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[高端制造] 国内航空钣金装备技术现状与发展

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暴力英雄 发表于 2011-7-30 02:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 暴力英雄 于 2011-7-30 02:52 编辑

国内航空钣金装备技术现状与发展
       航空钣金装备技术是一项重要的国防关键技术,是航空制造技术升级的重要基础,对于促进航空产品的升级换代,提高产品性能,缩短研制周期具有重要支撑作用。国内航空钣金装备技术经过几十年的发展,其设计与制造水平有了长足的进步,形成了一套完整的体系,为航空工业关键零部件的生产提供了重要支撑,但我国航空钣金装备在设计与制造方面仍与国外有较大差距,还不能完全满足航空工业发展的需求。
       航空钣金零件的显著特点是大型化、集成化和轻量化,主要包括板类零件和回转类零件,板类零件主要是蒙皮、壁板以及一些多层结构,用来达到保证飞机的气动性能和降低重量的目的;回转类零件主要是发动机机匣、导管等。航空钣金结构零件对于提高飞机和发动机性能发挥了重要的作用,其制造技术强烈依赖于航空钣金装备的研发水平,航空钣金装备为钣金成形技术的实现提供了平台,同时,航空钣金新工艺、新技术也 促进了装备的发展。
      航空钣金装备服务于钣金成形技术的要求,航空钣金零件的特点也决定了其装备具有大型化和专用化特点,航空钣金装备主要有蒙皮拉形设备、喷丸成形设备、超塑成形设备、热蠕变成形设备、旋压成形设备以及管件成形与连接设备等。随着航空技术的发展,现代飞机对可靠性、效费比、服役性能 等提出了更高的要求。一方面,钣金结构件的整体化和复杂化趋势越来越明显,新结构不断涌现;另一方面,新材料的应用也呈增加的趋势,这不仅给钣金成形技术 本身提出了新课题,而且也为航空钣金装备的发展提供了源动力。航空钣金成形装备在新材料与新工艺研究、新结构与新机研制过程中发挥着越来越重要的作用。
航空钣金装备技术的发展
1 蒙皮拉形设备
       蒙皮拉形设备是飞机蒙皮成形的关键设备,按其作用原理可分为台动式拉形机和台钳双动式拉形机两类。台动式拉形机用于横向拉形,台钳双动式拉形机则主要用 于纵向拉形。蒙皮加工的成形力主要由拉形机钳口的运动产生,同时还涉及模具的垂直运动,相对于其他冲压工艺来讲,拉形参数及运动方式更为复杂。我国航空工 业传统的蒙皮拉形机多是20世纪五六十年代从原苏联引进或自行设计制造的。前苏联的PO-250 型蒙皮纵拉成形机可以成形单、双和变曲度蒙皮件,最大拉力 2700kN,加工板材尺寸为8000mm×2200mm×6mm。这些设备控制方式一般为手动,存在着自动化程度低、控制精度差、生产效率低以及操作人员工作强度大等问题,蒙皮零件的成形质量不仅受各种工艺条件因素的影响,与操作人员的技术水平和熟练程度关系也很大,因而零件的一致性、重复性差,质量难于保证。
       20 世纪80 年代中后期以来,我国陆续从法国阿尔斯通-ACB、美国RYRIL-BATH 公司引进了一些蒙皮拉形机,如FET600T、 FET1200T、FEL2×350T、VTL1000 等。从法国引进的FET-1200 蒙皮拉形机的最大拉力为12000kN,采用计算机数控技术和电 液伺服技术实现自动控制。国外的拉形机性能稳定可靠,操作方便,液压系统稳定,故障少,且专业化程度高,呈系列化,并具有良好的人机界面,可以对台面和夹 钳的运动进行连续控制,可以成形复杂蒙皮零件,为提高蒙皮制造水平和改善蒙皮质量创造了良好的硬件环境。
