現(xiàn)代飛機制造技術(shù)以及未來飛機制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代飛機制造技術(shù)以及未來飛機制造技術(shù)的發(fā)展趨勢一、飛機制造技術(shù)概論1、飛機制造技術(shù)概論飛機制造技術(shù)所涉及的領(lǐng)域包括裝配、鑄造、鍛造、成形、機械加工、特種加工、焊接、熱處理和表面處理、工藝檢測等方面，它是隨著一個國家的科學(xué)與技術(shù)的進步而不斷發(fā)展的，社會的需求和市場的競爭也推動著飛機制造技術(shù)的不斷更新和發(fā)展。器。它或用于空有人員、物資，或用用于空中作戰(zhàn)。在結(jié)構(gòu)上飛機有以下幾個重要部分：主要用于裝載人員、物資和燃料的機身；主要用于產(chǎn)生升力及裝載燃料的機翼；控制飛行方向和保證飛行穩(wěn)定性的襟翼、副翼、尾翼及其操縱系統(tǒng)；用于起飛和著陸的起落架及其輔助系統(tǒng)；用于導(dǎo)航通信等的儀表、特設(shè)系統(tǒng)等。飛機結(jié)構(gòu)不但尺寸大、外形復(fù)雜，而且其機體結(jié)構(gòu)主要是由大量形狀復(fù)雜、連接面多、工藝剛性小以及在加工和裝配過程中都會產(chǎn)生變形的鈑金件或非金屬薄壁零件組成的薄殼結(jié)構(gòu)，這就決定了它的制造過程與一般機械制造有不同的特殊要求：①飛機外形嚴格的氣動要求和結(jié)構(gòu)的互換協(xié)調(diào)。②嚴格控制飛機的結(jié)構(gòu)重量。在航空技術(shù)高度發(fā)達的今天，研制一種新型飛機，從設(shè)計方案的提出、試制生產(chǎn)到投入使用，一般都要經(jīng)過幾年甚至十幾年的時間，這是一個很復(fù)雜的過程，簡單的歸納起來，飛機研制工作的一般過程大致為：發(fā)TC——原型機試飛——批生產(chǎn)準備。2、飛機制造技術(shù)特點又有嚴格的技術(shù)要求等特點，在飛機制造中，除了那些形狀規(guī)則、剛性好的機械加工零件外，大多數(shù)零件，以確保其形狀和尺寸的準確度。一般機械產(chǎn)品零件的剛度比較大，連接產(chǎn)生的變形小，故裝配準確度主要取決于零件的制造準確度；而飛機裝配是由大量剛性較小的鈑金零件或薄壁機械加工件在空間組合、連接的結(jié)果，故飛機裝配準確度在很大程度上取決于裝配型架（夾具）的準確度。此外，在飛機裝配中還有定位和連接產(chǎn)生的應(yīng)力和變形1的順利進行，希望進入裝配個階段的零件、組合件和部件具有生產(chǎn)互換性，在裝配過程中，零件、組合件和部件具有生產(chǎn)互換性，可以不對工件進行試裝和修配，能減少大量的手工修配工作量，節(jié)省大量工時，縮短裝配周期，有利于組織均衡的、有節(jié)奏的生產(chǎn)。在飛機成批生產(chǎn)中，許多鈑金零件，機械加工件、裝配個階段的裝配單元、部件都采用生產(chǎn)互換的方法。因此在飛機制造中一般采取互換和協(xié)調(diào)的方法以保證飛機裝配的準確度。3、飛機制造的主要部分輕勞動強度，降低產(chǎn)品成本，從而提高產(chǎn)品的競爭能力。飛機工藝裝備分為兩大類：一類為直接用于零件的成形和飛機裝配過程中的生產(chǎn)工藝裝備；另一類為作為生產(chǎn)工藝裝備的制造依據(jù)和統(tǒng)一標準的標準工藝裝備。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最新成果的不斷涌現(xiàn)，設(shè)計、制造飛機工藝裝備主要內(nèi)容已從傳統(tǒng)的機械加工向機電結(jié)合、數(shù)字測量方向發(fā)展。飛機制造技術(shù)也已轉(zhuǎn)向采用新的綜合技術(shù)工作法，建立以飛機產(chǎn)品數(shù)字建模技術(shù)為主導(dǎo)，并廣泛采用新技術(shù)和綜合化的完整工藝制造體系的新方向發(fā)展。加工、框類零件的加工、接頭類零件的加工和鈦合金零件的加工等）和飛機鈑金工藝（如蒙皮零件成形、整體壁板成形、落壓零件成形、型材零件成形和鈦合金鈑金零件成形等）兩大類。組合、連接的過程。