關鍵制造技術引領第一代飛機制造
http://www.debgrams.com 2013-06-14 11:01 來源：機電商報
近幾年，隨著國產大飛機項目和第四代飛機項目的順利推進，航空制造業已不同于傳統意義上的機械制造業，它是當今各種先進技術的綜合利用，集機械、電子、光學、信息科學、材料科學、生物科學、激光學、管理學等最新成果為一體，是多學科交叉、技術密集的高科技領域，其發展水平標志國家的頂尖制造技術水平，對整個裝備制造業的發展起著引領的作用。
航空制造技術對保證航空產品的性能、縮短研制周期、降低成本以及提高可靠性起著決定性的作用。航空先進制造技術不僅包括制造工藝與裝備技術，還包括制造系統管理技術、信息化及數字化集成技術以及為研究開發這些專用的技術而建設的實驗室和工程中心等。在第十三屆中國國際機床展覽會（CIMT2013）開展前一天舉行的召開的“創新·可持續發展”高層國際論壇上，沈陽飛機工業（集團）有限公司總經理袁立向與會人員詳細介紹了新一代飛機的制造特點和關鍵制造技術。
輕量化、隱身性、長壽命成為新一代飛機的標簽
袁立表示，隱身技術的進步是飛機設計和制造技術進步的最直觀、最顯著表現。而輕量化、長壽命、整體結構等則是新一代飛機最顯著的特點。
“從第一代飛機的鈑金成型、機械連接、焊接工藝到第二代飛機的復合材料、夾層結構、整體壁板結構，再到第三代飛機的結構整體化、精確加工成型工藝和高抗疲勞連接技術，直到第四代飛機大量采用復合材料和金屬的大型、整體結構件，并廣泛采用高效精密制造、自動裝配技術和數字化技術。每一代飛機都有顯著的技術特點，而這些特點也基本都是同時代機械制造技術的最高水平。”袁立介紹說。
據袁立介紹，新一代飛機的輕量化、隱身性、長壽命、多結構和快速響應等特點，要求新一代飛機大量采用新材料、新結構、新加工方法和新裝配模式。如復合材料、鈦合金、鋁鋰合金等新材料的大量使用，結構件整體化、翼身融合等新結構的推廣，超塑成形、激光快速成型、鏡像銑切等新加工方法應用，柔性工裝、自動制孔、自動鉚接、自動化生產線等新裝配模式的采用。“第四代飛機采用整體結構、翼身融合、S進氣道等新結構，可以滿足飛機輕量化和隱身性的要求，如新型T50的零件數量僅僅是Su27的1/4。超塑成形/擴散連接、蒙皮鏡像銑切、柔性多點成形、激光快速成形等新加工方法不斷涌現，則滿足了新一代飛機輕量化、長壽命、多構型等需求。”袁立認為。
袁立同時表示，傳統的裝配模式數量多、檢修路線長、占地面積大、制造周期長，已經無法滿足新一代飛機的裝配要求。新型裝配模式對于研制型飛機的柔性可重構要求，具有柔性化、數字化、快速響應、研制周期短等特點。對于批量生產飛機的自動化生產流程的要求，具有自動化、數字化、精準化和智能化的特點。
一體化、數字化、柔性化成為制造技術的關鍵
對于最新的飛機制造技術，袁立介紹說，新一代飛機制造的關鍵技術主要包括一體化設計制造技術、數字化精準制造技術、結構件整體加工技術、數字化精準定位、測量技術、柔性化快速制造技術等。其中，一體化設計制造技術是指包括知識庫、標準規范等知識維的智力資源，工藝、工裝、綜合航電、功能系統、機體機構等空間維的各專業協同設計，零件和產品、加工和檢驗等時間維的并行設計。
數字化精準制造技術包括機加零件精準制造、鈑金零件精準成型、復材零件精準成型、鈦合金焊接技術、激光、電子束快速成型、系統附件精密制造技術、鍛鑄間近凈成型等。其中，機加零件精準制造又包括高效數控加工技術、鈦合金高效加工技術、精密/超精密加工技術、鈦合金標準件制造技術和數字測量技術。
“鈑金零件精準成型包括沖壓、蒙拉、橡皮囊成型、高溫熱成形、型材拉伸、導管彎曲、導管內高壓漲形、超塑性成型等鈑金成型工藝，應用鈑金仿真分析軟件進行復雜成型分析，可以提高鈑金制造能力，消除起皺、回彈等問題。”袁立表示，蒙皮作為構成飛機氣動外形的關鍵零件，具有多品種、小批量、形狀復雜、成形精度要求高等特點，可以建立基于柔性多點工裝、蒙皮壁板零件銑削加工工裝等裝備的數字化蒙皮成形生產線（成型、切邊、化銑、刻型等）。
“超塑成形/擴散連接可代替構件傳統的鉚接、螺接、膠接等連接方法，有效降低零件重量和減少零件數量，實現構件的整體制造。”袁立介紹說，“以波音737熱防護板為例，傳統設計需要32個鈷鎳鐵合金零件，采用SPF/DB設計之后，只需要2個Ti-6Al-4V零件，重量降低了27.3磅，減少68%的制造成本。”
據袁立介紹，復材零件精準成型包括復合材料構件激光定位鋪貼成型、帶加強筋壁板膠接共固化、大型雙曲度復合材料壁板制造、復合材料承力梁、肋及接頭零件制造、復合材料模具制造、復合材料的無損探傷技術等。而鈦合金焊接技術包括焊接工藝過程數字仿真、基礎工藝參數研究、優化工藝設計、控制焊接收縮與變形、電子束焊、激光焊等自動化焊接。
“激光、電子束快速成型則主要是指3D打印技術，通過3D CAD建模、分層處理生成加工路徑，熱源溶化金屬材料，進而形成異形、復雜、難加工的金屬零件。”在袁立看來，隨著3D打印技術的成熟，未來航空制造領域將有大量的應用。
袁立表示，數字化精準定位、測量技術包括基于全三維模型的檢測、零部件的快速檢測設備（三維照相機、激光裝置等）、測量輔助裝置（機械臂、轉臺等）、與全三維模型快速比對分析處理軟件等。自動化輔助運輸則是指氣墊運輸技術與測量定位技術（iGPS）、數字技術相結合，實現飛機部件在對接過程中的平穩運輸，大大提高了飛機裝配的工作效率和質量。
柔性化快速制造技術主要是指數字化柔性生產線，包括柔性工裝、自動制孔鉚接、數字化檢測、自動化輔助運輸、信息化集成管理。其中，柔性工裝主要是指后機身柔性工裝平臺、后機身自動制孔柔性翻轉工裝平臺、翼身整體機構后段數字化柔性工裝、大部件對接柔性裝配系統等可實現柔性化的工裝。自動制孔鉚接主要是通過爬行機器人自動制孔設備、數控托盤-D型自動鉆鉚接設備、機器人托架-C型自動鉆鉚接設備等實現自動化，具備自動鉆孔、自動選釘、送釘、自動鉚接、銑削、涂膠等功能。袁立表示，以F35數字化柔性裝配生產線為例，就包括面向裝配的整體化、模塊化設計、激光跟蹤監測技術、自動化柔性定位系統、大部件自動化對接系統、先進鉆孔系統和自動化輔助設備等。
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