现代飞机制造技术以及未来飞机制造技术的发展趋势

现代飞机制造技术以及未来飞机制造技术的发展趋势一、飞机制造技术概论1、飞机制造技术概论飞机制造技术所涉及的领域包括装配、铸造、锻造、成形、机械加工、特种加工、焊接、热处理和表面处理、工艺检测等方面，它是随着一个国家的科学与技术的进步而不断发展的，社会的需求和市场的竞争也推动着飞机制造技术的不断更新和发展。器。它或用于空有人员、物资，或用用于空中作战。在结构上飞机有以下几个重要部分：主要用于装载人员、物资和燃料的机身；主要用于产生升力及装载燃料的机翼；控制飞行方向和保证飞行稳定性的襟翼、副翼、尾翼及其操纵系统；用于起飞和着陆的起落架及其辅助系统；用于导航通信等的仪表、特设系统等。飞机结构不但尺寸大、外形复杂，而且其机体结构主要是由大量形状复杂、连接面多、工艺刚性小以及在加工和装配过程中都会产生变形的钣金件或非金属薄壁零件组成的薄壳结构，这就决定了它的制造过程与一般机械制造有不同的特殊要求：①飞机外形严格的气动要求和结构的互换协调。②严格控制飞机的结构重量。在航空技术高度发达的今天，研制一种新型飞机，从设计方案的提出、试制生产到投入使用，一般都要经过几年甚至十几年的时间，这是一个很复杂的过程，简单的归纳起来，飞机研制工作的一般过程大致为：发TC——原型机试飞——批生产准备。2、飞机制造技术特点又有严格的技术要求等特点，在飞机制造中，除了那些形状规则、刚性好的机械加工零件外，大多数零件，以确保其形状和尺寸的准确度。一般机械产品零件的刚度比较大，连接产生的变形小，故装配准确度主要取决于零件的制造准确度；而飞机装配是由大量刚性较小的钣金零件或薄壁机械加工件在空间组合、连接的结果，故飞机装配准确度在很大程度上取决于装配型架（夹具）的准确度。此外，在飞机装配中还有定位和连接产生的应力和变形1的顺利进行，希望进入装配个阶段的零件、组合件和部件具有生产互换性，在装配过程中，零件、组合件和部件具有生产互换性，可以不对工件进行试装和修配，能减少大量的手工修配工作量，节省大量工时，缩短装配周期，有利于组织均衡的、有节奏的生产。在飞机成批生产中，许多钣金零件，机械加工件、装配个阶段的装配单元、部件都采用生产互换的方法。因此在飞机制造中一般采取互换和协调的方法以保证飞机装配的准确度。3、飞机制造的主要部分轻劳动强度，降低产品成本，从而提高产品的竞争能力。飞机工艺装备分为两大类：一类为直接用于零件的成形和飞机装配过程中的生产工艺装备；另一类为作为生产工艺装备的制造依据和统一标准的标准工艺装备。随着现代科学技术最新成果的不断涌现，设计、制造飞机工艺装备主要内容已从传统的机械加工向机电结合、数字测量方向发展。飞机制造技术也已转向采用新的综合技术工作法，建立以飞机产品数字建模技术为主导，并广泛采用新技术和综合化的完整工艺制造体系的新方向发展。加工、框类零件的加工、接头类零件的加工和钛合金零件的加工等）和飞机钣金工艺（如蒙皮零件成形、整体壁板成形、落压零件成形、型材零件成形和钛合金钣金零件成形等）两大类。组合、连接的过程。二、飞机制造中的互换和协调1、结构分析明显的不同，有自己的独特之处。在采用传统的飞机制造模式来制造薄壁结构的飞机时，由于飞机结构的特点，大部分的结构零件，特别是与外形有关的零件，多为尺寸大、刚性小、形状和配合关系复杂、容易变形的钣金件和型材零件。这些零件不能用一般的机械加工的方法来制造，而是利用大量标准和专用的工艺装备来制造，在将这些零件装配成组合件和部件时，其装配的准确度和互换性的保证方法，也不能像一般的机械产品那样靠零件的制造准确度本身来保证，而必须要以上述工艺装备来保证。工艺装备不仅是制造产品的手段，而且是保证产品装配协调和互换的依据。因此，要保证飞机的制造准确度以及生产中的协调性和互换性，首先必须保证各种生产工艺装备的制造准确度和协调准确度。