現(xiàn)代航空制造中材料技術(shù)工藝的應(yīng)用分析
1.現(xiàn)代航空制造業(yè)對材料的應(yīng)用
目前航空裝備向著輕量化方向發(fā)展,即材料必需具有高強度要求下材料要盡量輕。這與宇航工業(yè)和產(chǎn)品的工作環(huán)境與產(chǎn)品完成的各種任務(wù)要求有關(guān)。這樣我們就會大量應(yīng)用強度高、重量輕的材料,如鈦合金材料,碳纖維。由于飛行器高速飛行產(chǎn)生大量的熱,這就需要各種耐熱材料,如耐熱涂料、金屬陶瓷等。為了延長取得航空器滯空時間,取得更好戰(zhàn)術(shù)效果,提高能效比,需對未來超導(dǎo)材料、石墨烯材料、隱身材料進(jìn)行研究和應(yīng)用。另外,電子設(shè)備上使用納米級大規(guī)模積成電路及相關(guān)電子產(chǎn)品,以提高處理信息的效率;用機(jī)載探測設(shè)備探測距離。
2.現(xiàn)代航空制造業(yè)對機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用
目前我國工業(yè)機(jī)器人主要是滿足國內(nèi)市場,而且主要應(yīng)用于汽車行業(yè),包括焊接、檢測、搬運、研磨拋光和裝配等復(fù)雜業(yè)作業(yè),在其他領(lǐng)域仍有發(fā)展的空間和市場前景。我們可以抓住《中國2025規(guī)劃》和國家“十三五”規(guī)劃中對工業(yè)機(jī)器人和航空制造業(yè)支持。結(jié)合各自的特點在航空制造業(yè)中對發(fā)展機(jī)器人技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù),使其在制造、航空器裝配上發(fā)揮機(jī)器人技術(shù)優(yōu)點,提高航空產(chǎn)品質(zhì)量和效率。
3.現(xiàn)代航空制造業(yè)對高速加工技術(shù)的應(yīng)用
高速切削技術(shù)具有加工效率高、切削負(fù)荷低、傳入工件的切削熱少及加工變形小等顯著優(yōu)點,20世紀(jì)90年代中期已成功應(yīng)用于航空制造業(yè),并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中有很多薄壁件及難加工材料,在加工中極易產(chǎn)生變形。航空零件復(fù)雜,其加工余量大,結(jié)構(gòu)件尺寸精度和表面粗糙度質(zhì)量要求較高,高速切削加工飛機(jī)薄壁零件有助于降低切削力,減小切削變形,提高加工精度和加工效率。高速切削時切屑排出速度快,切屑可帶走大部分切削熱,使散熱效率提高,減小工件表面的切削熱。
4.現(xiàn)代航空產(chǎn)品的3D打印技術(shù)的應(yīng)用
3D打印技術(shù)實屬于增材制造技術(shù),它以低成本和短周期的特性,能滿足制造中超大、超厚和復(fù)雜型腔等特殊結(jié)構(gòu)及極其復(fù)雜外形的中小型零件的加工需要,已經(jīng)成為現(xiàn)代航空航天等產(chǎn)品制造工藝先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。
鈦合金、高溫合金和超高強度鋼等大型復(fù)雜整體高性能金屬結(jié)構(gòu)件的激光(電子束)快速成型技術(shù),以金屬粉末為原料,通過激光熔化堆積,從零件數(shù)模直接完成全致密和整體復(fù)雜的高性能金屬零件近凈成型。與傳統(tǒng)鍛造技術(shù)相比,具有無需鍛造設(shè)備及鍛造模具,材料利用率高、周期短、成本低、柔性高及相應(yīng)快等特點,該技術(shù)在飛機(jī)、發(fā)動機(jī)等的研制中有著重要的應(yīng)用前景。
美國RLM工業(yè)公司利用3D打印技術(shù)制造“愛國者”防空系統(tǒng)齒輪組件,其制造成本由原來傳統(tǒng)工藝的2~4萬元減低到1250美元。通用電氣公司采用3D打印技術(shù)制造發(fā)動機(jī)鈦合金零件,使每臺發(fā)動機(jī)成本節(jié)省了2.5萬美元。
葉盤是發(fā)動機(jī)中的重要部件,整體葉盤將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和輪盤形成一體,可以簡化結(jié)構(gòu),減輕質(zhì)量,并可以提高氣動性能。貴陽黎陽航空動力有限公司采用激光快速成型工藝,成功研制出了符合性能要求的鈦合金整體葉盤。
3.大長徑比、難加工材料薄壁殼體類零件自動化智能化制造的解決方案
我公司加工部分難加工零件大長徑比L/D>10~15,直徑80~120壁厚1~15mm薄壁殼體類。材料為不銹鋼、鋁合金、鈦材料和高強度鋼材質(zhì),加工部位為筒狀零件的外圓面和內(nèi)表面,加工內(nèi)容是在薄壁殼體外圓上開孔、加工窗口、攻螺紋及孔內(nèi)壁反拉孔等內(nèi)容,主要使用設(shè)備為數(shù)控車、數(shù)控銑、線切割等設(shè)備。
該類零件加工的難點主要有三點:①加工材料特殊多為難加工材料刀具切削效率低、刀具壽命差,極易影響產(chǎn)品尺寸的一致性和外觀質(zhì)量。②大長徑比L/D>10~15、直徑80~120mm、壁厚1~15mm的薄壁殼體類零件加工中零件容易變形,裝夾測量困難。③零件加工部位幾何尺寸及形狀和加工要素相互之間,位置公差要求較嚴(yán)。