       北京航空制造工程研究所在六七十年代先后研制了ML-1、ML-2 系列的蒙皮拉形机,装备于一些航空主机厂并应用于飞机蒙皮的研制与生产。随着国内设计、制造和控制水平的提高,一些研究院所和高校一方面自行设计制造蒙皮拉形机,以满足实际生产的需要;另一方面,针对传统蒙皮拉形机进行了数控改造,以期在生产中发挥更大的作用。北京航空航天大学在拉形机的结构设计、运动仿真和系统控制方面开展了大量的研发工作,研制了国内首台数控蒙皮拉形试验机,最大拉形力为 1000kN,拉形零件毛坯最大尺寸1600mm×800mm,蒙皮拉形过程中实现了拉伸油缸和上顶油缸的位移和速度精确控制,系统采用电液伺服阀控制, 并且通过光栅返回油缸的运动位移,通过拉线式编码器测量夹钳的摆动和俯仰角度,应用力传感器测量拉伸力和上顶力的大小,系统通过对电液伺服阀、电气系统和 液压系统的控制驱动试验机各油缸运动,同时将采集到的位移和力的数据传送给上位机,构成一个闭环控制系统,实现对数控蒙皮拉形试验机的位移控制和力控制。 针对国产的ML-2 蒙皮拉形机,华中科技大学采用可编程序控制器和示教/再现技术对传统蒙皮拉形机实现了数字化控制。
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2 喷丸成形设备
       喷丸成形设备是成形飞机大型整体壁板的专用装备,按照弹丸的加速方式可分为喷丸和抛丸两种,前者利用压缩空气加速弹丸,后者则利用电、气、液等驱动的叶轮系统离心力加速弹丸。喷丸设备和抛丸设备的特点见表1。
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       由于抛丸技术在加工飞机整体壁板时的有效性,在某些场合甚至是唯一有效的方法,欧美等国先后研制了专用的抛丸成形设备,用于壁板的成形加工。第一批抛丸 成形设备是在喷丸强化设备基础上稍加改造而成的,随着各国研究人员对喷丸成形技术的认识,为了挖掘其工艺和设备潜力,对喷丸设备的弹丸加速系统、弹丸循环系统、喷头或工件位移机械化和喷嘴结构等方面进行了大量改进,并实现了NC 或CNC 控制。国内只有北京航空制造工程研究所自行研制SPW-1、JKQ- 001、SPW-2、SPW-3 等型号的喷丸设备,见表2。目前国内应用的喷丸成形设备仍以国外引进为主。
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3 超塑成形设备
       超塑成形(SPF)及超塑成形/扩散连接(SPF/DB)是一种低成本、高效益、近无余量的成形与连接技术,可以加工其他方法无法加工的多层空心结构。 该技术已成为一种推动现代航空航天结构设计概念发展和突破传统钣金成形方法的先进制造技术,展示出巨大的技术经济效益。超塑成形设备是实现SPF 及 SPF/DB 技术的专用装备,可以通过改造通用压力机的方法来制作,也可以制造专用的SPF 设备。美、法、英都有专业的SPF 设备制造公司,法国的ACB 是一家较大的钣金设备制造公司,为多家航空企业研制了多台专业SPF 设备,曾于1994 年研制了一台28000kN 的SPF 设备,台面尺寸 2290mm×5350mm。英国CHESTER公司生产的部分SPF 设备见表3,美国的MURDOCK、WHITE 等公司也生产了多台SPF 设备。
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       国内主要通过改造通用压机用于SPF 和SPF/DB的试验研究,即在通用液压机的基础上,自行设计制造加热系统、气源系统和控制系统。北京航空制造工程 研究所先后对1000kN、3000kN 和5000kN 通用液压机进行了改造,并利用这些设备开展了大量的试验研究和生产。本世纪初,随着国内设计和研究 人员对钛合金SPF 和SPF/DB 结构的深入认识,SPF/DB 结构在航空领域的应用数量和水平不断提高,现有的设备远远不能满足科研生产的需要,各主机厂所先后从欧美等国引进了多台SPF 专用设备。SPF/DB 专用设备在功能上可以实现气压、背压管理和成形控制的计算机管理,通过仪表显示和监控整个成形过程,并采用电阻加热平台。
4 热成形压机
