一文看透飞机蒙皮成形术

蒙皮是飞机的重要组成部分，它就像飞机的“皮肤”一样，属于飞机的外形零件。早期的低速飞机蒙皮是布质的，机身都是...





蒙皮是飞机的重要组成部分，它就像飞机的“皮肤”一样，属于飞机的外形零件。早期的低速飞机蒙皮是布质的，机身都是用木质结构。而如今飞机结构上使用最多的是铝合金蒙皮，不过，在未来复合材料将成为飞机蒙皮材料的首选。

蒙皮零件占有色金属钣金件的5%左右。由于表面直接与气流接触，要求表面光滑、无划伤。大多的蒙皮机构尺寸大，相对厚度小，刚性差，外形要求准确。随着飞行速度与载重量的增加，蒙皮的尺寸与厚度也不断加大。按照外形特点，蒙皮可分为单曲度蒙皮、双曲度蒙皮和复杂形状蒙皮3种类型。

单曲度蒙皮：这类零件只在一个方向上有曲度，形状较简单，在飞机的机翼、机身等剖面段上应用较多。变形属于单纯的弯曲，一般采用压弯和滚弯方法成形。双曲度蒙皮：这类零件在两个方向上都有曲度。机身的大部分零件、进气道等都属于双曲度蒙皮。双曲度蒙皮主要成形方法是拉形。复杂形状蒙皮：形状不规则，如翼尖、整流包皮、机头罩等。这类零件多采用落压方法成形。既然谈到了成形方法，那就介绍下蒙皮成形的工艺方法。压弯成形是在闸压机床上对板材进行弯曲的一种方法，机床附有通用或专用的模具，利用凸凹模将板材逐段弯曲，适合成形单曲度蒙皮和尾翼前缘蒙皮。

压弯成形由上下模组成，上模下行与下模相互作用即可成形。以V形件的压弯为例，简要说明下板料压弯时的变形过程。（1）自由弯曲阶段。板料开始弯曲时，板料与上、下模具为三点接触，随着上模的压下，板料弯曲半径不断减小。

（2）接触弯曲阶段。随着上模的不断压力，板料的弯曲变形程度加大，其弯曲半径和弯曲力臂也在不断减小，直到板料与下模完全接触。

（3）矫正弯曲阶段。上模继续压下，板料的弯曲程度变大，此时板料和上模为三点接触，与下模是两点接触，其弯曲角度小于下模角度，这是板料由接触弯曲阶段向矫正弯曲过渡的阶段。

压弯的方法有这么几种：

折弯机弯曲：主要是用来弯曲简单的直线零件。

闸压床弯曲：主要是用来将金属条料或钣料弯曲成各种型材，最适合加工窄而长的直线零件。

滚弯成形是板料从2~4根同步旋转的滚轴间通过，并连续产生塑形弯曲的成形方法。通过改变滚轴间的相互位置，便可获得零件所需的曲率。可用于成形飞机上直母线的机身、机翼、尾翼蒙皮以及副油箱蒙皮等单曲度零件。

蒙皮滚弯方式可根据辊轴的数量和布局分为三轴滚弯、四轴滚弯和二轴滚弯三种。

三轴滚弯可以通过改变辊轴之间的距离来改变零件的曲率。这种滚弯通用性强，工厂中蒙皮滚弯专用设备多采用这种。四轴滚弯基本原理同三轴滚弯，二侧辊轴起顶弯作用，其特点是夹持可靠，送进力强，可以消除端头的直线段。二轴滚弯采用二个辊轴，两个辊轴中一个是钢轴一个是硬橡皮式的软轴，利用软辊表面的挤压作用可以成形零件。板材的滚弯普遍在国内飞机制造厂中是使用的三轴滚弯机，滚弯成形的零件有等曲度的、变曲度的和锥形的三种。型材的滚弯与板材滚弯的不同点在于，当型材滚弯时，需要按型材的端面形状设计制作滚轮，将滚轮装在滚轴上，通过滚轮进行滚弯。

拉形是板料两端在拉形机夹钳夹紧的情况下，随着拉形模的上升，板材与拉形模接触产生不均匀的双向拉伸变形，使板材与拉形模逐渐贴合的成形方法。在航空工业中，这种成形方法主要是用于制造曲率变化较平缓的大型钣金零件，特别是用于一般工艺难以加工的蒙皮件成形，如机身、起落架舱、整流蒙皮、前缘蒙皮等。在拉形的过程中，板料的变形为弯曲和拉伸两种形式。开始阶段是板料为弯曲变形。在弯曲的同时，进入拉形的中间阶段，拉形模继续向上顶，毛料受拉力产生塑形变形。随着拉形模上升，毛料逐渐与模具贴合。直到整个毛料完全与拉形模形状相同。蒙皮的拉形方式有两种：横拉和纵拉。

