航空資源庫的規(guī)劃與運(yùn)用

1、航空資源庫的規(guī)劃與運(yùn)用 本文 1引言 在一架飛機(jī)中，絕大多數(shù)零件都屬于航空結(jié)構(gòu)件，其熱處理具有材料種類繁多、工藝復(fù)雜多樣、檢驗控制嚴(yán)格和多品種、小批量等特點1。因此，設(shè)計一個基于航空材料與熱處理標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的熱處理工藝資源庫，實現(xiàn)工藝設(shè)計與管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化已經(jīng)成為航空工業(yè)熱處理生產(chǎn)中迫切需要解決的問題之一1-2。 2航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫的整體規(guī)劃 2.1工藝資源庫的開發(fā)平臺SQLServer是由Microsoft開發(fā)的、目前應(yīng)用范圍最廣的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DMBS），它具有真正的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、圖形化的用戶界面，使系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的管理更加直觀、簡單。SQLSe

2、rver可以與Internet緊密結(jié)合，綜合考慮數(shù)據(jù)量、兼容性、易用性和安全性等因素，是基于網(wǎng)絡(luò)的大中型業(yè)務(wù)首選數(shù)據(jù)庫平臺.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫模式，用戶通過客戶端的瀏覽器，向Web服務(wù)器提出操作請求，Web服務(wù)器通過調(diào)用ADO組件與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)操作在后臺服務(wù)器中進(jìn)行，然后將結(jié)果反饋給Web服務(wù)器，最后再發(fā)送至客戶端、以HTML頁面形式顯示給用戶。2.2工藝資源庫的整體規(guī)劃管理的合理性顯得尤為重要。根據(jù)航空材料與熱處理工藝及質(zhì)量檢驗與控制等諸要素之間的關(guān)系，構(gòu)建了航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫，其總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。 3航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計 航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫主要包括

3、工藝規(guī)則資源庫、工藝決策資源庫、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫和工藝裝備圖片庫等4部分，每部分又分成若干個子庫。3.1工藝規(guī)則資源庫3.1.1熱處理質(zhì)量檢驗與控制規(guī)則庫熱處理質(zhì)量檢驗與控制規(guī)則庫主要是根據(jù)相關(guān)的航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)制定的，包括熱處理制件檢驗類別、化學(xué)熱處理（滲碳、碳氮共滲和滲氮等）金相組織檢驗標(biāo)準(zhǔn)和滲層深度測定方法等內(nèi)容4。以航空滲氮處理為例，熱處理質(zhì)量檢驗分成N、N、N、N共4類，檢驗的主要項目包括滲層硬度、非滲層硬度、金相組織和滲層深度等，其具體要求，如表1所示。3.1.2熱處理硬度與強(qiáng)度換算規(guī)則庫硬度和強(qiáng)度是航空結(jié)構(gòu)件的主要力學(xué)性能指標(biāo)，準(zhǔn)確地測量硬度及強(qiáng)度，是工藝設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和制定合理

4、工藝的重要手段。在航空熱處理生產(chǎn)中，有相當(dāng)一部分零件由于尺寸太大、太小、太薄或幾何形狀不規(guī)則，要想直接測量其強(qiáng)度是不現(xiàn)實的，即使通過同批零件破壞性試驗的抽查，也無法直接反映實際零件的性能。在此情況下，往往采用直接測量零件硬度，來換算成強(qiáng)度4-5。在所有力學(xué)性能測試中，硬度測試是最迅捷、簡便的。以黑色金屬為例，熱處理硬度的檢驗方法主要有四大類:洛氏硬度、布氏硬度、表面洛氏硬度和維氏硬度，根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗，這些硬度值之間存在一定的換算關(guān)系4?；谶@種換算關(guān)系，設(shè)計一個熱處理硬度與強(qiáng)度換算規(guī)則庫，以洛氏硬度中的HRC作為基準(zhǔn)硬度檢驗方法，將設(shè)計圖紙中提出的強(qiáng)度及硬度換算成HRC硬度值，用于