       热成形压机主要用于难变形板料的冲压拉伸成形。某些材料的室温塑性低,成形性能差,难以在室温下成形,须加热到一定的温度以提高其塑性,获得较高的变形 能力,钛合金、高温合金等材料的成形就有这种要求。具备这种能力的设备在原理上与室温冲压拉伸设备有相似之处,但需要增加加热系统,其热成形机是双动液压机和电炉的有机结合体。
       热成形压机主要结构形式有蚌壳式(翻转式)、C 型、框架式和四柱式几种,其中蚌壳式结构现已很少采用,主要原因是由于 其温度损失大,难于保温。美国的SHERIDAN-GRAY公司分别于1958 年和1965 年研制了首台专用蚌壳式和C 型热成形压机,随后又生产数台蚌壳式和C 型结构压机分别安装于DOUGLAS、NORTHROP 和BOEING 公司。此外,美国的MURDOCK、瑞典的ASEA 和法国ACB 等公司先后 研制了C 型和框架式热成形压机。我国热成形压机的研制始于70 年代初期,1970 年由北京航空制造工程研究所研制成功首台C 型结构RX-1 专用热成形压 机,随后国内其他单位也根据生产需要研制了一批热成形压机,见表4。
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       80~90 年代期间,热成形压机的研制基本处于停滞状态。本世纪初,随着钛合金钣金结构应用数量和水平的提高,国内先后从美国MURDOCK 公司和法国的ACB 公司引进多台热成形压机,为提升国内钛合金钣金结构的制造水平发挥了积极作用。
5 旋压成形设备
       20 世纪60 年代初,为了解决某些产品的成形问题,部分军工部门(主要是航空航天领域)开始应用旋压技术加工诸如飞机副油箱、发动机燃烧室等产品,开始 采用自制的非常简单的旋压设备加工成形制品。基于这种现状,航空、航天、兵器和机械工业部门先后研制了多台旋压设备,在一定程度上解决了某些关键零件的加工问题。北京航空制造工程研究所是国内率先开展旋压设备研制的单位,先后研制了PX 系列普通旋压机床和SY 系列强力旋压机床,共计30 余台。随后,北京有色金属研究总院、北京航空航天大学、西安重型机械研究所、青海重型机床厂、福建机械科学研究院、长春兵器五十五所、武汉重型机床厂等单位也有各自的旋压设 备问世,大多为简单的机械或液压仿形机床,结构形式多为卧式双旋轮,最大吨位为600kN,可旋压最大零件直径2400mm。由于受到国内当时制造业整体水平和设计水平的限制,这些设备普遍存在一些问题,表现为:可靠性差,机床故障多;液压元器件质量不稳定,跑冒滴漏现象严重;机床操作系统落后,致使旋压 工艺不连续,制品质量低;设计与工艺人员欠缺充分交流与沟通,有些机床功能不够完善。
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      鉴于国内旋压设备存在的问题,20 世纪70 年代末至今,各部门陆续引进几十台国外旋压机床,大多由西班牙、德国、美国、俄罗斯、意大利等国家制造,机床的性能稳定可靠,操作方便,液压系统稳定,故障少,且专业化程度高,呈系列化。同时,通过对引进机床的使用、消化与吸收,加之国内制造业水平和控制水平的提高,旋压机的设计、制造以及性能水平均有了大幅度提升。近年来,北京航空制造工程研究所、长春设备工艺研究所和北京航空航天大学现代技术研究所等单位在总结过去研制经验的基础上,瞄准国际水平,运用先进的设计 方法与理念,采用了SIMENS840D 和BOSCH 比例伺服阀控制系统、伺服油缸驱动、光栅位置反馈、滚动导轨导向和交流变频调速等先进技术,推出新一代国产CNC 强力旋压机床,实现了国产旋压机的升级换代,其最大设备吨位为600kN,整机性能达到了国际水平。
航空钣金装备技术的现状