横向拉形是板料沿横向两端头夹紧，在拉形模上升顶力和拉伸夹钳横向拉力的双重作用下，使板料与拉形膜贴合，一般用于横向曲度大的蒙皮零件。

纵向拉形一般用于纵向曲度大的狭长形蒙皮零件成形。

同样，拉形设备也分为横拉设备和纵拉设备。

现代飞机中有很多复杂形状的零件，外形不规则，如飞机的整流包皮、座舱整流罩、各种口框等零件，由于尺寸和形状的关系，这类零件不能冲压成形，一般是用落压成形。落压成形是利用质量很大的重锤或者上模从高处活下时所产生的巨大冲击力使毛料沿着成形模成形，由于成形的零件多是不规则形状零件，毛料的变形情况比较复杂，有的部位受拉易裂，有的受压易皱，因此，由平板毛料一次直接落压成形的可能性不大。必须在过程中穿插大量的手工工作，控制材料流动使零件逐渐地变形。

落压成形的设备有落锤、蒙皮收边机、辗滚机和点击锤等。

目前，各飞机制造厂所使用的落锤是气动式的，其吨位有0.8t、1.5t、2t和5t等5种规格。蒙皮收边机用于收缩毛料的边缘，对拱曲零件预成形。

辗滚机由上、下滚轮组成，板料置于上、下滚轮之间，辗滚时材料变薄，并产生拱曲。上、下滚轮的间隙可以根据不同板厚调整。由于蒙皮外形要求准确，制造时一种工艺方法往往达不到要求，因此常用几种方法组合，常见的组合方式有以下几种：

滚弯和压弯成形：如机翼前缘蒙皮，前缘弯曲半径较小，上、下翼面弯曲半径较大。可先滚弯成形上下翼面弧度，再用压弯方法制出前缘弯曲部分。滚弯与拉形成形：材料较厚的零件拉形时，钳口夹持比较困难，纵拉板料要有夹钳弧度，可滚弯毛料预定一定弧度。

拉形与落压成形：如座舱整流罩零件，如采用落压成形困难且贴膜度差，外形精度低，可先用拉形方法成形双曲度面，再进行落压。上面所介绍的是有关金属蒙皮的成形方法。那么对于复合材料又该有什么方法成形呢？我们就以碳纤维增强复合材料为例。这种方法是通过喷枪将短切的纤维和雾化树脂同时喷射到开模表面，经过滚压、固化制取复合材料的方法。它是为改进手糊成形而创造开发的一种半机械化成形技术。

用喷射成形的方法虽然可以制成很多复杂形状的制品，但其厚度和纤维含量都比较难精确控制，树脂一般在60%以上，孔隙率比较高，制品的强度比较低，且有污染。

缠绕成形是将浸渍树脂的纤维丝束或带，在一定的张力下，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后加热或常温下固化成制品的方法。

这种方法可以使纤维能保持连续完整，结构效率很高，制品的强度高，产品不需要机械加工，但设备比较复杂。利用纤维缠绕成形技术制作复合制品时，有两种不同的方式可以选择：湿法缠绕、干法缠绕。

湿法缠绕：将无捻粗沙经浸渍后直接缠绕到芯模上的成形工艺过程。这种方法不需要预浸设备，便于选材，但固化时容易产生气泡。

干式缠绕：将预浸纱带，在缠绕机上经加热至黏流状态，并缠绕在芯模上的成形工艺。这种方法的制品质量稳定，缠绕速度快。缠绕机像是一部机床，纤维通过树脂槽后，用轧辊除去纤维多余的树脂。

为改善工艺性能和避免损伤纤维，可预先在纤维表面涂覆一层半固化的基体树脂。

拉挤成形是一种连续生产固定截面型材的成形方法。主要是通过将浸有树脂的纤维连续通过一定的型面的加热口模，挤出多余的树脂，在牵引下进行固化。在拉挤成形工艺中，目前常用的方法如热熔涂覆法和混编法。

热熔涂覆法是指使增强材料通过熔融树脂，浸渍树脂后在成型模中冷却定型；

混编法，首先按一定的比例将热塑性聚合物纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形状的织物；然后，利用具有一定几何形状的织物通过热模时基体纤维熔化并浸渍增强材料；冷却定型后成为产品。拉挤成形的最大特点就是连续成形，制品的长度不受控制，力学性能尤其是纵向性能突出，结构效率高，制造的成本也低，制品性能稳定，自动化程度高，不需要辅助材料。如今，航空制造技术不断的发展和飞机飞行速度的提高，飞机的蒙皮应用将会越来越广，除了上述所说的蒙皮成形方法之外其实还有许多的成形技术方法，有机会再和大家来说说。今天就先介绍到这里。

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