航空航天技术是高度综合的科学技术，它综合运用了基础科学和应用科学的最新成就，应用了工程技术的最新成果。航空航天技术既指进行航空航天活动所涉及的科学技术，又指研制航空航天飞行器所涉及的科学技术。
飞行器的结构是飞行器受力部件和支撑构件的总称，对于飞机来说，包括机身、机翼、尾翼等，对导弹来说包括弹身、弹翼、舵面等。
1.飞机机身
机身结构形式随着飞机的飞行性能要求不断变化，早期的飞机机身一般都是采用构架式，像桥梁结构由桁梁、横柱、支柱、斜柱（或张线）组成，外部蒙皮只起整形作用，不参与结构受力。
现代飞机要求重量轻，结构材料必须充分利用，为此将机身蒙皮与骨架牢固地连接在一起，成为像一个薄壁梁似的整体“梁式”机身，又由于它采用了薄壁金属蒙皮，所以又称“薄壁式”机身。
2.飞机机翼
传统的机翼受力构件包括内部的骨架和外部的蒙皮，还有与机身连接的接头。
随着飞机速度的提高，机翼结构形式的不断发展，机翼蒙皮也从布质蒙皮、层板蒙皮、金属铆接蒙皮、整体壁板蒙皮发展到了复合材料蒙皮等。
1.弹身结构
弹身通常是一个细长体，由头部、圆柱段中部及尾部三部分组成。常见的弹身结构有蒙皮骨架式和整体式两种。
（1）蒙皮骨架式弹身 是由蒙皮与骨架组成的，就蒙皮受力情况而论，蒙皮骨架式弹身又可分为桁条式（半硬式）和无桁条式（硬式）两种。
（2）整体式弹身 通常由几块整体板件连接而成。
2.弹翼的结构形式
（1）蒙皮骨架式
（2）整体弹翼 指由上、下两块整体壁板连接在一起的弹翼，壁板上辐射式加强筋代替了桁条、翼梁、翼肋等构件的作用，这种形式的弹翼零件少、结构简单、装配协调容易、工艺性好、生产率高。
（3）夹层弹翼 采用夹层壁板做蒙皮，具有重量轻、强度刚度大、构造简单的特点。
冲压加工源自于金属手工艺制作。在我国河北省怀来县北辛堡出土的战国时期（公元前475年～公元前221年）生产的红铜槌胎薄铜缶（小口大腹，盛酒器），被学者认为是至今为止发现的世界上第一个冲压件。
冲压加工经过长期的发展，现在已经形成大规模生产方式，生产过程逐步实现机械化、自动化，并且正向智能化、集成化的方向发展。在现代大型冲压企业中，已经很难找到当初冲压加工的原始痕迹。
钣金冲压件根据零件的相似性原则分为材料相似性零件、工艺相似性零件和结构相似性零件。材料相似性指材料品种、状态的相似性；工艺相似性指零件的加工方法、工艺装备和使用设备的相似性；结构相似性指零件的尺寸、形状、使用部位及零件上具有的结构要素的相似性。
根据相似性分类原则，飞机钣金零件常用分类方法见表1-1。
表1-1 飞机钣金零件常用分类方法
（续）
由于飞机钣金零件品种多、数量大、结构和成形方法复杂，所以，首先按材料相似性分为板材零件、管材零件和挤压型材三大类，在每种材料中，再根据结构相似性和工艺相似性，分为若干零件相似族，从中选出几个典型零件为代表，这就构成了图1-1所示的分类图表。
图1-1 飞机钣金零件分类图表
1.板材零件分类
1）平板零件分类如图1-2所示。
图1-2 平板零件分类
2）板弯型材零件分类如图1-3所示。
图1-3 板弯型材零件分类
3）拉深零件分类如图1-4所示。
4）蒙皮成形零件分类如图1-5所示。
5）整体壁板分类如图1-6所示。
图1-4 拉深零件分类
图1-5 蒙皮成形零件分类
图1-6 整体壁板分类
6）落压零件分类如图1-7所示。
图1-7 落压零件分类
7）橡皮成形零件分类如图1-8所示。
图1-8 橡皮成形零件分类
8）旋压零件分类如图1-9所示。
图1-9 旋压零件分类
注：筒形零件、锥形零件可用普通旋压方法；球形零件、收（扩）口零件可用强力旋压方法。
9）爆炸成形零件分类如图1-10所示。
图1-10 爆炸成形零件分类
10）热成形零件分类如图1-11所示。
图1-11 热成形零件分类
11）超塑性成形（SPF）和超塑性成形/扩散连接（SPF/DB）分类如图1-12所示。
图1-12 SPF和SPF/DB零件分类
12）局部成形零件分类如图1-13所示。
图1-13 局部成形零件分类
2.挤压型材零件分类
挤压型材零件分类如图1-14所示。
图1-14 挤压型材零件分类
3.管材零件分类
管材零件分类如图1-15所示。
图1-15 管材零件分类
蒙皮构成飞行器的气动外形，要求外形准确、流线光滑和表面无划伤。随着飞行器性能不断改进，品种不断增加，蒙皮零件也有着不断的变化。
1.外廓尺寸不断加大
现代飞机随着飞行载荷的增加，机翼面积加大，加上高速机翼的后掠要求，歼击机蒙皮零件的宽度尺寸已达到2～3m，客机蒙皮零件的长度已达到32m，在厚度尺寸上，也由低速飞机的薄蒙皮（0.6～1.2mm）增加到了高速飞机的厚蒙皮（20～30mm）。
2.内部结构尺寸复杂