       目前,国内航空钣金装备以引进设备为主、国内研制为辅。引进设备的性能稳定可靠,操作方便,故障少,且专业化程度高,呈系列化,基本可以满足国内航空钣金件的制造要求。同时,随着国内设计方法和手段的进步以及整体制造水平和控制水平的提高,加之元器件采购的国际化及其系统开放性,并通过对引进机床的使用、消化与吸收,国内航空钣金装备的设计、制造以及性能水平均有了大幅度的提升,具备了各种航空钣金装备的研发能力和制造条件,具体体现在以下几个方面:
(1)随着对钣金成形理论研究的深入以及有限元技术的发展,设计方法和手段的不断完善,可以实现对主要承载部件的精确建模和有限元分析,使其结构布局以及结构的材料和应力分布更趋合理,提高了设备的可靠性。
(2)国内结构件(特别是大型结构件)的制造能力和加工精度显著提高,设备的整机精度也显著提高。以旋压机为例,其横向定位精度 0.012~0.015mm,重复定位精度0.008~0.010mm,纵向定位精度0.012~0.020mm,重复定位精度 0.006~0.012mm,主轴径向跳动0.010~0.020mm,主轴端面跳动0.010~0.020mm。
(3)国内外控制系统较为成熟,主要有德国SIEMENS、法国NUM、日本FANUC 以及国内的中国珠峰数控公司、北京航天数控系统公司、华中数控公司、沈阳高档数控国家工程研究中心研制的控制系统,可根据设备精度、驱动电机功率和用户要求进行选择。同时,国外控制系统不仅针对用户需求开发了专用模块,而且具有良好的开放性,用 户可以根据自己的设计要求进行二次开发,完全可以满足航空钣金装备的控制要求。如SIEMENS 公司的840D系统内嵌了专用于电液伺服的驱动模块,设有 多项可调参数,如PID 前馈控制、死区补偿、摩擦力、非线性补偿等,并可以通过友好的人机界面方便地进行修改与设置,与所选用的伺服阀和油缸相匹配,为系 统的动/静态特性的调试带来了方便。
(4)航空钣金装备的驱动系统主要有液压驱动、机械驱动和电机直接驱动几种,这些驱动系统与其他装备行业 相一致,其设计理论与方法、制造技术较为成熟。特别是国内的液压系统的“跑、冒、滴、漏”现象基本解决,液压元器件质量大为提高,有些高品质元器件也可以 通过国际化采购,伺服油缸的制造精度也大为提高,可以满足航空钣金设备的系统稳定性以及动/静态特性要求。
(5)国内航空钣金制造技术经过几十年的研究与探索,工艺方法与理论不断完善,特别是航空钣金数字化制造也取得了初步成果,积累了丰富的工艺经验与诀窍,为航空钣金装备的参数与结构优化、改造与改型奠定了坚实的基础。
       国内航空钣金装备技术的进步不仅强烈依赖于设计水平和制造水平的提高,而且与其专业化程度等诸多因素有关,与国外相比仍有不小的差距,其原因大致有:
(1)国外航空钣金设备制造公司专业化程度高,有一支专业化的设计队伍,形成了一整套的设计、制造与调试体系;国内没有像通用压力机那样形成专业化的生 产厂家,仅是个别研究院所针对航空钣金的需求开展了一些研制工作,研究和单位人员分散,工艺适应性较差,产品集成化程度较低,不利于航空钣金设备整体水平的提高。
(2)国内航空钣金设备水平受到一些关键部件的制约,如超塑成形设备和热成形设备的金属平台和陶瓷平台、喷丸成形设备的弹丸流量控制器以及大型构件的加工等。
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航空钣金装备技术展望
       随着航空工业的发展,钣金零件的大型化和整体化趋势愈来愈明显,大型化也是航空钣金装备发展趋势之一,而一些大型钣金装备也是欧美等国限制我国引进的机 电产品,因此,大型航空钣金装备必须走自主开发之路。同时,国内航空钣金装备的研制与生产基本上根据用户要求而定,各单位甚至同一单位研制的设备没有形成 系列,不同型号设备参数范围或相互重叠过多,或差距过大,没有形成合理的级差,不利于钣金设备整体水平的提高。
      针对航空工业发展过程出现的新技术、新工艺以及新材料与新结构,一方面,要不断改进现有设备,以提高设备的加工能力,如通过在热成形设备上增加侧缸,可以实现一些空间钣金构件的成形;另一方面,要充分利用新技术与新工艺来促进新装备的研发,多点成形就是一个例证。