5、計算某些熱處理參數(shù)，并最終落實到熱處理工藝中。3.2工藝決策資源庫在構(gòu)建熱處理CAPP系統(tǒng)時，需要解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問題，基于航空標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的工藝決策就是其中一項重要的內(nèi)容，例如熱處理回火溫度以及保溫時間的設(shè)定等。3.2.1熱處理回火溫度決策庫航空結(jié)構(gòu)件在淬火后，通常需要進(jìn)行回火處理，即將熱處理制件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間后，再冷卻至室溫?；鼗鹩薪档痛嘈浴⑾龖?yīng)力的作用，其溫度取決于熱處理制件最終所需的力學(xué)性能4-6。在熱處理回火溫度決策庫中，應(yīng)首先根據(jù)HB/Z136-2000、HB/Z80-1997等航空標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，建立針對航空結(jié)構(gòu)鋼和航空用不銹鋼/耐

6、熱鋼等材料的硬度與回火溫度對照表，然后再進(jìn)行相應(yīng)的工藝決策，其步驟是：（1）將熱處理結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度或任意一種硬度表達(dá)方法）的上、下限值換算成用HRC表達(dá)的硬度范圍；（2）計算出硬度上、下限值的算術(shù)平均值，從相應(yīng)的硬度與回火溫度對照表中查詢出其上、下各兩檔硬度及對應(yīng)的回火溫度，再利用計算程序?qū)@四組數(shù)據(jù)進(jìn)行3次插值運(yùn)算，計算出準(zhǔn)確的回火溫度，并按5靠檔；（3）回火溫度通常是有一定范圍的，其范圍的大小可根據(jù)硬度值波動范圍（即硬度上限減下限的差值，以下稱為硬度的“公差值”）的大小來確定的。工藝決策時可以這樣規(guī)定:若零件的硬度公差值小于4個HRC單位時，將回火溫度的范圍設(shè)定為10；若零件的

7、硬度公差值在（48）個HRC單位時，將回火溫度的范圍定設(shè)為20；若零件的硬度公差值大于8個HRC單位時，將回火溫度的范圍定設(shè)為30。3.2.2熱處理保溫時間決策庫以常規(guī)熱處理為例，其保溫時間通常取決于工藝類型（有時還包括工藝參數(shù)）、加熱設(shè)備（或加熱介質(zhì)）以及熱處理制件的條件厚度（或最大厚度）等因素，而化學(xué)熱處理的保溫時間則主要取決于工藝類型及滲層深度等因素4-6。在熱處理保溫時間決策庫中，應(yīng)包括航空結(jié)構(gòu)鋼常規(guī)熱處理保溫時間計算表、航空用不銹鋼/耐熱鋼常規(guī)熱處理保溫時間計算表、航空鋼彈簧制件淬火和回火保溫時間計算表、真空熱處理保溫時間計算表、航空用不銹鋼/耐熱鋼固溶和時效處理保溫時間計算表、航空

8、用鋼滲碳/碳氮共滲保溫時間計算表和航空用鋼滲氮保溫時間計算表等。以30CrMnSiA制件調(diào)質(zhì)處理為例，假設(shè)最終的硬度要求為（3036）HRC、制件的最大厚度為28mm。則熱處理保溫時間的決策過程為：（1）根據(jù)航空結(jié)構(gòu)鋼硬度與回火溫度對照表，通過計算、決策出回火的溫度范圍為55520；（2）根據(jù)航空結(jié)構(gòu)鋼常規(guī)熱處理保溫時間計算表，如表2所示。得到鹽浴爐加熱淬火的保溫時間為（1635）min、空氣電阻爐回火的保溫時間為（70120）min。3.3工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫包括預(yù)備熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫、最終熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫和化學(xué)熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫等3部分內(nèi)容。預(yù)備熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫包括正火

9、、完全退火、等溫退火、低溫退火、高溫回火和不完全退火等熱處理工藝控制中的主要參數(shù)，如加熱溫度、冷卻方式等。此時需要注意，不同材料進(jìn)行不同處理時的冷卻方式有較大的區(qū)別：有的材料需隨爐冷至650以下出爐、有的材料需轉(zhuǎn)入另一溫度熱處理爐內(nèi)進(jìn)行等溫后再出爐第7空冷、有的材料則需按一定的速率緩冷至某一溫度后再出爐空冷。最終熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫主要是指淬火、回火工藝控制中的主要參數(shù)，如淬火的加熱溫度、淬火以及回火的冷卻方式等5-6。其中，淬火冷卻方式需兼顧加熱設(shè)備的影響和限制；回火冷卻時還應(yīng)兼顧回火脆性等因素的影響。化學(xué)熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫包括滲碳、碳氮共滲和滲氮工藝控制中的主要參數(shù)，其中滲碳工藝參數(shù)中還