二、飛機制造中的互換和協(xié)調(diào)1、結(jié)構(gòu)分析明顯的不同，有自己的獨特之處。在采用傳統(tǒng)的飛機制造模式來制造薄壁結(jié)構(gòu)的飛機時，由于飛機結(jié)構(gòu)的特點，大部分的結(jié)構(gòu)零件，特別是與外形有關(guān)的零件，多為尺寸大、剛性小、形狀和配合關(guān)系復(fù)雜、容易變形的鈑金件和型材零件。這些零件不能用一般的機械加工的方法來制造，而是利用大量標準和專用的工藝裝備來制造，在將這些零件裝配成組合件和部件時，其裝配的準確度和互換性的保證方法，也不能像一般的機械產(chǎn)品那樣靠零件的制造準確度本身來保證，而必須要以上述工藝裝備來保證。工藝裝備不僅是制造產(chǎn)品的手段，而且是保證產(chǎn)品裝配協(xié)調(diào)和互換的依據(jù)。因此，要保證飛機的制造準確度以及生產(chǎn)中的協(xié)調(diào)性和互換性，首先必須保證各種生產(chǎn)工藝裝備的制造準確度和協(xié)調(diào)準確度。2、互換飛機制造中的互換性（即完全互換性）是指相互配合的飛機結(jié)構(gòu)單元（部件、組件或零件）在分別制2造后進行裝配或安裝時，除設(shè)計規(guī)定的調(diào)整外，不需選配和補充加工（如切割、銼銑、鉆鉸、敲修等）即能滿足所有幾何尺寸，形位參數(shù)和物理功能上的要求。飛機制造中的互換性分為幾何形狀互換性和物理功能互換性兩個方面的內(nèi)容。它是由飛機結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)上的特點所決定的?；Q性只是對同一飛機結(jié)構(gòu)單元于言的。飛機制造中的互換要求包括氣動力外形的互換要求、部件對接接頭的互換要求、強度互換要求、重量（包括重心）互換要求等方面。在飛機制造中，當飛機的零件、組合件、段件和部件具有生產(chǎn)和使用互換性時，不但可以減少裝配和對接時的修配工作量，節(jié)省大量工時，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，有利于組織有節(jié)奏的批量生產(chǎn)，而且可避免出現(xiàn)由于強迫裝配而產(chǎn)生的裝配變形，以及飛機結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的裝配殘余應(yīng)力的集中。同時，當飛機某個零件、組合件、段件或部件在使用中被損壞后，能用備件迅速更換，不會由于局部的損壞而影響飛機的正常使用，從而可延長飛機的使用壽命，保證飛機的使用性能。3、協(xié)調(diào)藝裝備之間、成套的工藝裝備之間配合尺寸和形狀的一致性程度。一致性程度越高，則其協(xié)調(diào)性越好，協(xié)調(diào)準確度越高。協(xié)調(diào)性僅指幾何參數(shù)而言。①保證協(xié)調(diào)準確度的基本方法際上要低于各零件本身的制造準確度。時，即使零件制造的準確度相同，得到的協(xié)調(diào)準確度也不同；按相互聯(lián)系原則能得到更高的協(xié)調(diào)準確度，而且在尺寸傳遞過程中，公共環(huán)節(jié)數(shù)量越多，協(xié)調(diào)準確度也就越高。按相互修配（或補償）原則進行協(xié)調(diào)：當采用相互修配原則進行協(xié)調(diào)時，協(xié)調(diào)準確度僅取決于將零件A的尺寸傳遞給零件B這一環(huán)節(jié)的準確度。②協(xié)調(diào)方案的確定以及協(xié)調(diào)圖表尺寸傳遞體系）大體上分為模擬量傳遞、數(shù)字量傳遞和模擬量與數(shù)字量混合傳遞3種方式。在確定協(xié)調(diào)方案時必須先了解飛機機種上需要重點進行協(xié)調(diào)的部位，以根據(jù)不同的機型和結(jié)構(gòu)特點做出正確決策。三、飛機圖紙的繪制飛機圖紙的繪制見裝配圖和零件圖。墊板外艙側(cè)蓋蒙皮加強梗、裝配圖見圖。3四、飛機零件的制造1、房外艙蒙皮制造飛機蒙皮是構(gòu)成飛機氣動外形的關(guān)鍵零件，一般采用閘壓滾彎、拉伸成形的方法制造，蒙皮制造技術(shù)是衡量一個國家飛機制造能力重要的意義。