文章来源:航空制造技术 2009年1期

langge945 发表于 2013-7-16 11:31 | 显示全部楼层
做航空镁铝铸造的引领者

——走进中航工业东安铸造优异中心
本报记者  于萱 通讯员 陈小静

2013-07-15 19:00:10

在中航工业东安,大家都用“苦脏累”三个字来形容铸造优异中心的工作。可就是在这样艰苦的环境下,铸造优异中心取得了不俗的成绩,实现了一个又一个飞跃。回顾东安镁铝铸造的发展历程,航空锻铸公司党委书记、副总经理左钢颇有感触。作为中航工业所属企业中掌握大型复杂镁铝合金机匣铸造技术的生产厂家,东安曾成功研制生产出熔化重量达1吨的直8主机匣铸件,创下了中国航空工业大型镁合金铸件生产的纪录。

  

“航空镁铝铸造实力奠定领先基础”

上世纪90年代,东安出色地完成了直8主机匣的铸造任务,填补了我国大型航空镁合金铸造的空白。据左钢介绍,直8主机匣是直8的关键部件,在铸造过程中遇到重重困难。由于镁合金非常活泼,经常出现燃烧、爆炸等情况,危险程度高,但即便面对这样的困难,技术人员和工人们丝毫没有退缩。“航空报国”的强烈责任感和使命感,鼓舞着他们迎难而上。

中航工业发动机首席技术专家、东安铸造专业总冶金师刘洪汇告诉记者,航空工业是高科技领域,在极端条件下工作的航空产品对所用的材料提出了苛刻的性能要求。从技术难度上讲,随着飞机性能的提高,在设计源头就对铸件毛坯有了较高要求。以前两个部分加工完组合在一起的毛坯,现在在最初阶段就按照一个整体进行设计,并且对铸件成分、力学性能、耐压性、尺寸精度的要求也越来越高。刘洪汇说,航空铸件产品的集成度高,工艺复杂。目前我国研制的飞行器铸件向大型、复杂、薄壁、多内置油路的方向发展,有些铸件结构特别复杂,在保证产品成型的同时,也要保证其形状、尺寸、强度和化学成分符合工艺要求。另外,由于部分铸件产品是国家以前从来没有研制过的,需要创新的地方也很多,这就对铸造优异中心提出了更高的要求。

“铸造能力的提高离不开技术创新”

进入今年以来,中航工业东安的科研生产任务快速增加,作为第一道工序的铸造优异中心,担子更是不轻。铸造优异中心党支部书记葛红岩说,由于机加工、装配、试车等其他后续工序的生产周期固定,如果铸造出现问题,耽误生产时间,就会直接影响最终产品的交付时间。因此,提高铸造能力,保证产品合格率,按节点交付产品就成为铸造优异中心一直以来坚持的目标。

“铸件质量的提高一靠工艺,二靠操作者的现场执行。”技术室主任韩永华对记者说道,工艺水平的提高要靠技术创新。铸造优异中心的工人们在长期的生产实践中,形成了勇于革新、善于创新的浓厚氛围。各类技术革新成果层出不穷。为了及时解决生产过程中遇到的各种难题,中心每周要召开三到四次的质量分析会。会上,技术员和操作工人聚集在一起分析问题产生的原因,改进生产工序。针对不同的科研新品,中心还陆续成立了由技术骨干牵头的攻关小组,解决了生产中遇到的大量难题,生产效率有了质的飞跃。

技术的创新不能仅靠单打独斗,如果没有形成合力就好像一滴水没有融入大海,其结果必然难逃蒸发的厄运。在铸造优异中心,形成了老师傅“传帮带”和年轻人“学赶超”的良好氛围,一批技术新秀迅速脱颖而出。韩永华谈道,镁铝铸造对集体协作的能力要求很高。铸造优异中心始终把团队和谐作为中心建设的基础性工作常抓不懈,有力地促进了生产任务和技术创新的圆满完成。

  

“镁铝铸造岗位上

有一批这样的奉献者”  

姜伟宏已经从事镁铝铸造工作16年了,所有的工序都接触过。他回忆起自己从事的第一个工种——熔化,“熔化是镁铝铸造过程中操作环境最艰苦的一道工序。由于是高温作业,为保证生产安全,在作业时工人们要穿戴很厚的防护服和头盔,站在近70摄氏度的高温环境中连续作业15分钟左右,每次处理完活儿身上的衣服都湿透了。”

“熔化和组型是铸造过程的关键环节。”镁合金熔化的班组长吕双权告诉记者,熔化这道工序对操作工人的技能、工艺流程的执行力和集体配合能力要求很高,而组型工作全靠手工来控制质量,是个特别精细的活儿。这两道工序把握不好,会导致铸件报废。为此,工人利用业余时间查阅工艺流程熟悉操作步骤,为的是在作业时做到精准迅速熟练,确保产品质量。

左钢告诉记者,2013年是中航工业的“市场效益年”,除了稳步提高产品质量,降低废品损失,提升市场效益外,铸造优异中心也将进一步发挥技术装备优势,增强科技创新能力,弘扬团队协作精神,继续推进铸件质量的稳步提升,向航空镁铝铸造“国内一流,世界知名”的方向迈进。
http://114.113.227.14/epaper/zgh ... /story/352177.shtml
 楼主| 暴力英雄 发表于 2013-8-5 09:19 | 显示全部楼层
本帖最后由 暴力英雄 于 2013-8-5 09:20 编辑