10、應(yīng)包括滲碳后淬火和低溫回火的參數(shù)、滲氮工藝參數(shù)中應(yīng)包括一段法和二段法滲氮的工藝參數(shù)。航空用鋼滲碳后的熱處理工藝比較復(fù)雜，大部分航空用鋼都需要進(jìn)行淬火和低溫回火處理，但有些情況還需引起特別注意4：（1）對于15CrA、20CrA、12CrNi3A、12Cr2Ni4A這四種材料，為了細(xì)化晶粒，可以采取一種“雙重淬火”工藝，即連續(xù)進(jìn)行兩次淬火，再進(jìn)行低溫回火；（2）對于18CrNi4A這種材料，需要在82010保溫結(jié)束后，爐冷至78010保持30min后，再進(jìn)行油冷（油溫為（4060）；（3）對于18Cr2Ni4WA這種材料，為了減少熱處理制件變形或降低心部硬度，可以采取一種“復(fù)合等溫淬火”工藝，即

11、在85515保溫結(jié)束后，轉(zhuǎn)入（200250）的硝鹽或堿浴中，保持（38）min后迅速轉(zhuǎn)入（500550）的硝鹽槽或電爐中保持一定的時間，然后再進(jìn)行油冷或空冷。此外，為了減少殘余奧氏體的含量、提高滲層硬度，在滲碳、淬火后還可進(jìn)行一次深冷處理，同時還能起到穩(wěn)定制件尺寸和形狀的作用5-6。3.4工藝裝備圖片庫在生產(chǎn)過程中，制件在熾熱狀態(tài)下進(jìn)行各種熱處理操作時，需要使用各種各樣的工裝夾具。這種為滿足生產(chǎn)要求、保證熱處理質(zhì)量和生產(chǎn)安全而使用的工裝夾具及輔助裝置統(tǒng)稱為熱處理工藝裝備，簡稱熱處理工裝。因此，匯集航空熱處理生產(chǎn)實踐中積累的經(jīng)驗、結(jié)合各種特定的熱處理工藝說明書，以及國內(nèi)外相關(guān)的資料，建立一個熱處

12、理工藝裝備圖片庫，并添加到熱處理工藝資源庫中是十分必要的。 4航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫的特點及應(yīng)用 綜上所述，工藝資源庫涵蓋了航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝過程所涉及到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，如材料牌號、熱處理工藝類型、熱處理質(zhì)量檢驗與控制要求、航空材料硬度與強(qiáng)度換算、常規(guī)及化學(xué)熱處理工藝參數(shù)、熱處理輔助工道，以及熱處理專用工藝裝備等內(nèi)容。總體上說，工藝資源庫主要有以下幾個特點及應(yīng)用：（1）匯集近200種航空結(jié)構(gòu)鋼、航空不銹鋼和耐熱鋼等材料的熱處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源的信息化管理。（2）為用戶提供多方位錄入、查詢和更新工藝資源信息的功能。（3）涵蓋了部分航空制造企業(yè)在熱處理生產(chǎn)中取得的相關(guān)經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，建立了豐富的工藝裝備圖片庫。（4）以工藝資源庫為基礎(chǔ)，為航空結(jié)構(gòu)件熱處理CAPP系統(tǒng)的開發(fā)提供豐富的信息。 5結(jié)束語 材料熱處理技術(shù)是當(dāng)前航空裝備制造業(yè)中的重要技術(shù)之一，在過去的幾十年里，我國研制了大量的新型金屬材料、引進(jìn)并消化吸收了許多國外先進(jìn)的熱處理工藝技術(shù)和裝備，實施了熱處理的全面質(zhì)量控制。目前，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)的部分研究機(jī)構(gòu)已開始利用計算機(jī)信息處理和信息管理