①蒙皮制造的特點：⑴外形復(fù)雜，協(xié)調(diào)準確度高。⑵不允許劃傷和鼓動。一般構(gòu)成氣動外形，表面光滑流線。⑶結(jié)構(gòu)尺寸大，相對厚度小，剛性差。⑷采用切面樣板制造或樣板為制造依據(jù)，并按模胎、切線樣板、檢驗夾具、拉形?？刂仆庑微尚枰笮蛯Ｓ迷O(shè)備⑹要求操作工人的技術(shù)水平較高。2、合理選材：機機體鈑金零件常用材料種類有鋁及鋁合金、鎂合金、鈦及鈦合金、碳素鋼、合金鋼及不銹鋼等，而此次設(shè)計蒙皮所采用的材料均為LY12LY12在退火和新淬火狀態(tài)下塑性尚可，可熱處理強化。焊接性能不好，未熱處理焊縫的強度為基體的60%~75%，焊縫塑性低?？刮g性不高，有晶間腐蝕傾向，陽極氧化處理、涂漆或包鋁可大大提高抗蝕能力。要合理地、有區(qū)別地選擇結(jié)構(gòu)各部分的材料，既要滿足靜強度要求，又要具有良好的抗疲勞性能。高強度鋁合金LC4比鋁銅合金LY12的靜強度高約20%左右，但是LC4LC4而用LY12①控制應(yīng)力水平：在較低的應(yīng)力作用下，結(jié)構(gòu)不易產(chǎn)生疲勞裂紋②避免構(gòu)件形狀和截面的急劇變化，應(yīng)盡可能逐漸過渡或用較大的圓弧光滑連接。3、工藝方案的選擇與確定①熱處理LY12LY12-M245MpaLY12LY12-CZ當型材厚度小于5.0mm392Mpa294Mpa10%5.1~10.0mm412Mpa294Mpa10.1~20.0mm422Mpa，屈服強度為364Mpa；當型材厚度在20.0~40.0mm之間時，抗拉強度為441Mpa，屈服強度為313Mpa；當型材厚度大于40.0mm時，抗拉強度為392Mpa，屈服強度為294Mpa；以上狀態(tài)下伸長率均為10%。②技術(shù)條件JT00-7普通鉚接技術(shù)條件4JT00-64飛機零件、組件、部件重量控制4、發(fā)房外艙蒙皮工藝規(guī)程如下：名稱材料牌LY12-M0-§樣板名工藝裝備編號稱下料工序下料工檢驗工下料工下料工檢驗工檢成型工序鈑金工1檢查來料：表面質(zhì)量、材料牌號5鈑金工檢驗按模胎修整，按工藝規(guī)程要求打印圖號鋼印模胎、百分表檢表面質(zhì)量、貼胎間隙。按ST00-21稱重模胎、5KG臺秤（1）墊板、加強梗鈑金件的制造飛機鈑金零件的協(xié)調(diào)飛機鈑金零件的協(xié)調(diào)包括零件之間相互協(xié)調(diào)、零件與裝配工藝裝備之間的協(xié)調(diào)。①作用飛機鈑金零件的協(xié)調(diào)可以減少裝配和對接時的修配工作量，節(jié)省大量工時，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本有利于組織有節(jié)奏的批量生產(chǎn)，而且可避免出現(xiàn)由于強迫裝配而產(chǎn)生的裝配變形，以及飛機結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的裝配殘余應(yīng)力的集中，保證飛機的使用性能。②依據(jù)協(xié)調(diào)依據(jù)內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)尺寸、樣板、標準工藝裝備、移形工藝裝備和標準實樣。協(xié)調(diào)圖表編制依據(jù)與其他指令性工藝文件的關(guān)系：產(chǎn)品圖紙生產(chǎn)大綱——工藝總方案——標準工裝協(xié)調(diào)圖表——部件裝配協(xié)調(diào)圖表——鈑金零件協(xié)調(diào)圖表——鈑金零件制造生產(chǎn)文件。③編制原則⑴、在具備一定物質(zhì)、技術(shù)條件下，盡量采用數(shù)字量傳遞法，CAD/CAM工作法適用于各型飛機的研制、試制和批生產(chǎn)。⑵、采用模擬量傳遞法時，也要根據(jù)飛機特點、生產(chǎn)批量以及鈑金零件的復(fù)雜程度，選擇不同的協(xié)調(diào)方法：a、大、中型飛機采用模線樣板——表面標準樣件工作法；小型飛機（殲擊機）可用模線樣板6——標準樣件工作法。