航空钣金成形技术研究应用现状与发展建议
http://www.ceaa.org.cn/diewen/xinjishuyuqushi/2013/0310/2902.html
2013-03-07 作者:曾元松 来源:中国航空报
       钣金成形技术是利用金属板材、型材和管材在一定载荷条件下具有的塑性变形特点来实现零件形状和组织性能改变的一种加工技术。钣金成形技术在航空、航天、汽车、兵器等工业中占有非常重要的地位。以飞机制造为例,钣金零件数量占整架飞机零件总数量的50%,加工工时占全机的20%,其数量在战斗机中超过1万件,轰炸机中4万件以上,大型运输机和干线客机中达6万件之多。可见,钣金零件制造对飞机制造质量、周期和成本有着重要影响。按照成形的坯料形式,航空钣金成形技术可分为:板材成形技术、型材成形技术和管材成形技术。
国外航空钣金成形技术的水平与发展趋势
       当前,航空钣金成形技术在深度和广度上都取得了前所未有的进展,其特征是与高新技术结合,在方法和体系上开始发生很大变化。新结构和新材料的不断涌现,也为航空钣金成形技术提出了新的挑战,主要表现在:
       薄壁轻量化整体构件成形技术在武器装备制造中的地位和作用越来越突出。由于整体结构在减重、减少零件数量和装配工作量、提高构件整体性能方面具有明显的优势,已经成为先进飞机和发动机的主要结构形式。针对这些整体构件的成形方法和技术,如钛合金薄壁空心构件的SPF/DB技术、大型带筋整体壁板的喷丸成形和蠕变时效成形技术将越来越得到重视和发展。以超塑成形/扩散连接技术为例,美国F-22飞机的后机身有8块高强钛合金SPF/DB隔热板,尺寸为915′635′1~4mm。B-2飞机上的钛合金SPF/DB零件尺寸为1200′3600mm,厚度为6.3mm。采用超塑成形/扩散连接技术研制的B737-NG的反推力热防护壳体与原来的铆接结构相比,零件数量从32个减少到3个,减重27.3磅,成本降低68%。
       英国罗罗公司采用超塑成形技术研制出钛合金三层结构宽弦空心风扇叶片,叶片减重35%~40%,相当于原叶片的1/3,每台发动机装26片叶片可减重90.7千克,提高了发动机效率4%,减少了燃油的消耗量,减低了噪音,成为该公司在发动机研制领域技术领先的标志,举世瞩目。
       轻质、高强、耐高温新材料制备及构件制造一体化技术将作为提高新一代武器装备性能的重要手段。随着空天飞机等高超声速飞行器和新一代航空发动机研制的需求,轻质、高强、耐高温材料及构件制造技术将成为研究的热点和趋势。SiC连续纤维增强钛基复合材料是通过在钛合金基体中加入高性能SiC纤维,充分发挥基体材料与纤维的协同作用,集SiC长纤维的高强度、高刚性和高抗蠕变性能与钛合金的轻质高比强、高比刚度的特性于一体,获得单一材料无法比拟的优异性能,成为一种倍受关注的先进复合材料。SiC连续纤维增强钛基复合材料在现代航空航天飞行器和高推重比发动机中上的应用,不仅可以获得15%~78%减重效果,而且可以显著提高使用温度和服役性能,将对未来的航空航天飞行器和先进发动机的设计和制造带来革命性变革。
       此外,Ti-Al系金属间化合物在发动机高温部件方面具有很强的优势。
       高比强泡沫铝和泡沫钛夹芯结构以及空间非连续点阵结构将有望在新一代飞行器蒙皮和壁板结构中得到应用,以进一步实现减重和提高性能的目的。
       与先进焊接技术的结合,使钣金成形零件突破了板材尺寸和设备台面尺寸的限制,使大型构件的制造成为可能。波音公司采用搅拌摩擦焊/超塑成形工艺研制了直径达4米的大型发动机唇口。美国国家航空航天局(NASA)与洛克希德·马丁公司合作利用搅拌摩擦焊工艺和旋压成形技术研制了直径达5.5米,深度达1.6米的2195铝锂合金火箭液体燃料箱封头,并使用了比普通铝合金质量更轻,强度更高的2195铝锂合金,不仅能够提高零件强度而且能够有效降低火箭液体燃料箱的重量,具有很高的技术与经济效益。
