机翼钛合金蒙皮成型的问题及措施研究

李荣

摘要：随着我国对飞机质量的不断提高，其机翼钛合金蒙皮作为一个重要的工序，直接关乎着飞机的使用寿命，所以，提高机翼钛合金蒙皮成型的效果事关重要。文章主要针对机翼钛合金蒙皮成型的问題研究相应的保障措施。分别从蒙皮加工过程和焊接工艺两个方面进行优化，提高钛合金蒙皮成型的精确度和质量。通过改进方案进行钛合金蒙皮成型过程，然后实验对比，得出改进后的蒙皮成型方式能够较大的提高蒙皮成型的精确度。

关键词：机翼;钛合金蒙皮;成型;措施

中图分类号：V275⁺.1;TG456.7文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）11-0125-04

1机翼钛合金蒙皮成型的问题及处理流程

随着我国航空工业的快速发展，对于机翼蒙皮材料的要求也越来越高。机翼蒙皮采用较多的就是钛合金，因为钛合金的质量更轻，更能减小飞机的重量，而且钛合金抵抗温度的能力较强，不易受到影响。机翼钛合金蒙皮成型效果是非常重要的，对其结构、气动性能以及飞机外观和使用寿命有很大影响。所以提高机翼钛合金蒙皮成型效果对整个飞机的质量和运行都会有着重要的作用。

然而，在实际过程中，机翼钛合金蒙皮成型过程中，容易出现各种问题，其中最重要的就是蒙皮变形问题，即出现凹坑或者凹陷，就会影响到蒙皮成型的精度要求。造成这种现象的原因也很多，比如蒙皮加工工艺出现问题、相关工作人员工作能力较差、焊接使出现问题、对机翼钛合金蒙皮成型缺乏管理等等。

这些问题都会造成机翼钛合金蒙皮成型之后机翼表面出现裂纹，当出现裂纹之后，就需要对机翼钛合金蒙皮进行各种检查，将问题进行解决，减少经济损失。进行解决的流程如图1所示。

2提高机翼钛合金蒙皮加工效果的措施

前面分析的仅仅只是机翼钛合金蒙皮成型表面遇到问题的解决流程，为了减少这些问题的发生，应该对其进行一定的改造措施使其在蒙皮时降低出现问题的概率，所以接下来提出两种方案，一个是对机翼钛合金蒙皮的加工阶段，一个是在对机翼钛合金蒙皮成型时焊接工艺的改进。从这两个方面可以可以减少机翼钛合金蒙皮成型的准确率，从而降低机翼蒙皮出现问题的概率。

2.1理论分析

钛合金蒙皮成型过程中对于外形和位置准确度有着比较严格的要求。一般情况下为了达到准确度要求，会将钛合金蒙皮的边缘多留出一些量，为的是在装配时，可以将其进行修配从而得到准确度非常高的位置。然而我国对于飞机的要求越来越高，其机翼外形的精度也随之不断升高，并且提出了无余量装配理念，使得传统的留出余量以达到准确度的要求不能再继续使用。只能对钛合金蒙皮进行高精度的外形加工，从而提高蒙皮装配时的准确度，这就对钛合金蒙皮成型工艺提出了更高的要求。

对于蒙皮外形的加工方式有很多，其中，激光切割具的使用较为频繁，因其有非常多的优势，比如说其加工精度比较高，工作效率也比较好，而且对蒙皮零件进行加工时影响比较小，不会对蒙皮产生变形的影响，另外，使用该方法的操作模式比较简单，能够生产出形状一致的蒙皮零件。但是使用该方法的最大的一个问题就是将钛合金蒙皮准确定位在切割夹具上，该定位过程过程比较复杂，非常容易定位不准确，就会对机翼在飞行中容易出现问题。

对蒙皮成型在装配过程中，直接在蒙皮上进行钻定位孔，这种方式的误差将回比较大，尤其是对大曲率蒙皮，误差将会更大。所以该定位方式的准确度不符合要求，不能使用，需要相处另一种准确度较高的方式对其进行定位钻孔。该方法就是用数字化加工，第一步就是蒙皮的工艺装备上安装压点机构，在蒙皮成型过程中让定位孔的中心出现凹坑;第二部就是将凹坑制定成φ5.2mm的定位孔，用这样的方式将定位孔进行定位，就可以提高定位准确率。使用激光切割具进行加工蒙皮时就可以将蒙皮零件准确的地位在切割夹具上，从而提高激光切割具的加工质量。

2.2过程描述

对钛合金蒙皮成型过程中，采用优化之后的激光切割具的步骤如下所示。

1）对蒙皮制作进行审请数据集，图2即为三维制造数据集，图2所示在曲线程度较小的地方，然后在形成加压的方向与曲面的法线一致的方向尽可能的多制定2-3个定位孔和耳片。

2）通过上一步的数据集，可以制作热成型模，在模型下面的定位孔制作一个φ8mm的通孔，在模型的表面处将孔的大小增大到φ16mm，然后就可以将尖点销放人到该孔中，图3即为尖点销结构平面图，从图中可以看出，尖点销由3个部分组成，顶部是由一个椎体组成，中间只一个大一些的圆柱体，下面是小圆柱体。该结构正好可以将其安装到孔中，在安装时要能够将尖点销凸出工艺装备0.5～0.8mm。尖点销出现问题时，因其良好的结构在更换时比较方便。而且尖点销也比较容易出现问题，因为尖点销是在高温时对钛合金表面进行压制，就会产生非常大的磨损，所以尖点销容易出现问题。