b、研制、試制階段，以模線樣板工作法為主，并輔以少量的立體協(xié)調(diào)依據(jù)；批生產(chǎn)階段，可根據(jù)產(chǎn)品的產(chǎn)量和各廠的經(jīng)驗，采用表面標準樣件工作法或標準樣件工作法。c、座艙、進氣道、整流罩、發(fā)動機短艙、翼根等雙曲度鈑金零件，應(yīng)采用表面標準樣件工作法；而對單曲度鈑金零件，則采用模線樣板工作法。d、其他立體依據(jù)）制造；按樣板精加工一部分工作面，按反模型（或其他立體依據(jù)）精加工另一部分工作面。樣板和反模型分別作為該工藝裝備的制造依據(jù)。該法積累誤差大，應(yīng)少用，如必須采用時，應(yīng)確定合理的定位基準，以減少定位誤差。⑶、綜合應(yīng)用法，是模擬量向數(shù)字量傳遞法過渡的一種方法，對于尚不完全具備CAD/CAM物質(zhì)條件時采用。④步驟⑴、確定全機協(xié)調(diào)部位；⑵、選擇各部位的協(xié)調(diào)方法；⑶、編制協(xié)調(diào)圖表；⑷、確定各種工藝裝備及技術(shù)條件。（2模線樣板及工裝的設(shè)計（簡要）與使用理論模線按飛機理論圖繪制，結(jié)構(gòu)模線根據(jù)設(shè)計所發(fā)出的結(jié)構(gòu)圖繪制。樣板是按照模線或數(shù)據(jù)而加工成的專用量具。鈑金工藝墊板工藝規(guī)程：4、首件檢驗零件0.096凈重7數(shù)量機床設(shè)狀態(tài)表編號備檢查來料：表面質(zhì)量、材料牌號，規(guī)格尺寸擦凈模胎及板材表面。鈑金工鈑金工鈑金工檢驗工8鈑金工按工藝規(guī)程要求蓋圖號印、膠印8檢驗工定鈑金工藝加強梗工藝：名稱材料LY12-M0-§1.2檢檢驗工檢驗材料牌號、厚度、爐批號及表面質(zhì)量百分表9按10A-T28檢驗。打印材料牌號，并開合格證落壓工落壓工熱處理工落壓工檢驗工熱處理工鈑金工檢驗工檢驗工1）零件貼胎間隙（2）查料印、淬火印（3）表面質(zhì)量10按JT001-31規(guī)定對零件稱重5KG臺秤五、飛機的裝配由于飛機結(jié)構(gòu)不同于一般機械，在裝配過程中，不能單靠零件自身的形狀和尺寸的加準確性來裝配出總裝配過程中。用于控制其形狀，幾何參數(shù)，且具有定位功能。裝配我型架是其中主要的一類。發(fā)房側(cè)蓋的裝配用到的工具和設(shè)備有型架、托架、定位件、手提鉚機。裝配時骨架的定位組合、墊板蒙皮的上架定位保持零件的準確形狀，限制零件變形。具體裝配過程見裝配工藝路線卡。101、裝配準確度技術(shù)要求飛機裝配準確度技術(shù)要求的主要內(nèi)容：⑴、氣動外緣準確度：包括外緣型值要求、外緣波紋度要求和表面平滑度要求。⑵、部件相對位置準確度：包括機翼、尾翼位置要求和操縱面位置要求。⑶、內(nèi)部結(jié)構(gòu)件位置準確度：包括基準軸線位置要求。⑷、結(jié)構(gòu)件間配合準確度：包括不可卸零件間配合要求、叉耳對接接頭配合要求和圍框?qū)咏宇^配合要求。⑸、部件功能性準確度：重量、重心、重量平衡、清潔度、密封性、接觸電阻、表面保護、操縱性等的產(chǎn)品圖樣和設(shè)計技術(shù)條件所規(guī)定的裝配技術(shù)要求。2、部件裝配工藝設(shè)計的內(nèi)容①單件劃線根據(jù)飛機的結(jié)構(gòu)工藝特征，合理地進行工藝分解，將部件劃分為裝配單元。確定裝配基準和裝配定位方法②部件裝配基準是指保證飛機外形準確度所采用的外形零件的定位基準。裝配基準是根據(jù)飛機氣動外緣準確度要求在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計時確定的。裝配工藝設(shè)計的任務(wù)是采用合理的工藝方法和工藝裝備來保證裝配基準的實現(xiàn)。裝配定位方法是指確定裝配單元中各組成元素相互位置的方法。定位方法是在保證產(chǎn)品圖樣和技術(shù)條件要求的前提下，綜合考慮操作簡便、定位可靠、質(zhì)量穩(wěn)定、開敞性好、工裝費用低和生產(chǎn)準備周期短等因素之后選定的。