初始的蒙皮零件都是等厚度的，为大面积去除蒙皮上的废料，采用了化学铣切的办法；为满足高速飞机的气动性能，翼形变薄，机翼的结构空间相应减小，蒙皮与长桁成为一体，出现了整体壁板，整体壁板不仅用在机翼上，还用到了机身上。现代客机为防止疲劳裂纹的扩展，机翼壁板又回到了长桁和蒙皮的铆接结构，但蒙皮发展成展向和弦向均变厚度，有局部加强的整体厚蒙皮。
蒙皮内部结构尺寸的演变为：等厚度蒙皮—化铣蒙皮—整体壁板—整体厚蒙皮。
（1）蒙皮零件按其几何形状可分为三类
图1-16 单曲度蒙皮
1）单曲度蒙皮（图1-16），用于机翼、尾翼和机身的等剖面部分。单曲度蒙皮的数量约占蒙皮总数的一半以上（50%～55%）。
2）双曲度蒙皮（图1-17），一般用于机头、机身后段、进气道和发动机短舱，还有机翼上的折弯（向上或向下）部位和翼根弦长的加长部位。双曲度蒙皮又可分为凸双曲度、凹双曲度及凸凹双曲度三种。蒙皮的表面可能平滑，也可能带有局部鼓包、凹陷和埂槽等。
3）复杂形状蒙皮（图1-18），属于双曲度蒙皮的一种特殊类型，其曲率变化较剧烈，如翼尖、整流片、机头罩等。
（2）整体壁板的分类 现代飞机已广泛采用整体壁板代替铆接壁板或薄蒙皮，并作为主要承力构件之一参与承载。例如，机翼整体壁板与前、后梁和整体翼肋构成翼盒，承受机翼的主要载荷。
整体壁板的外形（弧度）和内形（结构）比较复杂，品种繁多，前者取决于整体壁板在飞机上的使用部位，后者取决于整体壁板使用部位的结构强度要求。
整体壁板可分为两大类，一类是带筋条的整体壁板；一类是不带筋条的整体蒙皮。
整体壁板的外形分类详见表1-2。
图1-17 双曲度蒙皮
图1-18 复杂形状蒙皮
表1-2 整体壁板和整体厚蒙皮零件的外形
（续）
表1-3列出了整体壁板按筋条剖面形状的分类，剖面形状有三类：
形、
形、
形。表1-4列出了整体壁板按筋条分布特点的分类，共分为四类：平行筋条，放射形筋条，平行、放射形筋条和网格形筋条。这两个分类表中都列出了各类带筋整体壁板内形结构和成形特点，以及主要的应用部位。
表1-3 整体壁板按筋条剖面形状分类
表1-4 整体壁板按筋条分布特点进行分类
（续）
骨架类零件是指机体的长桁、梁、樯、框、肋缘条、加强件的凸缘等。
挤压型材一般是骨架类零件主要选用材料之一，在钣金冲压件中骨架类零件一般是指型材类零件。早期的骨架零件结构都是采用等截面、等厚度的型材，为减轻重量，充分利用材料性能，现在大量采用变截面，变厚度型材零件。
骨架类零件按外形可划分为直线形、平面弯曲和立体弯曲三类。
根据在飞行器结构中的作用，骨架类零件又分为5类，见表1-5。
表1-5 型材典型零件分类
框肋零件是飞行器机体结构中的横向构件，担负着确定飞机外形和承受气动载荷的双重任务。通常框肋零件属于平面零件类型，但四周具有弯边缺口，中间分布有加强窝、加强梗、减轻孔、通过孔等，如图1-19所示。
图1-19 典型框类零件图
1903年美国莱特兄弟制造的世界公认的第一架有动力飞行的飞机，它的主要结构是木材和蒙布。第一次世界大战（1914—1918年）时，所有的著名作战飞机都是双翼机，结构材料主要是优质木材，外面再蒙上细密而结实的亚麻布或棉布。随着飞机速度提高，为降低飞行阻力，飞机外形表面要求光滑流线，飞机结构材料相应地也发生了变化。1915年出现了全金属（硬铝材料）张壁式单翼机，1922年已制造出飞行性能良好的全金属飞机。
20世纪三四十年代，镁合金开始进入航空结构材料的行列。四五十年代，不锈钢成为航空结构材料。到了五十年代中期开始出现钛合金，当初主要用于飞机的高温部位。六十年代以后开始采用复合材料，现今铝锂合金材料也开始在军、民用飞机上大量采用。
现投入使用或仍在开发中的先进飞机的机体结构用材料的主要特点是大量采用高比强度和高比模量的轻质、高强、高模材料，从而提高飞机的结构效率，降低飞机结构重量系数，其中又以先进复合材料、钛合金及铝锂合金用量的增加，传统铝合金和钢材用量相应减少的特点尤为突出。
对飞行器结构材料的要求是比强度大、耐高低温、耐腐蚀、耐老化、抗疲劳性好、易加工及价格低。
常用的飞行器结构材料种类和力学性能见表1-6。
表1-6 常用的飞行器结构材料种类和力学性能
（续）
1.铝合金
飞行器中应用较早、使用最广泛的，是有色轻金属结构材料。它主要是含铜、镁和锌元素的铝合金，铝合金密度约为2.8g/cm3（约为铜的1/3），具有较高的比刚度、断裂韧性和疲劳强度，具有高的耐腐蚀性，有极为良好的低温性能（在-183～-253℃下不冷脆），且价格低廉，一般适合在120℃以下长期工作，而耐热硬铝可在250～300℃的条件下正常工作。
2.镁合金
镁合金密度很小（1.75～1.9g/cm3），其比强度和比刚度与铝合金和合金钢大致相同，但耐腐蚀性较差，必须经过相应的防腐处理后才能长期可靠地工作，一般适合在120℃以下长期工作。
3.合金钢
