先進(jìn)制造技術(shù)在航空業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展

梁偉王先

（桂林航天工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，廣西 桂林541004）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空制造業(yè)也發(fā)生了巨大的變化。為滿足現(xiàn)代航空業(yè)發(fā)展的需求，先進(jìn)制造技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

1 數(shù)控加工技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和運(yùn)用，飛機(jī)制造業(yè)中廣泛采用CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)和DNC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)加工數(shù)控化，達(dá)到數(shù)控加工高效率，建立了柔性生產(chǎn)線并發(fā)展了高速切削加工技術(shù)。

1.1 實(shí)現(xiàn)了高效數(shù)控加工

西方發(fā)達(dá)國(guó)家在航空制造業(yè)中數(shù)控機(jī)床占的比例高達(dá)50%～80%左右，波音、麥道、空中客車等飛機(jī)制造公司都配置了大量的大型、多坐標(biāo)數(shù)控銑和加工中心及與之相關(guān)的配套設(shè)備等，基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)控加工的高效率化。

1.2 廣泛應(yīng)用CNC技術(shù)

進(jìn)入2l世紀(jì)，CNC技術(shù)已普遍應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。如波音、空中客車、麥道等公司都在生產(chǎn)制造線建立了CNC系統(tǒng)，連接分布在若干不同車間中的上百臺(tái)數(shù)控設(shè)備，包括加工中心、大型銑床、數(shù)控測(cè)量機(jī)。采用CNC技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，可提高20%～25%的生產(chǎn)效率。

1.3 廣泛應(yīng)用先進(jìn)的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)

廣泛應(yīng)用CAD，CAPP/CAPP/CAM自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造應(yīng)用軟件以及DFx等并行工程，并有足夠的工藝知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、各種規(guī)范化的技術(shù)資料作為使能工具。因而設(shè)計(jì)與工藝手段先進(jìn)，工藝精良，NC加工程序優(yōu)質(zhì)，縮短了工藝準(zhǔn)備周期，提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率，大大縮短了零件生產(chǎn)周期。

2 復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)

復(fù)合材料主要是指樹脂基復(fù)合材料、先進(jìn)聚合物基復(fù)合材料等，它本身具備了較高的比強(qiáng)度、比模量，抗疲勞、耐腐蝕、成形工藝性好及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅(qū)的四大結(jié)構(gòu)材料之一。復(fù)合材料將成為21世紀(jì)航空制造技術(shù)新材料發(fā)展的主流方向之一。

2.1 應(yīng)用熱壓罐制造技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)普遍地應(yīng)用于復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)，熱壓罐/VARTM組合成型新工藝是樹脂基復(fù)合材料成型工藝的一個(gè)新發(fā)展，特別適用于平面、立體織物增強(qiáng)高粘度樹脂基復(fù)合材料的液體注射成型、航空、航天等先進(jìn)復(fù)合材料制造領(lǐng)域。

2.2 應(yīng)用縫合(RTM，RFI)復(fù)合材料技術(shù)

采用縫合復(fù)合材料可以提高復(fù)合材料制件的力學(xué)性能，從而進(jìn)一步提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效率，降低結(jié)構(gòu)重量?？p合技術(shù)還可以將兩個(gè)或多個(gè)零件的增加織物疊層縫合在一起，制成大型整體結(jié)構(gòu)預(yù)制件，從而滿足新型制件的要求。

2.3 應(yīng)用膠接結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

膠接技術(shù)可用于連接不同材料、不同厚度、二層或多層結(jié)構(gòu)。主要包括金屬膠接結(jié)構(gòu)制造技術(shù)、蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)技術(shù)和金屬?gòu)?fù)合層板膠接技術(shù)。

金屬膠接結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大面積連接而減少(或取消)緊固件，具有比強(qiáng)度、比剛度高、結(jié)構(gòu)重量輕、疲勞壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，特別是次承力結(jié)構(gòu)上。至今，膠接結(jié)構(gòu)已成為飛機(jī)機(jī)體的重要結(jié)構(gòu)形式。

金屬蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)是由兩片薄表層材料，中間用輕質(zhì)芯子隔開組合而成的結(jié)構(gòu)形式。夾層結(jié)構(gòu)件質(zhì)輕，強(qiáng)度和剛度高，吸音，絕熱，廣泛用于航空，建筑，造船等工業(yè)。夾層結(jié)構(gòu)件的外皮通常選用金屬薄板，芯子為蜂窩結(jié)構(gòu)件或低密度塑料，采用膠接技術(shù)制造并組裝成夾層結(jié)構(gòu)件。目前，金屬蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)已被大量地應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，其比重能比鉚接結(jié)構(gòu)減輕25%左右。