2、互换飞机制造中的互换性（即完全互换性）是指相互配合的飞机结构单元（部件、组件或零件）在分别制2造后进行装配或安装时，除设计规定的调整外，不需选配和补充加工（如切割、锉铣、钻铰、敲修等）即能满足所有几何尺寸，形位参数和物理功能上的要求。飞机制造中的互换性分为几何形状互换性和物理功能互换性两个方面的内容。它是由飞机结构和生产上的特点所决定的。互换性只是对同一飞机结构单元于言的。飞机制造中的互换要求包括气动力外形的互换要求、部件对接接头的互换要求、强度互换要求、重量（包括重心）互换要求等方面。在飞机制造中，当飞机的零件、组合件、段件和部件具有生产和使用互换性时，不但可以减少装配和对接时的修配工作量，节省大量工时，缩短生产周期，降低生产成本，有利于组织有节奏的批量生产，而且可避免出现由于强迫装配而产生的装配变形，以及飞机结构内产生的装配残余应力的集中。同时，当飞机某个零件、组合件、段件或部件在使用中被损坏后，能用备件迅速更换，不会由于局部的损坏而影响飞机的正常使用，从而可延长飞机的使用寿命，保证飞机的使用性能。3、协调艺装备之间、成套的工艺装备之间配合尺寸和形状的一致性程度。一致性程度越高，则其协调性越好，协调准确度越高。协调性仅指几何参数而言。①保证协调准确度的基本方法际上要低于各零件本身的制造准确度。时，即使零件制造的准确度相同，得到的协调准确度也不同；按相互联系原则能得到更高的协调准确度，而且在尺寸传递过程中，公共环节数量越多，协调准确度也就越高。按相互修配（或补偿）原则进行协调：当采用相互修配原则进行协调时，协调准确度仅取决于将零件A的尺寸传递给零件B这一环节的准确度。②协调方案的确定以及协调图表尺寸传递体系）大体上分为模拟量传递、数字量传递和模拟量与数字量混合传递3种方式。在确定协调方案时必须先了解飞机机种上需要重点进行协调的部位，以根据不同的机型和结构特点做出正确决策。三、飞机图纸的绘制飞机图纸的绘制见装配图和零件图。垫板外舱侧盖蒙皮加强梗、装配图见图。3四、飞机零件的制造1、房外舱蒙皮制造飞机蒙皮是构成飞机气动外形的关键零件，一般采用闸压滚弯、拉伸成形的方法制造，蒙皮制造技术是衡量一个国家飞机制造能力重要的意义。①蒙皮制造的特点：⑴外形复杂，协调准确度高。⑵不允许划伤和鼓动。一般构成气动外形，表面光滑流线。⑶结构尺寸大，相对厚度小，刚性差。⑷采用切面样板制造或样板为制造依据，并按模胎、切线样板、检验夹具、拉形模控制外形⑸需要大型专用设备⑹要求操作工人的技术水平较高。2、合理选材：机机体钣金零件常用材料种类有铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金、碳素钢、合金钢及不锈钢等，而此次设计蒙皮所采用的材料均为LY12LY12在退火和新淬火状态下塑性尚可，可热处理强化。焊接性能不好，未热处理焊缝的强度为基体的60%~75%，焊缝塑性低。抗蚀性不高，有晶间腐蚀倾向，阳极氧化处理、涂漆或包铝可大大提高抗蚀能力。要合理地、有区别地选择结构各部分的材料，既要满足静强度要求，又要具有良好的抗疲劳性能。高强度铝合金LC4比铝铜合金LY12的静强度高约20%左右，但是LC4LC4而用LY12①控制应力水平：在较低的应力作用下，结构不易产生疲劳裂纹②避免构件形状和截面的急剧变化，应尽可能逐渐过渡或用较大的圆弧光滑连接。3、工艺方案的选择与确定①热处理LY12LY12-M245MpaLY12LY12-CZ当型材厚度小于5.0mm392Mpa294Mpa10%5.1~10.0mm412Mpa294Mpa10.1~20.0mm422Mpa，屈服强度为364Mpa；当型材厚度在20.0~40.0mm之间时，抗拉强度为441Mpa，屈服强度为313Mpa；当型材厚度大于40.0mm时，抗拉强度为392Mpa，屈服强度为294Mpa；以上状态下伸长率均为10%。