包括高强度的结构钢和耐高温、耐腐蚀的不锈钢。高强度合金钢具有较高的比强度，工艺简单，性能稳定，价格低廉，工作温度一般不超过350℃。不锈钢具有良好的耐腐蚀性和较高的耐热性，可以在480～700℃范围内长期工作。
4.钛合金
钛的密度小（4.5g/cm3），钛合金的强度接近于合金钢，因此具有较高的比强度，还具有较高的耐热性，工作温度可达400～500℃，同时还具有良好的耐腐蚀性，但钛合金加工成形困难，价格比较昂贵。
平板件是指工程图样给定的平板零件和成形工艺要求的坯料或展开料。通常这类平板件，其工作内容还包括依据工程图样、坯料交付状态要求利用加工设备和模具在板料上加工出各类的孔（包括减轻孔）、加强窝、加强梗等。
1.手工下料和机床设备下料
下料是钣金零件加工的第一道工序，通过对钣金板材、带材下料加工获得平板零件或毛料。按工作方式可分为手工下料和机床设备下料。
1）手工下料包括手工划线和手工剪切。
2）机床设备下料可分为剪切、铣切、冲切、锯割、火焰切割、激光切割、电火花线切割、高压水切割、等离子切割等。
2.平板件的分类及其工艺性要求
（1）平板件分类方法 平板件按航空航天飞行器的产品结构可分为以下8类：
1）垫片、垫圈、连接片和角片类平板件。尺寸不大，但数量极大的零件，一般都采用冲切下料。
2）框、肋、板弯梁类坯料。此类零件的坯料一般采用铣切下料。
3）腹板、地板类平板件，一般按结构尺寸和外形样板下料，制出减轻孔或加强梗。
4）对于黑色金属、钛合金等难加工的平板件，一般采用激光切割或电火花线切割。
5）蒙皮类平板件，包括机身、机翼、进气道、发动机短舱的内外蒙皮、整流包皮，它构成航空航天飞行器的气动外形，表面质量要求高。一般按坯料尺寸或展开样板下料。
6）仪表板类平板件。此类零件面板上有大量的仪表安装孔和特形孔，制孔的工作量大，孔径及孔位要求精度高。一般采用数控加工。
7）装饰板、装饰条类平板件。虽然属于飞行器内部零件，但为满足工程美学的要求，一般对表面要求特别高，很多零件要求装饰镀铬或抛光处理。
8）在飞行器中导电设备使用的电阻板、汇流条类平板件。一般形状较为复杂，结构窄长，常规方法下料极易变形，采用成组下料较为合适。
（2）对平板件的工艺性要求
1）加工方法的确定应考虑生产单位的加工设备能力和技术水平。
2）在各种孔的加工上应考虑生产厂原有的模具，尽量采用国家标准和企业标准。
3）有特殊要求的零件，如标牌应选用优质蒙皮板，外蒙皮化铣类零件应选用预拉伸板。
4）采用铣床铣切加工的各类零件应考虑刀具的最小直径。
5）窄长的零件应考虑分段或由剪切改为铣切下料。
6）超薄的零件成组铣切时应考虑加工保护。
8）冲裁下料时应按标准选择圆角、孔距等，并要合理排样。
9）由于特殊的要求有时采用电火花线切割或高压水切割。
航空航天飞行器大量采用钣金零件，金属板材的消耗量很大，提高材料的利用率、节能降耗，对提高经济效益意义重大。钣金件节约原材料的途径见表1-7。
表1-7 钣金件节约原材料的途径
1.排样的定义
排样是指在下料前将平板件按外廓尺寸组合，排布在整张板材上，使其边角余量最少的布置方法，目的是提高原材料的利用率。
2.排样的基本原则
1）一定要是同种的或不同种但材料牌号和规格相同的平板件才能组合（一般称为组合排样）。
2）必须满足平板零件之间或平板零件与板料边缘之间合理余量要求。下料余量可参考表1-8。
表1-8 下料余量 （单位：mm）
3）窄条料应考虑板材的顺纤维方向剪切。
4）尽量排成宽条料，减少剪裁次数和送料进距。
5）大型单个坯料采用组合排样。
6）成批生产的大尺寸平板件，应订购与坯料尺寸成倍数的特种规格的板材。
7）成批生产的小尺寸平板件应提供冷轧带料代替板材。
8）个别零件适当地改动外形后，排料下料的经济效果可观，可让有关部门更改图样或坯料状态。
3.排样方法及演变
（1）人工排样 由人工参照工艺文件在整张板材上组合零件的外形划线排样。定型的批生产零件，可制作成套样板铣切下料。可用机床的录返系统存入计算机进行自动铣切下料。图1-20所示为几种典型零件的排样示例。
（2）计算机辅助排样 排样的最终目标就是尽量在材料上布置尽可能多的零件，以减少材料损失。目前生产上采用的人工排样，不仅受到排样技术人员经验的限制，而且工作效率低，工作周期长，同时排样结果具有一定的波动性。
图1-20 几种典型零件的排样示例
计算机辅助排样（CAN）是利用计算机的高速和精确运算能力来解决排样问题，是计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术的重要组成部分。CAN经过多年的研究已经取得了很大的成就，现代计算机的出现为CAN提供了计算工具，人们可以利用计算机实现数学优化算法，为排样提供合理的参数。在20世纪60年代后，交互式图像显示设备的出现，让排样人员可以在计算机中绘制零件几何图形作为排样的输入。同时可以将排样结果在显示器上以图形的形式直观地显示出来，还可以通过人机交互方式调整排样结果。90年代后，计算机功能越来越强大，随着高速网络、多媒体、超大型数据存储的应用，复杂排样问题的计算得到硬件上强有力的保证。