金屬?gòu)?fù)合層板膠接技術(shù)是利用膠接技術(shù)將各向同性的鋁合金(含鋁鋰合金)薄板與各向異性的纖維復(fù)合材料結(jié)合起來的新型結(jié)構(gòu)材料——纖維鋁合金復(fù)合層板膠接結(jié)構(gòu)，基于芳綸纖維的復(fù)合層板稱為ARALL結(jié)構(gòu)，基于玻璃纖維的復(fù)合層板稱為GLARE結(jié)構(gòu)。ARALL層板的芳綸纖維抗壓性能差，在循環(huán)壓應(yīng)力作用下容易斷裂，因此，ARALL層板只能用做機(jī)翼下蒙皮，而不適合用做機(jī)身蒙皮。GLARE層板結(jié)構(gòu)不存在這個(gè)問題。

3 自動(dòng)化連接技術(shù)

飛機(jī)結(jié)構(gòu)所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應(yīng)力集中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)機(jī)體疲勞失效事故的70%起因于結(jié)構(gòu)連接部位，其中80%的疲勞裂紋發(fā)生于連接孔處，因此，連接質(zhì)量極大地影響著飛機(jī)的壽命?，F(xiàn)代飛機(jī)的制造中大量地采用了先進(jìn)的自動(dòng)化連接技術(shù)，大大提高了飛機(jī)的使用壽命和安全可靠性。

3.1 應(yīng)用自動(dòng)化焊接技術(shù)

新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的有機(jī)結(jié)合，使得焊接技術(shù)成為了航空制造領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)之一，它的進(jìn)步與發(fā)展不僅能減輕飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，而且還為其計(jì)新構(gòu)思提供技術(shù)支持，促進(jìn)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高。焊接結(jié)構(gòu)件在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零部件總數(shù)中所占比例已超過50%，焊接的工作量已占發(fā)動(dòng)機(jī)制造總工時(shí)的10%左右。采用由計(jì)算機(jī)控制的焊接設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備，可以改變工藝可變性控制，提高焊接速度和焊接質(zhì)量，降低焊接機(jī)構(gòu)的成本。

3.2 應(yīng)用自動(dòng)化鉆鉚技術(shù)

隨著現(xiàn)代飛機(jī)的安全使用壽命要求日益增長(zhǎng)，手工鉚接難以保證壽命要求，必須采用自動(dòng)鉆鉚裝配設(shè)備實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量的連接。有中小型鉆鉚機(jī)、大型自動(dòng)鉆鉚機(jī)、安裝特種緊固件的鉆鉚機(jī)和微型自動(dòng)鉆鉚機(jī)等。自動(dòng)鉆鉚機(jī)與托架系統(tǒng)相配套，能提高效率。對(duì)尺寸較大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，尤其是雙曲度的飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼壁板進(jìn)行自動(dòng)鉆鉚，配備全自動(dòng)托架系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)定位和調(diào)平，而對(duì)于外形較平直的中小結(jié)構(gòu)的擘板大多配置手動(dòng)、半自動(dòng)托架系統(tǒng)。

3.3 應(yīng)用自動(dòng)化裝配技術(shù)

發(fā)達(dá)國(guó)家的飛機(jī)連接裝配已由單臺(tái)數(shù)控自動(dòng)鉆鉚機(jī)的配置，向由多臺(tái)數(shù)控自動(dòng)鉆鉚機(jī)、托架系統(tǒng)配置或由自動(dòng)鉆鉚設(shè)備和帶視覺系統(tǒng)的機(jī)器人、大型龍門機(jī)器人、專用柔性工藝裝備及坐標(biāo)測(cè)最機(jī)等多種設(shè)備、不同配置組成的柔性自動(dòng)裝配系統(tǒng)發(fā)展。柔性自動(dòng)鉆鉚、裝配系統(tǒng)使生產(chǎn)效率大大提高，費(fèi)用降低，廢品率降低。

3.4 應(yīng)用機(jī)械手和機(jī)器人

采用自動(dòng)機(jī)器人裝配系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)不開敞、難加工部位的裝配。工業(yè)機(jī)械手—機(jī)器人作為柔性裝配系統(tǒng)中一個(gè)不可分割的部分，能有效提高裝配效率和裝配質(zhì)量，降低裝配成本。

4 高精密鈑金成形技術(shù)

該技術(shù)是將金屬板料、型材、管材等半成品，利用材料的可塑性，在不產(chǎn)生切削的情況下制成各種薄壁零件的加工技術(shù)。常用的方法有橡皮囊液壓成形、數(shù)控蒙拉、型拉、滾彎成形技術(shù)、超塑成形，擴(kuò)散連接技術(shù)及沖擊成形技術(shù)等。該技術(shù)的特點(diǎn)：蒙皮厚、筋條高、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化、整體集成度大、結(jié)構(gòu)剛度大和難以成形。

5 結(jié)束語

近年來，先進(jìn)制造技術(shù)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，使得我國(guó)航空制造技術(shù)得以快速發(fā)展，并達(dá)到了很高的應(yīng)用水平。

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