ 采用压力成形也有一定的缺点 （ １） 由 于 整 体 壁 板 主 要 由 纵 横 交 错 的 加 强 筋 条 和 腹 板 组 成 ， 而 腹 板 的 厚 度 与 壁 板 总 的 厚 度 相 比 很 小（ 一 般 为 １： １００ 左 右） ， 当 筋 条 过 高 时 ， 筋 条 及 其 根 部 易 发 生 应 力 集 中 而产生屈曲甚至开裂如图 ６ 所示， 因而加工时需要采取 防止筋条失稳的措施； （ ２） 在 成 形 壁 板 时 ， 需 要 进 行 ４ 到 ５ 次 的 热 处 理 ， 因
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现代制造技术与装备
２００８ 第 ３ 期 总第 １８４ 期
（ １） 激 光 的 单 色 性 和 分 析 性 好 、能 量 密 度 高 、无 污 染 、 控 制 精 度 高 ， 可 以 很 方 便 地 实 现 成 形 加 工 的 柔 性 化 、自 动 化以及数字化和智能化。尤其对于焊接式壁板的成形， 可 以将激光焊接与激光弯曲进行同工位的复合， 从而提高 生产效率；
（ ２） 焊 接 式 壁 板 如图 ３ 所示， 焊接式壁板是将筋条通过激光焊接的方
作者简介： 王 秀 凤 ， 北 京 航 空 航 天 大 学 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院 副 教 授 。 基金项目： 欧 洲 宇 航 防 务 集 团 德 国（ ＥＡＤＳ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ） 资 助 课 题（ ２００６ ．３￣２００９ ．３） 。
蠕变时效成形是利用合金材料在时效温度下蠕变而 产生应力松弛的特性， 对试件弹性加载获取初始变形， 并 通过施加恒定载荷保持试件变形的工艺方法。通过将壁 板在恒温中放置一段时间， 使其内部的弹性能逐渐转化 为塑性能， 从而达到成形的目的。其主要优点是回弹小、 成 形 精 度 高 、同 时 完 成 时 效 。 其 不 足 主 要 表 现 在 模 具 成 本 高 、准 备 周 期 长 、要 求 有 足 够 尺 寸 的 热 压 罐 ， 空 客 Ａ３８０ 机 翼整体壁板成形时使用的世界上最大的热压罐如图 ８ 所 示。
机身整体壁板结构分析
南京航空航天大学硕壁板结构的设计、分析、制造与试验技术是 21 世纪干线及大 型飞机研制的关键技术之一。随着整体壁板的大量使用，为了对设计提供足够的 强度参考依据，必须对整体壁板进行相应的应力分析。本文从有限元分析、工程 算法以及试验三方面对整体壁板在轴压和剪切载荷下的强度进行了研究。 工程算法则重点研究了整体壁板在轴压、剪切状态下的静强度计算。轴压采 用与试验值相吻合的 Johnson 法，剪切采用半经验的“张力场分析方法” 。还参 照机身的结构形式、受载特点及其传力特性，分析比较了壁板结构的不同有限元 建模方法。使用 CATIA 建立了壁板全尺寸模型并导入 MSC.PATRAN 建立有限元模 型。 通过计算结果与试验数据的比较， 得出比较接近实际的有限元模型建模方法， 从而为更精确的计算和结构设计提供参考依据。 关键词：整体壁板，机身，有限元，应力分析，静强度
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南京航空航天大学硕士学位论文
图、表清单
图 1.1 先进机身整体结构与常规组装结构对比.......................................................1 图 1.2 空客公司的 A380 和波音公司的 B787............................................................2 图 1.3 飞机整体设计结构关键部位分解图................................................................4 图 1.4 ARJ21 新支线飞机............................................................................................5 图 2.1 民机机身结构...................................................................................................7 图 2.2 普通框构造.......................................................................................................8 图 2.3 普通框载荷.......................................................................................................8 图 2.4 机身在垂直面内外载及内力图.......................................................................9 图 2.5 桁条式机身框平面内受 PY 力时传力分析 ...................................................10 图 3.1 组装壁板轴压试验件装配图.........................................................................12 图 3.2 组装壁板轴压试验件爆炸图.........................................................................13 图 3.3 组装壁板剪切试验件装配图.........................................................................13 图 3.4 组装壁板剪切试验件爆炸图.........................................................................13 图 3.5 整体壁板轴压试验件装配图.........................................................................14 图 3.6 整体壁板轴压试验件爆炸图.........................................................................14 图 3.7 整体壁板剪切试验件装配图.........................................................................15 图 3.8 整体壁板剪切试验件爆炸图.........................................................................15 图 4.1 