1.剪切形式及适用范围
常用的剪切形式及适用范围见表1-9。
2.剪切力计算
剪切力计算的参考公式见表1-10。
表1-9 常用剪切形式及适用范围 （单位：mm）
（续）
表1-10 剪切力计算的参考公式
常用铣切形式及适用范围见表1-11。
表1-11 铣切形式及适用范围
（续）
1.定义
冲裁是钣金件的分离工序之一，完成冲孔和裁件工序，获得零件内外形，借助冲裁模在压力机床上进行。
2.适用范围
冲裁适用于平板件的落料、冲孔和切断等工序。用于不适宜剪切、铣切的小零件的批量加工。生产效率高，但工装费用也高。
3.典型零件的冲裁方法
典型零件的冲裁方法见表1-12。
表1-12 典型零件的冲裁方法
（续）
4.冲裁条料排样
1）冲裁条料排样形式见表1-13。
表1-13 冲裁条料排样形式
（续）
2）搭边数值的确定。搭边应保证冲裁时坯料在模具上定位和送进的刚度足够，补偿送料误差，提高零件精度。搭边值选择与下列因素有关：材料厚度与硬度、零件尺寸和形状、排样形式及挡料机构等。常用条料搭边数值见表1-14。
表1-14 常用条料搭边数值表 （单位：mm）
注：自动送料的冲裁件，应按表中数值乘以系数1.3。
①B为条料宽度。正反面冲切时，当B＞50mm时，a应取最大值。
②R是零件外形最小圆角半径（mm）。
③L为直边件长度。一般L在50～100mm范围内，a取小值；L在100～200mm范围内，a取中间值；L在200～300mm范围内，a取最大值。
5.冲裁力计算
冲裁力与被加工零件形状、使用材料、模具形式和冲床结构等因素有关。正确计算冲裁力对模具设计和设备选择至关重要。常见的平刃口模具冲裁力按下式计算P=KLtτ
式中 P——冲裁力（N）；
K——系数，见表1-15；
L——冲裁件周边长度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）。
表1-15 系数K值表
降低冲裁力的途径如下：
1）设计斜刃口模具。落料刃口在凹模，冲孔刃口在凸模。可降低冲裁力30%～70%。
2）多凸模冲裁，设计高度不等的凸模时，避免冲裁力的顶峰值同时出现。(www.xing528.com)
3）个别材料热冲裁，降低抗剪强度，如LC9CS、LC4CS等。
6.卸料力、推料力和顶件力的计算
1）卸料力是指卸下套在凸模上的材料所需的力。按下式计算Px=KxP
式中 Px——卸料力（N）；
Kx——系数，见表1-16；
P——冲裁力（N）。
表1-16 卸料力系数Kx参考值
2）推料力是指顺冲裁方向推出卡在凹模内的板料所需的力。顶件力是逆冲裁方向顶出卡在凹槽内的板料所需的力。计算公式如下PT=nKtP PD=KdP
式中 PT——推料力（N）；
PD——顶件力（N）；
n——卡在凹槽内的板料个数；
Kt，Kd——系数，见表1-17；
P——冲裁力（N）。
1-17Kt、Kd参考值
7.冲裁间隙
冲裁时，凹、凸模配合的工作尺寸之差称为冲裁间隙。其数值的量级、分布均匀性，直接影响冲裁件的断面质量、精度、冲裁力大小和模具寿命。
（1）分类 介绍一种实用的间隙分类方法，见表1-18。
表1-18 冲裁间隙分类
（2）间隙值确定 冲裁的凹凸模，工作尺寸名义值相同。落料时，减小凸模工作尺寸得到间隙；冲孔时，增大凹模工作尺寸得到间隙。计算间隙值的方法繁多，列出经验公式作参考
c＝mt
式中 c——双面间隙值（mm）；
m——系数，见表1-19，以料厚的百分数表示；
t——材料厚度（mm）。
表1-19 系数m值
8.冲裁模形式及适用范围
冲裁模的形式及适用范围见表1-20。
表1-20 冲裁模形式及适用范围
（续）
（续）
（续）
（续）
（续）
激光切割是利用激光器做热源的一种无接触切割技术（表1-21）。
表1-21 激光切割简介
电火花线切割（简称线切割）是把工件和电极丝（钼丝、铜丝）各当做电极，并保持适当距离，施加足够电压后，形成火花隙，对工件进行电蚀切割的加工方法（表1-22）。切除的材料被工作液冲走。
表1-22 线切割简介
带缺口的坯料，变形时发生应力集中，从而引起脆性（疲劳）破坏，冷折下料就是利用这一现象，先在坯料需要折断的地方开缺口，然后在压力作用下将坯料折断。
冷折下料一般在压力机上进行，工艺方法、装置简单，几乎没有断口损耗，特别适用大截面轧材下料（不太适用于管材、型材下料），主要用于未经退火的，中、高碳钢以及中、高合金钢材料，如45、40Cr、GCr15等，不适用于软金属材料，因其不易折断并会出现毛刺，低碳钢冷折下料时预热到250～300℃的蓝脆区。