②技术条件JT00-7普通铆接技术条件4JT00-64飞机零件、组件、部件重量控制4、发房外舱蒙皮工艺规程如下：名称材料牌LY12-M0-§样板名工艺装备编号称下料工序下料工检验工下料工下料工检验工检成型工序钣金工1检查来料：表面质量、材料牌号5钣金工检验按模胎修整，按工艺规程要求打印图号钢印模胎、百分表检表面质量、贴胎间隙。按ST00-21称重模胎、5KG台秤（1）垫板、加强梗钣金件的制造飞机钣金零件的协调飞机钣金零件的协调包括零件之间相互协调、零件与装配工艺装备之间的协调。①作用飞机钣金零件的协调可以减少装配和对接时的修配工作量，节省大量工时，缩短生产周期，降低生产成本有利于组织有节奏的批量生产，而且可避免出现由于强迫装配而产生的装配变形，以及飞机结构内产生的装配残余应力的集中，保证飞机的使用性能。②依据协调依据内容包括：数据尺寸、样板、标准工艺装备、移形工艺装备和标准实样。协调图表编制依据与其他指令性工艺文件的关系：产品图纸生产大纲——工艺总方案——标准工装协调图表——部件装配协调图表——钣金零件协调图表——钣金零件制造生产文件。③编制原则⑴、在具备一定物质、技术条件下，尽量采用数字量传递法，CAD/CAM工作法适用于各型飞机的研制、试制和批生产。⑵、采用模拟量传递法时，也要根据飞机特点、生产批量以及钣金零件的复杂程度，选择不同的协调方法：a、大、中型飞机采用模线样板——表面标准样件工作法；小型飞机（歼击机）可用模线样板6——标准样件工作法。b、研制、试制阶段，以模线样板工作法为主，并辅以少量的立体协调依据；批生产阶段，可根据产品的产量和各厂的经验，采用表面标准样件工作法或标准样件工作法。c、座舱、进气道、整流罩、发动机短舱、翼根等双曲度钣金零件，应采用表面标准样件工作法；而对单曲度钣金零件，则采用模线样板工作法。d、其他立体依据）制造；按样板精加工一部分工作面，按反模型（或其他立体依据）精加工另一部分工作面。样板和反模型分别作为该工艺装备的制造依据。该法积累误差大，应少用，如必须采用时，应确定合理的定位基准，以减少定位误差。⑶、综合应用法，是模拟量向数字量传递法过渡的一种方法，对于尚不完全具备CAD/CAM物质条件时采用。④步骤⑴、确定全机协调部位；⑵、选择各部位的协调方法；⑶、编制协调图表；⑷、确定各种工艺装备及技术条件。（2模线样板及工装的设计（简要）与使用理论模线按飞机理论图绘制，结构模线根据设计所发出的结构图绘制。样板是按照模线或数据而加工成的专用量具。钣金工艺垫板工艺规程：4、首件检验零件0.096净重7数量机床设状态表编号备检查来料：表面质量、材料牌号，规格尺寸擦净模胎及板材表面。钣金工钣金工钣金工检验工8钣金工按工艺规程要求盖图号印、胶印8检验工定钣金工艺加强梗工艺：名称材料LY12-M0-§1.2检检验工检验材料牌号、厚度、炉批号及表面质量百分表9按10A-T28检验。打印材料牌号，并开合格证落压工落压工热处理工落压工检验工热处理工钣金工检验工检验工1）零件贴胎间隙（2）查料印、淬火印（3）表面质量10按JT001-31规定对零件称重5KG台秤五、飞机的装配由于飞机结构不同于一般机械，在装配过程中，不能单靠零件自身的形状和尺寸的加准确性来装配出总装配过程中。用于控制其形状，几何参数，且具有定位功能。装配我型架是其中主要的一类。发房侧盖的装配用到的工具和设备有型架、托架、定位件、手提铆机。装配时骨架的定位组合、垫板蒙皮的上架定位保持零件的准确形状，限制零件变形。具体装配过程见装配工艺路线卡。101、装配准确度技术要求飞机装配准确度技术要求的主要内容：⑴、气动外缘准确度：包括外缘型值要求、外缘波纹度要求和表面平滑度要求。⑵、部件相对位置准确度：包括机翼、尾翼位置要求和操纵面位置要求。⑶、内部结构件位置准确度：包括基准轴线位置要求。⑷、结构件间配合准确度：包括不可卸零件间配合要求、叉耳对接接头配合要求和围框对接接头配合要求。