歪斜因子.........................................................................................................18 图 4.2 歪斜角度.........................................................................................................18 图 4.3 锥度.................................................................................................................18 图 4.4 实际单元与母单元坐标.................................................................................19 图 4.5 长桁与蒙皮的中性面示意图.........................................................................21 图 4.6 凸台强制偏心示意图.....................................................................................21 图 4.7 局部刚度重叠示意图.....................................................................................21 图 4.8 整体壁板的板－梁模型简化图.....................................................................21 图 4.9 梁元折算为等效杆元和剪切板元的组合.....................................................22 图 4.10 钉元受力情况...............................................................................................23 图 4.11 铆钉板及其简化模型...................................................................................23 图 4.12 铆钉节点简化方案.......................................................................................24 图 4.13 局部刚度增加示意图...................................................................................24 图 4.14 使用 1 杆元＋2 弹簧元模拟铆钉................................................................24 图 4.15 PATRAN 中提供的 FASTENER 单元 ........................................................25
飞机高筋条壁板整体成形工艺改进研究
飞机高筋条壁板整体成形工艺改进研究摘要：整体壁板具有重量轻、刚性好、气密性好等优点。
作为飞机的关键构件，整体壁板因其尺寸大、外形和结构特征复杂、制造难度大、周期长、成本高而成为型号研制的主要攻关任务之一。
深入研究整体壁板的成形工艺方法成为目前航空制造领域的重要方向，本文通过将易产生裂纹的口框处增加连接筋条，断开的筋条连接成整体，同时将终止端过渡区加大，成形后铣切去除等一系列简单而行之有效的措施，解决了高筋条壁板成形中易出现裂纹这一重大问题，提高了产品质量。
关键词：高筋条壁板；整体成形；连接筋条1、研究背景整体壁板结构具有表面光滑、强度重量比高、气密性好等许多优点。
整体结构的制造技术水平，已成为衡量航空技术水平的重要标志之一。
现代大型飞机双曲率高筋整体壁板普遍具有如下特点：(1)整体尺寸大：作为现代大型飞机的典型结构件，整体壁板的尺寸越来越大；(2)外形曲面复杂：因涉及气动性能，整体壁板外形曲面一般设计为几何上不可精确展开的双曲率空间曲面，曲率变化复杂；(3)内壁结构特征复杂：为提高结构效率，整体壁板内壁构造比较复杂，除了加强筋条外，通常还包括凸台、口盖孔、减轻槽等局部特征[1-4]。
通过对壁板成形的工艺研究，基本掌握了网格式壁板的成形技术，对提高飞机的生产能力具有十分重要的意义。
2、零件结构与问题分析飞机下壁板均为主承力壁板重要件，零件材料7B04 T7451δ45，外廓尺寸较大，为典型高筋条、大曲率整体壁板，结构如图1所示。
加工方案为展开状态铣切后采用闸压方式成形,即按三维展开数据集加工零件展开状态下的所有外形以及内孔，再采用压弯成形并辅助以手工修整的方式成形零件，所需设备为蒙皮三轴滚弯机，制造和检验依据为模胎。
图1 零件结构图零件成形过程以及后续处理中出现如下问题：（1）筋条与蒙皮连接终止处出现裂纹；（2）筋条弯曲严重，修整后不平直，装配后部分铆钉杆漏出；（3）零件整体型面与检验模不符合，口框内长桁成形不到位，装配时与型架无法贴合，影响产品质量；造成零件出现裂纹、筋条弯曲、型面超差的原因如下：（1）零件外廓尺寸较大，弯曲变形大成形困难；（2）闸压成形时，容易产生筋条失稳、筋条压裂；腹板失稳、腹板压裂；贴胎间隙小于1mm不容易保证；（3）筋条高度27mm-32 mm，厚度2 mm，高厚比过大，端头容易出现裂纹，筋条厚度较小受力容易失稳；（4）压弯时，模具与壁板为线接触甚至点接触，接触面小，应力大，容易失稳。
整体壁板成形评述
整体壁板成形评述
王秀凤;郭晓丽;陈光南;Jürgen Silvanus
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2008(000)003
【摘要】介绍了整体壁板的概念和分类,总结了传统和现代的整体壁板成形工艺方法,如滚弯成形,增量压弯成形,蠕变时效成形,喷丸成形和激光弯曲成形,比较了它们之间的优、缺点及适应范围,简述了各成形工艺目前的应用状态及发展前景.提出针对不同外形形状和筋条高度的整体壁板的成形,可以采用不同的成形方法,必要时还可将几种成形方法进行复合.
【总页数】5页(P1-4,7)
【作者】王秀凤;郭晓丽;陈光南;Jürgen Silvanus
【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100083;中国科学院力学所表面改性实验室,北京100080;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100083;中国科学院力学所表面改性实验室,北京100080;EADS Innovation Works,德国慕尼黑,81663
【正文语种】中文
【中图分类】TG3
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