3）就是在蒙皮热成型时，该模具需在热成型设备上进行固定，然后将该设备进行加温，将温度升至高达600～700℃，对材料进行3-5min的遇预热，然后再对材料进行合膜压缩，需要18min左右才能将毛坯取出来，最后对定位孔进行凹坑处理，凹坑直径为φ2mm。

4）就是根据凹坑制作φ5.2mm的定位孔。本文没有使用手工钻孔，因为容易出现较大的误差，从而影响蒙皮的装配和使用，所以通过使用钻模来钻孔，从而接下来就需要制作钻模，需要注意的是玻璃钢盖板要盖在钻模上。

5）就是制作切割夹具，要用比较重的沙袋对蒙皮进行压制，使其完全贴合。夹具上面还需要设置3個圆点，圆点的直径为φ0.2mm，该圆点的作用就是作为基准点，以防出现误差。最后就是将毛坯放在夹具上，利用数字模型方式切割蒙皮形状。

这就是利用优化后的激光切割具对蒙皮进行成型的方式，利用该方式可以提高蒙皮成型的准确度，让蒙皮在安装时更加精确，更有利于机翼的飞行，减少故障率的发生。

3改进机翼钛合金蒙皮成型焊接工艺的措施

钛合金蒙皮成型过程中焊接是一项非常重要的工艺，当焊接出现问题时，就会影响到钛合金蒙皮成型，从而影响到在机翼上的运行情况。于是本文将某型号的机翼上钛合金蒙皮焊接进行了一定的优化，可以提高钛合金蒙皮成型的质量和准确度。

对某种型号的飞机机翼蒙皮骨架进行激光点固，然后再將其激光焊接成型。该型号的蒙皮骨架是用双面对称接头，为了减小蒙皮变形，对优化路径进行优化是比较重要的。通过实验研究的方法，得出蒙皮焊接的步骤如下：

首先将蒙皮与骨架用激光点焊的方式将其固定，然后再在点的基础上将其激光焊接成型。利用该方法经过反反复复的实验，得出先将骨架和蒙皮选取关键点进行点固，再用筋条搭接电焊，最后一步就是将骨架和蒙皮的四周锁底点焊。用这种方式的钛合金蒙皮成型能够将变形控制在很小的范围，该效果是非常好的。图4即为该方法的示意图。

上面的双面点焊属于钛合金蒙皮成型激光焊接的第一个步骤，第二个步骤就是蒙皮与骨架搭接焊和锁底焊，这两个焊接是比第一步还重要的步骤，该步骤也很难对变形进行控制，所以需要非常精确的焊接方式。

然后通过很多次对焊接路径的优化，选择了两面四次焊接路径是最为有效的一种的方式，该方式能够对变形进行很好的控制。该方式的步骤分为4步，如图5所示，①对机翼的正面蒙皮进行筋条搭接焊，②对机翼的反面蒙皮进行筋条搭接焊，③对机翼的正面蒙皮四周进行锁底焊，④对机翼的反面蒙皮4周进行锁底焊。

当所有的焊接完成之后，就需要对机翼钛合金蒙皮的变形量进行测试。本文是针对机翼钛合金蒙皮的尖尖点，假设为A点进行测试。选择A点的原因在于机翼钛合金蒙皮在A点位置的变形量是最大的，所以通过研究A点就可以知道机翼钛合金蒙皮整体的变形效果。焊接之后的A点高度高于原始的则为正，低于则为负。

表1即为5次焊接试验的变形量结果，

I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表着图5的4个步骤，H1到H5为A点变形量的H值，从图中可以看出，第四个步骤的A点位置变形量的在0～0.2mm。图1中每个步骤的变形量变化的原因在于：①通过焊接时，激光热源比较强，将蒙皮表面进行了熔化凝固，再加上热应力，就发生了向上的变形。②是对反面进行焊接，就会发生向下的变形，正好①的变形产生抵消的作用，就可以减小蒙皮变形。②和③的变化是与①和②步骤是一样的。所以通过;两面四次焊接路径就可以减小蒙皮变形。

如果对机翼的钛合金蒙皮正反两面全部采用满焊的方式，将会出现密闭腔，所以为了防止该现象的形成，可以将焊接的正面进行满焊的方式，方面使用间断焊接，图6即为间断焊接的位置分布图。

完成了上述的焊接步骤之后，即蒙皮和框架的焊接完成，然后需要对完成后的焊接进行测试，看是否会取得好的变形效果。在三坐标仪工作台选择三组实验样品进行实验，使用测球与机翼钛合金蒙皮的A点接触，接触其正反两面的A点，将焊接前的蒙皮测试值作为变形参考。表2即为3组样本的变形测试结果，从图中可以看出，采用优化后的焊接工艺，3个样本的最大变量量是0.13mm，最小的变形量是0.04mm，与0.2mm的变形量相比，此方法的在变形效果上有了很大的提高，保证了机翼钛合金蒙皮成型时使用焊接工艺造成的变形控制，变形度大大减少。

4结语

综上所述，对机翼钛合金蒙皮成型造成问题的因素有很多，还包含着人为的因素、施工工艺的因素等，文章主要从钛合金蒙皮加工过程和焊接过程这两个方面进行优化，提高蒙皮成型的精确度。因为在造成钛合金蒙皮成型出现问题的一个重要原因就是蒙皮成型过程中的精度不够高，从而影响到成型的质量，如果当精度满足要求时，就会更有利于蒙皮成型的质量，从而减少蒙皮出现问题的概率。通过对本文的而研究，优化蒙皮加工工序和焊接工艺可以很大程度上增加蒙皮成型的精确度。