先进制造技术在航空领域中的应用

现代飞机和发动机正朝着高性能、轻重量、长寿命、高可靠、舒适性以及降低制造成本的方向发展。文章从先进制造技术的涵义和特点入手，阐述了先进制造技术在国外航空工业的应用，及在中国航空企业中实施的现状。

    近十几年来，为了适应国防建设和国民经济发展的需要，新一代飞行器的不断问世，推动了各国航空制造技术的长足进步。



    一、数字化制造技术成为提升航空科技工业的重大关键制造技术



    数字化设计／制造／管理体系使传统研制技术体系发生了根本性的变化。数字化制造技术的内容包括：数字化生产线和数字化车间，增加大件、高效数控加工；对钣金、复材构件、焊接、检测等采用数字化技术手段和工艺；发展柔性工装和数字化装配定位技术，这些使得制造时间缩短66％，工装减少90％，制造成本降低50％。



    目前数字化制造技术已全面开展三维数字化设计和虚拟装配，形成了全机级和部件级的数字样机，在产品工艺设计和工装设计制造上基本都采用了数字化技术，并已开始研究数字化装配技术。



    目前我国只是把数字化技术应用到现有工作和环节中，简单地达到缩短周期和提高效率的目的，还没有体现出它是一场新技术革命，没有深入到系统内部去改变传统的设计、制造、试验和管理的模式和生产组织，尚未形成数字化生产方式。



    二、高能束流加工、特种焊接等新工艺技术得到广泛应用



    1．以高能束流加工为代表的特种加工技术在难切削材料加工，复杂构件的型腔、型面、型孔、微小孔、细微槽及缝的加工中具有明显优势，解决了常规加工方法难以解决的问题。特种加工技术主要包括激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子加工、电火花加工、电解加工、电液束加工、超声波加工、磨粒流加工和高压水射流切割等。



    2．特种焊接技术在飞机、发动机焊接结构件中的应用越来越广泛。特种焊接技术主要包括钨极惰性气体保护弧焊、活性焊剂焊接、自蔓延高温合成焊接、等离子弧焊、电子束焊、激光焊、真空钎焊、扩散焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊和真空电弧焊等。



    3．精密毛坯制造技术向接近无余量成形方向发展。主要有压气机叶片精锻、叶片无余量精密辊轧、定向凝固空心无余量精铸叶片、单晶合金精铸涡轮叶片、多联空心叶片整体铸造、双层壁冷单晶叶片(高效发散气冷单晶叶片)整铸、喷射成形涡轮盘和环形件、精密轧制高温合金和钛合金环形件、钛合金薄壁大型复杂机匣精铸及热等静压处理和高温合金整体叶盘热等静压复合成形。



    4．涂层技术对航空发动机关键零部件的抗磨损、高温防护、隔热、封严以及钛合金零件的防微动磨损、阻燃等陛能有重要作用。先进的涂层方法主要包括真空等离子喷涂、层流等离子喷涂、超音速等离子喷涂、电子束物理气相沉积、化学气相沉积和真空离子溅射。



    5．快速零件制造技术为航空发动机复杂零件的设计提供了快速方便的手段，可实现精铸复杂模具的制造，现已发展到直接快速成形零件的水平，是一种很有发展前景的工艺方法。



nextpage    三、飞机结构装配技术朝着自动化、柔性化方向发展



    1．精密柔性制孔技术



    精密柔性制孔技术在国外飞机结构中得到广泛应用和发展，包括机器人制孔系统、自动制孔系统、柔性制孔系统、并联机床柔性钻孔设备、便携式自动制孔系统(无钻孔主轴的柔性导轨小车)等。实现精密钻孔，为飞机的数字化装配打下基础。



    2．柔性装配工装单元技术



    为了降低工装成本和周期，按其工装定位夹紧的功能分解成独立的单元体–柔性工装单元，该单元具有重量轻、可移动、可重组的特点，多个柔性工装单元可通过软件系统生成柔性装配生产线，缩短组装准备时间，实现快速制造，降低制造成本。



    3．飞机梁的自动装配线与部件柔性装配技术



    ASAT是自动化大梁装配工装，它集成了电磁铆接技术和运动磁扼装配机技术，已用于B-767机翼梁的自动化装配系统。波音机翼生产线配置了最新的E5000(ASAT4)C-17第4代自动化翼梁电磁铆接装配系统。



    法国图卢兹空中客车公司飞机总装配线单元引入了”测量辅助装配”系统。在飞机总装阶段(如机身一机身或机翼一机身对接)，这种系统能解决一些与大型机体部件装配测定、定位相关的传统工艺问题。该系统包括激光或照相测量子系统、计算机辅助测量系统。这些技术的组合具有无型架装配、更快速的装配工作、减少返工和损耗等诸多优点。



    国内航空企业在装配方面已采用自动钻铆和电磁铆接技术，应用却不普遍，但柔性装配技术受到广泛关注，已有相当数量的研究项目正在实施，有望在不久的将来迅速得到推广和应用。



    四、无损检测技术正朝着数字化、可视化、非接触式快速检测方向发展



    无损检测技术是产品检测的重要手段之一，该技术的发展提高了产品检测的可靠性。由于无损检测技术所表征的产品质量反映了工艺过程的特征，因此无损检测技术的发展也促进了工艺技术的发展。



    国外超声检测技术正在大力发展自动化扫描成像检测技术，已在发动机、飞机复合材料结构检测中得到应用。TOFD检测方法主要利用声波在某些特定焊缝缺陷(如裂纹尖端)的散射信息，来获得缺陷在厚度方向上的尺寸信息，实现焊缝缺陷的定量检测。超声相控阵技术采用阵列换能器，可提高检测效率，简化扫查机构，用于复合材料和焊接结构的检测。激光超声利用激光柬入射到工件表面产生的热弹性效应，在试件内部激发出超声波，它们共同特点是非接触、远距离，可实现复杂形状构件的快速扫描检测。



    x射线检测技术基于被枪测件对透入射线的吸收量的变化，通过专用底片记录透过试件未被吸收的射线而形成黑度不同的影像来判别缺陷的存在，该技术可以有效地检测出材料结构中体积型缺陷(如气孔、疏松、夹杂等)，也可检测出裂纹、未焊透、未熔合等缺陷。



    目前用于构件检测的x射线技术主要有x射线照相检测法、数字式X射线成像检测法和CT检测法等。经过近20年的发展，超声检测技术结合飞机制造领域对无损检测技术的需求，已形成一些特色检测技术，如复合材料超声检测技术、固相焊接检测技术、胶接结构检测技术和焊缝超声检测技术等，x射线检测技术在国内得到广泛应用x射线照相检测法已用于焊缝检测和夹层结构缺陷的无损检测，数字式x射线成像检测法已用于焊缝检测。



    近年来，我国航空制造技术发展迅速，技术水平不断提升，我国航空先进制造技术必将不断创新，不断发展。

作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2023/02/6175.html

先进制造技术在航空领域中的应用

相关推荐