       计算机技术、信息技术、现代测控技术与钣金成形技术的相互渗透与交叉融合,推动了精密钣金成形技术的发展。以蒙皮拉形为例,数控加工实体模具的应用和新型柔性多点模具技术的引入,使蒙皮零件几何信息传递方式由原有的以物理量传递方式改变为以数字量方式传递。吸盘式柔性夹持工装的应用,推动了蒙皮数字化切边和数字化检测技术的应用与发展。与传统工艺方法相比,柔性夹持工装采用以点代面的方式拟合蒙皮外形,可实现零件精确切边,避免装配中二次修边,同时减少了过去的实体切边、化铣刻线样板工装。同时,柔性多点模具的应用可以解决多年来困扰制造业的模具数量庞大、模具设计制造周期长、模具型面修正耗时长、费用高等问题。将工艺数字化与柔性多点模具工装数字化紧密结合,亦大力推进了钣金成形领域的数字化水平。
我国航空钣金成形技术的现状与发展建议
       近几年来,随着国家对武器装备制造技术研究的持续投入和型号研制需求的推动,我国航空钣金成形技术取得了长足的进度。如突破了大型超临界机翼整体壁板数控喷丸成形技术,为ARJ21新支线飞机和C919大型客机的成功研制解决了重要的核心关键技术;两层超塑成形扩散连接空心整体结构已经在飞机的壁板和口盖上大量使用,四层超塑成形扩散连接空心整体结构已经在发动机整流叶片上大批量生产,取得了良好的减重效果和整体性能;研制成功了大型柔性多点蒙皮拉形模具和柔性支撑托架,初步具备了实现了蒙皮零件全过程数字化制造的技术能力;飞机导管类零件实现了基于MBD的数字化制造、数字化检测和数字化装配,极大提高了导管系统的制造质量和效率;采用旋压成形技术研制出了高温合金航空发动机机匣零件,极大地提高了材料利用率;研制出了具有自主知识产权的大型数控热成形设备和大型旋压设备,保障了重点型号产品的研制和生产;各主机厂大量引进和使用数控成形设备以替代落后的手工操作设备,自动化程度大幅提高。但是,我国航空钣金成形技术与国外相比,还存在如下差距:
       成形工艺与材料、结构设计和性能测试的综合集成不足。如机翼壁板蠕变时效成形技术受到可时效强化铝合金材料的限制,要尽快应用到型号上发挥其高效低成本的优势还需设计、材料和工艺一起开展大量研究工作。
       新工艺方法的原始创新不足。国内长期以来在成形技术领域处于跟踪模仿阶段,属于国内原创性的新工艺和新方法不多。
在成形加工专用设备的研制和自动化方面存在差距。高端成形加工设备如大型蒙皮拉形设备、大型数控喷丸设备、超塑成形设备和数控弯管设备等,国内目前还严重依赖进口。
         为了尽快缩短与国外的差距,建议尽快开展如下几方面工作::
       以型号需求为牵引,以型号攻关等工程化应用项目为桥梁,努力将已具备一定技术成熟度的优势项目应用到型号上,促进技术成果尽快转化成生产力。近年来,中航工业制造所结合ARJ21飞机的研制成功将喷丸成形技术应用到ARJ21超临界机翼整体壁板的研制和生产上,在此基础上,通过进一步的技术攻关和优化改进,又将该项技术成功应用到了大型飞机整体壁板的研制中,取得了很好的技术经济效益。在成熟的四层薄板空心结构SPF/DB的基础上,进一步开展薄板+实体的混杂空心整体结构SPF/DB技术攻关,并成功应用于导弹舵翼面上,使构件减重达40%。
       以国际先进技术水平为目标,通过基金项目、预先研究项目、重大基础研究项目等基础研究和应用基础研究项目,鼓励技术人员进行原始创新、集成创新和引进、消化、吸收再创新,实现我国航空钣金成形技术的可持续发展。
       尽快创建航空钣金成形技术或大型薄壁构件成形技术重点实验室,以重点实验室为平台,以成形工艺为核心,建立健全设计-材料-工艺-测试为一体的研发团队和研发模式,最大限度地发挥核心成形技术的优势和作用,促进成形技术的创新研发和成果的工程化应用。 钣金成形技术作为航空制造技术体系中的重要技术类别,目前尚未成立任何专门的行业内重点实验室或研发中心,严重制约了该项技术在技术创新和成果转化方面应该发挥的重要作用。
       重视成形加工专用装备研制和工艺标准规范建设,以专用成形设备和工艺标准为载体,使先进成形加工技术实现产品+设备+标准的全方位发展。设备是工艺的载体,在注重工艺技术发展的同时,应关注装备技术的协调发展,对于某些特殊、关键的设备,应通过科研提升自主保障能力,以免受制于人,如超塑成形设备、热成形设备、旋压设备等。 同时,只有形成系统的工艺标准规范,才能使先进技术成果真正转化为生产力。