开缺口可以用锯切、切削、气割等。电火花切割的缺口质量最好，缺口尺寸h、b、r应适当（图1-21），才能获得令人满意的断口质量，缺口深度h越大、圆角r半径越小，则应力集中越大，有助于冷折断裂。缺口宽度b可在3～8mm内选定，r、h按经验确定。
图1-21 冷折下料切割缺口示意
针对管料、型材下料，基于疲劳断裂机理，利用变频振动和在管料、型材表面V形槽的应力集中效应，通过变频器改变偏心块的旋转速度，控制在不同下料阶段的位移、振幅与激振力，实现管料、型材的精密下料。变频振动精密下料基本原理如图1-22所示，它避免了传统下料方式坯料浪费严重、噪声大、污染大的缺点。
图1-22 变频振动精密下料基本原理图
典型零件工艺流程见表1-23。
表1-23 典型零件工艺流程 （单位：mm）
（续）
航空航天钣金冲压工艺准备工作主要有：航空航天钣金冲压件工艺性评估、钣金生产车间工艺布置、技术改造及技术攻关项目确定、工艺装备选择原则及钣金零件互换协调方案制订、工艺评审等。
1.钣金零件的工艺性评估
零件的工艺性是指在给定的质量指标值和当前的制造、使用条件下保证劳动、设备、材料和工时费用最合理的特性的总和。
工艺性评估又称为工艺性审查，是在企业现有制造资源、使用要求、制造成本的约束条件下，对产品的制造可行性和经济性进行评价，避免难以制造或无法制造的情况，以便及时改进设计，降低产品成本，提高产品质量，缩短生产周期。
（1）钣金零件的工艺性 钣金零件的工艺性包括：零件形状和尺寸应该在材料允许变形量的范围之内；零件弯曲半径应该大于板材的最小弯曲半径；零件最小厚度应大于成形方法允许的厚度；各种工艺方法的零件成形系数应在极限范围之内。除此之外，零件结构要素和技术要求应有利于工艺方法的实现；尺寸公差和表面粗糙度应取值合理；弯边高度应大于工艺方法所允许的最小弯边高度；各种下陷、斜角、圆角和孔应尽量标准化、规格化；孔的间距、排距和边距应符合相关工艺规范等。
其次，从零件的可生产性来考虑，主要包括加工设备、检测手段及厂房设施的生产能力能否满足要求等。
飞机钣金零件具有品种项数多、所用材料种类多、成形方法多、工装品种多、结构复杂等特点，其工艺性评估涉及大量的知识，分散在企业的标准、规范、手册和经验中。长期以来，飞机钣金零件的成形性分析，高度依赖于领域专家的经验和试模。近年来，有限元数值模拟逐渐成为设计者检验和优化设计的一种有力工具。但结构工艺性分析仍然高度依赖专家经验，钣金零件及其模具的制造成本审查同样高度依赖专家经验和企业以往的制造成本事例。
（2）钣金零件工艺性评估的内容 飞机钣金零件工艺性审查过程是一个分布在不同部门的设计人员和工艺人员协作的过程。零件工艺性是企业现有制造资源、零件质量、制造成本共同要求的零件结构特性总和。按照这三个方面的约束条件，零件工艺性可划分为可加工性、可成形性和易加工性三方面内容。
要实现定量计算和定性分析，还需要把工艺性评估内容进一步分解为评估指标，即将零件的材料、形状、尺寸等结构特性拆分为衡量零件工艺性的具体指标（表1-24）。
表1-24 飞机钣金零件工艺性评估具体指标
1）可加工性。分析钣金零件可用的成形方法及可选机床设备，零件形状尺寸是否在成形设备所能加工的尺寸范围之内，零件所需的成形力是否在成形设备的吨位范围以内，以确定零件在企业现有生产能力内是否能够加工。
2）可成形性。分析计算零件成形极限，单参数成形极限评估是针对钣金零件材料和所选用的成形工艺，以及各个结构要素尺寸和成形系数是否在极限范围（如最小弯曲半径、极限拉形系数等）之内；多参数成形极限是评估零件变形区主应变是否在成形极限图（Forming Limit Diagrams，FLD）安全区内，以使零件在该成形工艺下可成形而不产生缺陷，保证成形质量。
3）易加工性。分析零件结构形式是否规范，结构要素（弯边、下陷、加强槽、减轻孔等）是否符合标准要求，以使零件的制造成本最低。
零件工艺性评估指标的具体值对于不同类型的零件存在较大的差异，如框肋类零件的机床可加工性评估需评价零件的长度、宽度、高度、成形压力的工艺合理性。针对具体类型的零件，可以将工艺性评估指标进一步分解，以框肋类零件为例，工艺性评估指标的分解见表1-25。
表1-25 框肋类零件工艺性审查指标分解
建立工艺性评估指标是为了明确地评价零件的工艺合理性，对零件是否可成形及成形的经济性作出判断。可加工性评估指标和可成形性评估指标全部满足的零件才可以顺利成形，易加工性评估指标主要影响零件加工的经济性，易加工性好则经济性好。
2.成形工艺方案选择
钣金零件的成形方案繁多，制造同一种钣金件可以使用多种方法成形，因此，必须根据零件的生产数量对工艺方案进行经济比较后加以选择。