③準確度和互換以及裝配協(xié)調(diào)的工藝方法為了保證部件的準確度和互換協(xié)調(diào)要求，必須制定合理的保證準確度的工藝方法和保證互換協(xié)調(diào)的協(xié)調(diào)方法。其內(nèi)容包括制訂裝配協(xié)調(diào)方案、確定協(xié)調(diào)路線、選擇標準工藝裝備、確定工裝和工裝之間的協(xié)調(diào)關(guān)系、利用設(shè)計補償和工藝補償?shù)拇胧┑?。④狀態(tài)表部件提出的工藝狀態(tài)要求。⑤工序、工步組成及各構(gòu)造元素的裝配順序裝配過程中的工序、工步組成包括：裝配前的準備工作；零、組件的定位、夾緊、連接；系統(tǒng)、成品安裝；互換部位的精加工；各種調(diào)整、試驗、檢測；清洗、稱重和移交，以及工序檢驗和總檢等。11裝配順序是指裝配單元中各構(gòu)造元素的先后安裝次序。⑥設(shè)備及工裝工作內(nèi)容包括：⑴、編制通用工具清單；⑵、選擇通用設(shè)備及專用設(shè)備的型號、規(guī)格、數(shù)量。⑶、申請工藝裝備的項目、數(shù)量，并對工藝裝備的功用、結(jié)構(gòu)、性能提出設(shè)計技術(shù)要求。工藝裝備包括以下幾類：⑴、標準工藝裝備：包括標準樣件、標準模型、標準平板、標準量規(guī)及制造標工的過渡工裝等。補鉚夾具、專用鉆孔裝置及鉆孔樣板等。⑶、檢驗試驗工裝：包括測量臺、試驗臺、振動臺、清洗臺、檢驗型架、平衡夾具及試驗夾具等。⑷、地面設(shè)備：包括吊掛、托架、推車、千斤頂、工作梯等。⑸、專用刀量具：包括鉆頭、擴孔鉆、鉸（拉、鏜）刀、锪鉆、塞規(guī)（尺）及其他專用測量工具等。⑹、專用工具：包括擰緊、夾緊、密封、鉚接、鉆孔的工具等。⑺、二類工具：頂把、沖頭等六、飛機制造技術(shù)的發(fā)展方向綜觀飛機制造業(yè)近百年的歷史，尤其是近幾十年來的發(fā)展史，飛機制造技術(shù)的發(fā)展由民用運輸和軍事用途強烈需求所牽引，并受到世界經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動，形成了今天飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用的局面。機體零件加工：由于現(xiàn)代飛機尺寸增大，蒙皮厚度增加，以及成形性能較差的鈦合金、鈹合金、不銹鋼板材的應(yīng)用，對鈑金成形技術(shù)提出更高的要求。不斷使用各種大尺寸、大功率的型材拉彎機、蒙皮拉型機、強力旋壓機和壓力超過100兆帕(約1000公斤力/厘米2)的橡皮成形壓床，并不斷向超塑性成形、加熱成形、真空蠕變成形、半?；驘o模成形技術(shù)方向發(fā)展。大型整體結(jié)構(gòu)件的加工，如機翼整體壁板、翼梁、加強框等，它們形狀復(fù)雜、切削加工量大、自身剛度差，采用工作臺面很大（有的長達數(shù)十米）的、帶有多個高速銑削頭的現(xiàn)代數(shù)控銑床上加工。整體壁板的加工采用帶真空吸盤的大面積工作臺；加工立體形狀復(fù)雜的大型框架，如座艙風擋骨架、艙門、窗零件，采用電加工、化學(xué)銑切等特種加工工藝。12CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)廣泛應(yīng)用CAD/CAPP/CAM/CAE自動化設(shè)計制造應(yīng)用軟件以及DFX等并行工程，并有足夠的工藝知識數(shù)據(jù)庫、切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫、各種規(guī)范化的技術(shù)資料作為使能工具。材料的發(fā)展趨勢：鈦合金和復(fù)合材料含量大大提高，鋼和鋁逐漸降低，但是鋁合金里面的鋁鋰合金比重提高。復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上已成功地用于制造艙門、舵面、垂直尾翼和直升機的旋翼。飛機制造的連接工藝：熔焊用于起落架、發(fā)動機架等鋼制件的連接；接觸點焊和滾焊用于不銹鋼和鋁合金鈑金件的連接；金屬膠接用于制造蜂窩結(jié)構(gòu)。膠接制件表面光滑，疲勞特性好，但對于膠接面的準備、加溫、加壓控制都有嚴格要求?，F(xiàn)代飛機