⑸、部件功能性准确度：重量、重心、重量平衡、清洁度、密封性、接触电阻、表面保护、操纵性等的产品图样和设计技术条件所规定的装配技术要求。2、部件装配工艺设计的内容①单件划线根据飞机的结构工艺特征，合理地进行工艺分解，将部件划分为装配单元。确定装配基准和装配定位方法②部件装配基准是指保证飞机外形准确度所采用的外形零件的定位基准。装配基准是根据飞机气动外缘准确度要求在飞机结构设计时确定的。装配工艺设计的任务是采用合理的工艺方法和工艺装备来保证装配基准的实现。装配定位方法是指确定装配单元中各组成元素相互位置的方法。定位方法是在保证产品图样和技术条件要求的前提下，综合考虑操作简便、定位可靠、质量稳定、开敞性好、工装费用低和生产准备周期短等因素之后选定的。③准确度和互换以及装配协调的工艺方法为了保证部件的准确度和互换协调要求，必须制定合理的保证准确度的工艺方法和保证互换协调的协调方法。其内容包括制订装配协调方案、确定协调路线、选择标准工艺装备、确定工装和工装之间的协调关系、利用设计补偿和工艺补偿的措施等。④状态表部件提出的工艺状态要求。⑤工序、工步组成及各构造元素的装配顺序装配过程中的工序、工步组成包括：装配前的准备工作；零、组件的定位、夹紧、连接；系统、成品安装；互换部位的精加工；各种调整、试验、检测；清洗、称重和移交，以及工序检验和总检等。11装配顺序是指装配单元中各构造元素的先后安装次序。⑥设备及工装工作内容包括：⑴、编制通用工具清单；⑵、选择通用设备及专用设备的型号、规格、数量。⑶、申请工艺装备的项目、数量，并对工艺装备的功用、结构、性能提出设计技术要求。工艺装备包括以下几类：⑴、标准工艺装备：包括标准样件、标准模型、标准平板、标准量规及制造标工的过渡工装等。补铆夹具、专用钻孔装置及钻孔样板等。⑶、检验试验工装：包括测量台、试验台、振动台、清洗台、检验型架、平衡夹具及试验夹具等。⑷、地面设备：包括吊挂、托架、推车、千斤顶、工作梯等。⑸、专用刀量具：包括钻头、扩孔钻、铰（拉、镗）刀、锪钻、塞规（尺）及其他专用测量工具等。⑹、专用工具：包括拧紧、夹紧、密封、铆接、钻孔的工具等。⑺、二类工具：顶把、冲头等六、飞机制造技术的发展方向综观飞机制造业近百年的历史，尤其是近几十年来的发展史，飞机制造技术的发展由民用运输和军事用途强烈需求所牵引，并受到世界经济和科学技术发展的推动，形成了今天飞速发展和广泛应用的局面。机体零件加工：由于现代飞机尺寸增大，蒙皮厚度增加，以及成形性能较差的钛合金、铍合金、不锈钢板材的应用，对钣金成形技术提出更高的要求。不断使用各种大尺寸、大功率的型材拉弯机、蒙皮拉型机、强力旋压机和压力超过100兆帕(约1000公斤力/厘米2)的橡皮成形压床，并不断向超塑性成形、加热成形、真空蠕变成形、半模或无模成形技术方向发展。大型整体结构件的加工，如机翼整体壁板、翼梁、加强框等，它们形状复杂、切削加工量大、自身刚度差，采用工作台面很大（有的长达数十米）的、带有多个高速铣削头的现代数控铣床上加工。整体壁板的加工采用带真空吸盘的大面积工作台；加工立体形状复杂的大型框架，如座舱风挡骨架、舱门、窗零件，采用电加工、化学铣切等特种加工工艺。12CAD/CAPP/CAM系统广泛应用CAD/CAPP/CAM/CAE自动化设计制造应用软件以及DFX等并行工程，并有足够的工艺知识数据库、切削参数数据库、各种规范化的技术资料作为使能工具。材料的发展趋势：钛合金和复合材料含量大大提高，钢和铝逐渐降低，但是铝合金里面的铝锂合金比重提高。复合材料在飞机结构上已成功地用于制造舱门、舵面、垂直尾翼和直升机的旋翼。飞机制造的连接工艺：熔焊用于起落架、发动机架等钢制件的连接；接触点焊和滚焊用于不锈钢和铝合金钣金件的连接；金属胶接用于制造蜂窝结构。胶接制件表面光滑，疲劳特性好，但对于胶接面的准备、加温、加压控制都有严格要求。现代飞机