好的成形工艺方案既要达到零件的质量标准要求，又要达到既定的质量水平所需的低成本。
一般选择成形工艺方案的原则：
1）首先要满足零件所需的质量和交付期要求。
2）按此工艺方案选定的工艺装备，都应满足零件生产的所需寿命。
3）经济上合理，劳动生产率高，加工成本低，生产周期短。
4）要充分利用工厂现有条件、人员、设备情况，确保生产的安全性与环保的可行性。
5）在实现基本目标的前提下，还应注意技术的先进性，可发展性。
3.工艺方案经济性评价
从技术经济角度评价工艺方案，就是比较所采用不同的工艺方案的费用与产量的关系，找出决策点。
评价零件工艺方案用零件的年度工艺成本表示。
工艺成本由不变费用和可变费用组成，即CN=E+W=E+DN
式中 CN——工艺成本；
E——年度不变费用，包括生产准备费用、工装费用、设备折旧费、管理费；
W——年度可变费用，材料费，工人工资；
D——单件零件可变费用；
N——零件生产量。
4.评价工艺方案步骤
（1）建立各自工艺方案的CN-N关系曲线（图1-23）
（2）计算决策点 只考虑与工艺过程有关的费用，对不同工艺方案都需发生相同的费用，可不列入工艺成本。E1+D1N0=E2+D2N0
——决策点
当N＜N0（即小批量）时，CN1＜CN2，说明方案1的工艺成本低，选1方案。
当N＞N0（即大批量）时，CN1＞CN2，选2方案。
工艺方案的选择主要考虑批量。
（3）举例 以同向多弯边零件为例，如图1-24所示。
零件材料牌号：2A12-O-δ1.2。
热处理方式：淬火、自然时效。
图1-23 工艺方案技术经济评价图
图1-24 同向多弯边钣金零件结构示意图
表1-26 同向多弯边钣金零件的工艺方案列表
1）年度不变费用E（每年按3批投产，三年折旧系数，小时单价8.6元/h）。E=年投产次×准备工时×准备工时单价+1/折旧系数（设备费用）EA=3×15/60×8.6+1/3（0）=6.45EB=3×100/60×8.6+1/3（600）=243EC=3×90/60×8.6+1/3（2000）=705.37
2）年度工艺成本C。C=E+DN（D为单件零件可变费用，N为零件年产量）CA=EA+N×（90/60）×8.6=6.45+N×12.9CB=EB+N×（60/60）×8.6=243+N×8.6CC=EC+N×（30/60）×8.6=705.37+N×4.3
3）CN-N关系曲线（图1-25）。
4）经济性评价。N0=（EB-EA）/（DA-DB）=（243-6.45）/（12.9-8.6）件=51.42件N1=（EC-EA）/（DA-DC）=（705.37-6.45）/（12.9-4.3）件=81.27件N2=（EC-EB）/（DB-DC）=（705.37-243）/（8.6-4.3）件=107.5件
5）当N＜N0（小批量）即年产量小于52件时，方案A手工成形的工艺成本最低，方案B闸压成形的工艺成本较低，方案C橡皮成形的工艺成本最高。优先选用方案A。
6）当N0＜N＜N1（中批量），即年产量在52～82件之间时，方案B闸压成形的工艺成本最低，方案A手工成形的工艺成本较低，方案C橡皮成形的工艺成本最高。优先选用方案B。
图1-25 同向多弯边零件工艺方案技术经济评价图
7）当N1＜N＜N2（中批量），即年产量在82～108件之间时，方案B闸压成形的工艺成本最低，方案C橡皮成形的工艺成本较低，方案A手工成形的工艺成本最高。优先选用方案B。
8）当N＞N2（大批量）即年产量大于108件时，方案C橡皮成形的工艺成本最低，方案B闸压成形工艺成本较低，方案A手工成形的工艺成本最高。优先选用方案C。
1.概述
车间生产劳动量是确定工艺布置的主要依据，同时也是确定车间人员、面积的主要依据。通常钣金生产车间由不同的钣金加工设备组成，其中每一台设备生产一定种类的工件，每台设备的选择主要由工件的尺寸、形状和成形技术及生产量来确定。钣金生产工艺中传统上将同类型设备集中在一起布置，目前管理先进企业是依据产品工艺流程满足精益制造思想，按单元生产布置。
传统工艺布置，能在短期内迅速提高工人的熟练程度，但存在着大量搬运作业或为减少搬运次数增加大量在制品，单元生产布置是在生产线内的机器设备、作业台面等按照工艺流程布局，并且设置合理的间距，布局的原则是逆时针排布，出、入口一致。与传统不同的是工人需巡回作业，即工人随工件一起移动，做完一道工序立即转入下一道工序操作，显然需要对工人进行多能化培训。它的优点是最大限度地减少搬运工作量，减少在制品，避免错混料，实现生产线平衡。
2.工艺布置的主要内容
飞机钣金车间工艺布置的主要内容见表1-27。
表1-27 飞机钣金车间工艺布置的主要内容
3.工艺布置的注意事项
飞机钣金车间工艺布置的注意事项见表1-28。
表1-28 飞机钣金车间工艺布置的注意事项
1.技术改造
