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关键制造技术引领第一代飞机制造_0

  近几年,随着国产大飞机项目和第四代飞机项目的顺利推进,航空制造业已不同于传统意义上的机械制造业,它是当今各种先进技术的综合利用,集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成果为一体,是多学科交叉、技术密集的高科技领域,其发展水平标志国家的顶尖制造技术水平,对整个装备制造业的发展起着引领的作用。

  航空制造技术对保证航空产品的性能、缩短研制周期、降低成本以及提高可靠性起着决定性的作用。航空先进制造技术不仅包括制造工艺与装备技术,还包括制造系统管理技术、信息化及数字化集成技术以及为研究开发这些专用的技术而建设的实验室和工程中心等。在第十三届中国国际机床展览会(CIMT2013)开展前一天举行的召开的创新可持续发展高层国际论坛上,沈阳飞机工业(集团)有限公司总经理袁立向与会人员详细介绍了新一代飞机的制造特点和关键制造技术。

  轻量化、隐身性、长寿命成为新一代飞机的标签

  袁立表示,隐身技术的进步是飞机设计和制造技术进步的最直观、最显著表现。而轻量化、长寿命、整体结构等则是新一代飞机最显著的特点。

  从第一代飞机的钣金成型、机械连接、焊接工艺到第二代飞机的复合材料、夹层结构、整体壁板结构,再到第三代飞机的结构整体化、精确加工成型工艺和高抗疲劳连接技术,直到第四代飞机大量采用复合材料和金属的大型、整体结构件,并广泛采用高效精密制造、自动装配技术和数字化技术。每一代飞机都有显著的技术特点,而这些特点也基本都是同时代机械制造技术的最高水平。袁立介绍说。

  据袁立介绍,新一代飞机的轻量化、隐身性、长寿命、多结构和快速响应等特点,要求新一代飞机大量采用新材料、新结构、新加工方法和新装配模式。如复合材料、钛合金、铝锂合金等新材料的大量使用,结构件整体化、翼身融合等新结构的推广,超塑成形、激光快速成型、镜像铣切等新加工方法应用,柔性工装、自动制孔、自动铆接、自动化生产线等新装配模式的采用。

  第四代飞机采用整体结构、翼身融合、S进气道等新结构,可以满足飞机轻量化和隐身性的要求,如新型T50的零件数量仅仅是Su27的1/4。超塑成形/扩散连接、蒙皮镜像铣切、柔性多点成形、激光快速成形等新加工方法不断涌现,则满足了新一代飞机轻量化、长寿命、多构型等需求。袁立认为。

  袁立同时表示,传统的装配模式数量多、检修路线长、占地面积大、制造周期长,已经无法满足新一代飞机的装配要求。新型装配模式对于研制型飞机的柔性可重构要求,具有柔性化、数字化、快速响应、研制周期短等特点。对于批量生产飞机的自动化生产流程的要求,具有自动化、数字化、精准化和智能化的特点。

  一体化、数字化、柔性化成为制造技术的关键

  对于最新的飞机制造技术,袁立介绍说,新一代飞机制造的关键技术主要包括一体化设计制造技术、数字化精准制造技术、结构件整体加工技术、数字化精准定位、测量技术、柔性化快速制造技术等。其中,一体化设计制造技术是指包括知识库、标准规范等知识维的智力资源,工艺、工装、综合航电、功能系统、机体机构等空间维的各专业协同设计,零件和产品、加工和检验等时间维的并行设计。

  数字化精准制造技术包括机加零件精准制造、钣金零件精准成型、复材零件精准成型、钛合金焊接技术、激光、电子束快速成型、系统附件精密制造技术、锻铸间近净成型等。其中,机加零件精准制造又包括高效数控加工技术、钛合金高效加工技术、精密/超精密加工技术、钛合金标准件制造技术和数字测量技术。

  钣金零件精准成型包括冲压、蒙拉、橡皮囊成型、高温热成形、型材拉伸、导管弯曲、导管内高压涨形、超塑性成型等钣金成型工艺,应用钣金仿真分析软件进行复杂成型分析,可以提高钣金制造能力,消除起皱、回弹等问题。袁立表示,蒙皮作为构成飞机气动外形的关键零件,具有多品种、小批量、形状复杂、成形精度要求高等特点,可以建立基于柔性多点工装、蒙皮壁板零件铣削加工工装等装备的数字化蒙皮成形生产线(成型、切边、化铣、刻型等)。

  超塑成形/扩散连接可代替构件传统的铆接、螺接、胶接等连接方法,有效降低零件重量和减少零件数量,实现构件的整体制造。袁立介绍说,以波音737热防护板为例,传统设计需要32个钴镍铁合金零件,采用SPF/DB设计之后,只需要2个Ti-6Al-4V零件,重量降低了27.3磅,减少68%的制造成本。

  据袁立介绍,复材零件精准成型包括复合材料构件激光定位铺贴成型、带加强筋壁板胶接共固化、大型双曲度复合材料壁板制造、复合材料承力梁、肋及接头零件制造、复合材料模具制造、复合材料的无损探伤技术等。而钛合金焊接技术包括焊接工艺过程数字仿真、基础工艺参数研究、优化工艺设计、控制焊接收缩与变形、电子束焊、激光焊等自动化焊接。

  激光、电子束快速成型则主要是指3D打印技术,通过3DCAD建模、分层处理生成加工路径,热源溶化金属材料,进而形成异形、复杂、难加工的金属零件。在袁立看来,随着3D打印技术的成熟,未来航空制造领域将有大量的应用。

  袁立表示,数字化精准定位、测量技术包括基于全三维模型的检测、零部件的快速检测设备(三维照相机、激光装置等)、测量辅助装置(机械臂、转台等)、与全三维模型快速比对分析处理软件等。自动化辅助运输则是指气垫运输技术与测量定位技术(iGPS)、数字技术相结合,实现飞机部件在对接过程中的平稳运输,大大提高了飞机装配的工作效率和质量。

  柔性化快速制造技术主要是指数字化柔性生产线,包括柔性工装、自动制孔铆接、数字化检测、自动化辅助运输、信息化集成管理。其中,柔性工装主要是指后机身柔性工装平台、后机身自动制孔柔性翻转工装平台、翼身整体机构后段数字化柔性工装、大部件对接柔性装配系统等可实现柔性化的工装。

  自动制孔铆接主要是通过爬行机器人自动制孔设备、数控托盘-D型自动钻铆接设备、机器人托架-C型自动钻铆接设备等实现自动化,具备自动钻孔、自动选钉、送钉、自动铆接、铣削、涂胶等功能。袁立表示,以F35数字化柔性装配生产线为例,就包括面向装配的整体化、模块化设计、激光跟踪监测技术、自动化柔性定位系统、大部件自动化对接系统、先进钻孔系统和自动化辅助设备等。

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