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航空航天裝備中，鈑金類零件占總零部件數(shù)量、制造工作量占全機工作量均在20%以上。針對目前航空領域?qū)︹k金零件的輕量化及整體化發(fā)展的迫切需求，具有凸臺、加強筋和小圓角等小特征結構的鋁、鎂、鈦輕質(zhì)合金復雜異型薄壁鈑金零件的制造已成為推動大型飛機水平提升亟待解決的重要問題。

航空用高強鋁、鎂、鈦等輕質(zhì)合金塑性差，成形過程中容易起皺和開裂。我國一直沿襲前蘇聯(lián)的落錘成形技術，落錘成形需通過模具壓制與人工結合，通過錘擊、墊橡膠等方式進行多道次壓制和人工輔助加工成形，以消除起皺并通過人工手動工序控制材料流動以防止破裂發(fā)生，要求操作者具有豐富的加工經(jīng)驗和技術技巧。落錘成形由于是剛性模成形，成形零件會有劃痕等缺陷，成品率不高，零件精度及一致性差，材料利用率低，模具壽命較低，勞動條件和安全性差。

針對上述復雜航空鈑金零件制造過程中的問題及我國大飛機行業(yè)的發(fā)展需求，金屬所塑性加工先進技術團隊博士生馬彥、副研究員徐勇及研究員張士宏等人與沈飛、成飛和河南興迪公司合作，通過將充液拉深成形技術與高速沖擊成形技術相結合，提出了一種新型沖擊液壓成形技術。

課題組完成了從理論分析、設備研制到工藝驗證的全鏈條研究。通過霍普金森拉桿實驗研究發(fā)現(xiàn)，5A06鋁合金單向拉伸試件在高應變速率條件下（2.7×103s-1）的延伸率相比于準靜態(tài)條件增加了40%。課題組自行設計了一臺板材沖擊液壓成形極限試驗裝置，發(fā)現(xiàn)5A06鋁合金板件的沖擊液壓成形極限相比于準靜態(tài)液壓成形極限得到了大幅提高。通過自行設計的沖擊液壓成形物理模擬實驗裝置，對沖擊液壓成形的沖擊傳載特性及設備關鍵工藝參數(shù)進行了理論和實驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，該工藝同樣適用于鋁合金、鋁鋰合金、鎂合金、鈦合金等。

　　圖1（a）霍普金森拉桿實驗裝置；（b）5A06高應變速率應力應變曲線；（c）高應變速率拉伸和準靜態(tài)拉伸延伸率對比

　　圖2 （a）5A06高應變速率板成形極限測試原理及實驗裝置；（b）沖擊液壓成形極限曲線和準靜態(tài)液壓成形極限曲線

基于以上研究，課題組自主研發(fā)了新型沖擊液壓成形專用設備。該設備采用液壓蓄能器組合結構實現(xiàn)了大質(zhì)量沖擊體的高能高速驅(qū)動及控制，是該設備的核心專利技術。由于采用了液體這一柔性成形介質(zhì)，成形零件具有良好的表面質(zhì)量。通過室溫高應變率成形，無需熱處理即可提高材料在室溫條件下的塑性。設備的最大沖擊能量200kJ，最高沖擊速度80m/s，具有適合于工業(yè)化應用的自動操作模式。該設備最大可用于500mm×500mm×3mm的鋁、鎂、鈦等低塑性合金的板材成形，也可用于需要同等成形能量的管材成形、汽車板件成形、板材與管材的沖孔等工序。

圖3 （a）沖擊液壓成形物理模擬實驗裝置；（b）沖擊液壓成形設備原理圖

課題組已經(jīng)通過沖擊液壓成形技術成功實現(xiàn)了航空復雜薄壁口框零件的成形。該技術制造的口框零件具有更均勻的壁厚減薄率，更好的小圓角填充能力，并且能夠有效地抑制回彈。與現(xiàn)有落錘生產(chǎn)技術相比，該技術將傳統(tǒng)8道次以上的人工輔助制造過程改變?yōu)?道次的自動化生產(chǎn)過程，無需中間工藝熱處理，提高了400%的生產(chǎn)效率。

圖4 5A06鋁合金復雜薄壁口框零件（a）落壓成形；（b）沖擊液壓成形

圖5 沖擊液壓成形的2B06飛機板件，2道次，無中間熱處理，無人工，沖孔成形同模具一次完成