航空钣金工艺的技术改造，是在科学技术进步的基础上，通过革新生产工艺，更新生产设备，并相应地改进管理办法，培训生产人员，提高工艺技术水平，满足新产品的加工需要，以不断增加综合经济技术效益。
目前，航空钣金工艺技术的落后状况，远远不能适应产品的更新换代、转包生产和外来加工的需要。在优先改造常规技术的同时，为满足民用飞机生产的急需，有必要引进国内短期无法解决、经济上比国内研制便宜，又可立即取得经济效益的钣金零件大型加工设备。
2.技术攻关
技术攻关包含两个方面：先进钣金技术的应用研究和生产中关键零件的成形试验。
技术攻关项目都应针对具体工艺技术问题，按照工厂的有关规定，进行立项论证和技术经济效果分析，制订切实可行的实施方案，提供必要的资金。攻关任务完成，并经组织鉴定验收后方可用于生产。
新工艺、新技术研究试验成果的工程化，贯穿于攻关项目的实施过程，其结束形式应提供完整的工艺方法、操作规程、生产说明书、相应的设备、工艺装备、工具、测试手段、检验方法和标准、操作人员的培训以及专用材料的货源等。
1.制订工艺装备选择原则
（1）工艺装备选择依据 工艺装备的选择工作是工艺总方案的具体实施过程，是保证产品质量的重要因素，因此必须考虑以下几个因素：
1）产品订货合同中规定的任务内容，包括生产量、订货数量、质量要求、生产周期以及各项技术性能指标和要求。
2）产品的基本结构、工艺特点、工艺性和经济性。
3）工厂现有的技术准备工作能力（人员和设备状态，工艺装备设计、制造能力）。
4）工艺装备控制数。
（2）钣金冲压工艺装备的选择 钣金冲压工艺装备主要有：型胎、模胎、落锤模、拉深模、拉弯模、检验模，以及各种型材、板材的弯曲、下料、缺口、冲孔、压延冲模等。在保证质量的前提下，试制批尽量选用通用模具制造零件。对下列情形者，在研制批选择工艺装备：
1）双曲率或形状复杂的零件，应选用模胎。
2）厚度大、曲率大的型材，应选用拉弯模。
3）零件外形精度高、装配协调要求高的复杂件，应选用检验模。
4）凡在液压机上成形的平面零件及形状复杂的零件，应分别选用型胎及弯曲模。
5）空心件及形状复杂的杯形件，选用拉深模。
6）通用模具加工不了的缺口、下陷等，应选用各种冲模。
7）截面形状复杂的型材可选用专用滚轮。
（3）注意事项
1）全面考虑工艺装备的制造周期、经济成本、使用寿命。
2）工艺装备和样板要一次提出，分批制造。并注明按生产需要提供使用的先后次序。
3）大型复杂的工艺装备，要拟定专门的设计技术条件。
4）零件生产各个阶段提供工艺装备应保持其继承性。
2.制订钣金零件互换协调方案
互换指批生产中，同一种零件之间，在尺寸和形状方面的一致性。协调指相配合的两种零件在尺寸和形状方面的一致性。由于航空航天钣金冲压件尺寸大、材料薄、零件刚度小，如像普通机械加工行业靠零件自身制造精度装配是难以满足设计技术要求的，只有使用数量足够多的配套工装方能保证装配要求。工艺装备不仅是制造钣金零件的手段，也是保证产品装配协调和互换的依据。
（1）协调路线 在航空航天钣金冲压件的制造过程中，保证零件与工艺装备尺寸和形状相互协调的传递路线，称为协调路线。在传递过程中，每个环节误差的积累，构成了零件的制造误差与协调误差。因此应尽量缩短协调路线，使协调过程合理，以便减少工艺装备制造过程中的累积误差，尽可能使有相互协调关系的工艺装备的误差趋于一致，以利于两者的协调。
（2）协调方案编制原则
1）在具备一定的物质、技术条件下，尽量采用数值量传递法。
2）采用模拟量传递法时，要根据产品特点、生产批量及钣金零件的复杂程度选择不同的协调方案。如大中型飞机采用模线样板-表面标准样件工作法；小型飞机可采用模线样板-标准样件工作法；座舱、进气道、整流罩、发动机短舱、翼根等双曲度钣金零件应采用表面标准样件工作法；而对单曲度钣金零件，则应采用模线样板工作法。
3）综合应用法，即模拟量工作法与数值量传递法的综合应用。如对双曲度蒙皮模胎按数值量制造，对应的长桁、框缘零件工艺装备按蒙皮模胎翻制。
（3）协调方案编制内容
1）协调零件、组合件、部件的结构简图。
2）协调路线及要求。
3）标准工艺装备及技术条件。
4）移形工艺装备目录及技术条件。
5）生产工艺装备。
工艺评审是对工艺设计所做的正式、全面和系统的审查，并把审查的结果形成文件。其目的主要是评价工艺设计满足产品设计要求的能力及其合理性与经济性、可生产性与可检验性，找出问题，提出建议。
1.工艺评审依据
产品设计资料、研制任务书和合同、有关的法规、标准、规范、技术管理文件和质量体系文件，以及上一阶段的评审结论报告。
2.工艺评审范围
互换协调方案，专用工艺规程，使用新材料、新工艺、新技术、新设备的工艺文件及关键工序的制造计划。
3.互换、协调方案评审内容
互换、协调方案的正确性和可行性。
4.专用工艺规程评审内容
产品制造过程的工艺流程、工艺参数和工艺控制要求的正确性、合理性、可行性。
1）对资源、环境的控制措施的可行性、有效性。
2）文件的完整、正确、统一、协调性。
3）对操作者、检验人员的资格要求及培训。
4）对多余物不易排除的结构是否有多余物预防和控制措施。
5）文件及其更改是否严格履行审批程序，更改是否经过充分试验、验证。
5.使用新材料、新工艺、新技术、新设备的工艺文件评审内容
1）采用新工艺、新技术的必要性和可行性，新材料加工方法的可行性，以及选用新设备的适应性。
2）采用新工艺、新技术、新设备是否经过鉴定合格，有合格证明。
3）新材料、新工艺、新技术、新设备采用前，是否经过检测、试验、验证，表明符合规定要求，有完整的原始记录。
4）是否有采用新材料、新工艺、新技术、新设备的措施计划和质量控制要求。
5）对操作人员、检验人员资格的控制要求。
6.关键工序的制造计划评审内容
1）关键工序确定的正确性及关键工序目录的完整性。
2）关键件、重要件、关键工序的制造计划是否有明显的标识，以及质量控制点的合理性。
3）关键件、重要件、关键工序的工艺流程和方法以及质量控制要求的合理性、可行性。
4）关键工序技术难点攻关措施的可行性、有效性。
5）关键件、重要件、关键工序的制造计划编制、更改是否经过验证并严格履行审批程序。
6）关键件、重要件、关键工序的控制是否符合文件的规定。
1.工艺设计的依据
工艺设计是在对冲压件进行工艺分析的基础上，拟定出几套可能的冲压成形工艺方案，通过对所列方案进行经济技术分析、必要的工艺计算，从企业现有的资源、生产技术条件出发，确定出经济上合理、技术上可行、质量上保证、生产周期可满足的最佳工艺方案，并以工艺文件形式固定下来。
1）产品设计图样或三维数模，设计技术条件、国标企标、工艺规范等。
2）工艺总方案、装配协调方案等。
3）制造能力。
4）零件交付技术状态（MPR）。
5）制造大纲（FO）编制的规定。
6）工装指令（TO）编制的规定。
7）零部件互换与替换检查规定。
8）供应商产品交付规范书（SPS）管理规定。
9）质量和适航有关要求。
10）搬运、储存、包装、防护和交付的通用要求或厂际项目的交付和运输的通用要求。
2.工艺设计的内容
1）制造大纲（FO），对数控加工的坯料或零件要同步完成数控编程。
2）工装指令（TO）。
3）确定坯料供应状态。
4）需提出生产技术攻关项目。
5）提出制造工序间的协调状态表，如与热处理工序、表面处理工序及其他协作工序的协调状态要求。
3.并行工程中零件制造工艺设计步骤
1）确定零件制造工艺方法，对平面带弯边的框、肋类零件，要求工程数据上给出零件展开数模，并明确销钉孔的位置（一般为两个）。化学铣切零件的展开数模（含与化铣零件相互定位的定位孔）由工程数模同时给出。
2）选择工艺装备，编制工装申请单（TO）和工装设计技术要求。
3）确定坯料尺寸及坯料供应状态。
4）按需提出与热处理工序、表面处理工序及其他协作工序生产单位的交接状态表。
5）编制制造指令（FO），合理安排切削加工或成形工序、热处理工序、表面处理工序和检验工序。对数控加工的坯料或零件同时完成数控编程，工程数模上要给出统一的加工基准。
6）热处理和表面处理的工艺卡片或典型工艺规程也要同时完成编制工作。
7）针对零件制造技术的难点提出具体产品图号的生产技术攻关项目。
冲压技术的发展始于汽车的工业化生产。20世纪初，美国福特汽车的工业化生产大大推动了冲压技术的研究和发展，主要关注冲压件的破裂、起皱及成形方法的创新。分析工具是经典的塑性力学理论，能求解的问题十分有限。20世纪60年代是冲压技术发展的重要时期，各种新技术相继出现，尤其是成形极限图（fld）的提出，使板材性能、成形理论、成形工艺研究有了跨越式的发展。随80年代有限元方法及计算机辅助设计及制造（CAD/CAM）的长期发展，使90年代的数值模拟仿真为中心的计算机应用技术在冲压领域迅速实用化。
计算机辅助过程分析仿真（CAE）是20世纪后期对于金属成形最具重大意义的技术进步之一，其核心是有限元分析技术，以有限元法为基础的冲压成形过程中计算机仿真技术或数值模拟技术，为冲压模具设计、冲压过程设计与工艺参数优化提供了科学的新途径，将是解决复杂冲压过程设计和模具设计的有效手段。
数值模拟技术的发展趋势主要体现在进一步提高摸拟计算的精度和速度，重点是回弹精确的预算；加强基础试验研究，确定材料性能结构关系、摩擦状态、缺陷判断等数据来源的试验，其真实性、准确性是限制模拟分析精度的重要因素；发展知识库工程（KBE），将专家系统（ES）、人工智能技术（AI）与有限元模拟软件相结合，实现智能化初始工作，减少对工艺专家的依赖。
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