       作者简介:


                               
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      曾元松,博士,研究员,博士生导师,中航工业塑性加工技术首席技术专家,现任中航工业北京航空制造工程研究所副所长。1997年毕业于哈尔滨工业大学,长期从事航空塑性加工技术研究。重点研究方向包括:喷丸成形与强化技术、蠕变时效成形技术、管件成形与连接技术、柔性多点模具成形技术和金属成形设备开发。主持了多项装备预研和重点型号工艺攻关工作,解决了大型超临界机翼整体壁板喷丸成形技术等大飞机制造关键技术问题。获得国家科技进步二等奖、全国劳动模范、中国青年科技奖、光华工程青年奖和中航工业优秀共产党员等多项荣誉。
 楼主| 暴力英雄 发表于 2013-8-5 09:22 | 显示全部楼层
第二届航空先进制造技术与专用装备应用解决方案论坛在北京召开 2013-05-14 18:07:19
       为响应中航工业制造所“制造技术万里行”活动,广泛深入开展以技术交流、产品推广活动,4月22日第二届航空先进制造技术与专用装备应用解决方案论坛在北京京民大厦举行。论坛由中航工业制造所和中航工业航空专用装备研发工程中心主办,中航时代文化传播有限公司承办。

                               
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      此次会议以航空专用装备工程中心为平台,立足航空,面向国防,利用工艺研究、装备研发、技术服务的综合优势,联合国内外有关航空专用装备研制的科研院校、企业集团等资源,积极探索并通过“工艺+装备+服务”的整体解决方案推广先进制造技术。从增量制造、高能束流、金属成型、先进焊接、飞机数字化装配和检测、先进数控加工等方面进行交流和切磋。
      本次论坛得到了集团公司、基础院和机床工具协会的支持指导。来自航空、航天、兵器等行业的专用装备使用及开发单位共计140余人参会。中航工业集团公司特级专务、非航空民品产业发展部部长殷卫宁和基础院产业化部部长严志强等领导出席。
      此次论坛为期一天,由来自科研院所和主机厂所相关专业的专家与各会议代表进行交流,内容涉及先进数控加工技术、高能束流加工技术现状及发展趋势、飞机数字化检测技术研究、飞机钛合金大型复杂整体结构件激光成型技术、面向航空发动机产品的三维工艺设计系统开发应用、先进连接与装配技术应用解决方案、航空钣金成形技术与设备、Delcam高速、高效五轴高可靠性加工及在线质量控制技术等。通过此次高端论坛,为主机场所和科研院所之间提供了一个技术交流的平台,让大家共同探讨航空专用装备在航空制造领域中的应用,分享成功经验。

                               
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       最后,集团公司企业文化部副部长张石庚和制造所党委书记王小平为沈飞公司、成飞公司、西飞公司、陕飞公司、洪都公司、复材公司等6家单位代表颁发了“抱团发展突出贡献奖”。


http://www.bamtri.com.cn/News_detail.aspx?newid=123
langge945 发表于 2013-8-14 19:32 | 显示全部楼层
我国非晶合金材料研究有突破 可极大提高穿甲弹性能字号:小中大
2013-08-14 16:13:21



关键字 >> 材料非晶合金材料突破穿甲弹最佳材料中国基础研究 近日,我国在非晶合金原子结构研究方面取得突破性进展,相关成果在线发表于《科学》杂志。非晶合金是目前世界各国争相研制的重要新型材料,从智能手机外壳到穿甲弹,从变压器钢片到专业高尔夫球杆,这种新型材料的应用前景极为广泛。

                               
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美国vitreloy合金常被成为液态金属,实际上是一种非晶合金材料
据悉,上海交通大学材料科学与工程学院教授陈明伟领衔的国际研究团队在非晶合金原子结构的研究方面取得突破性进展,首次在实验上表征了非晶中重要结构单元二十面体团簇的原子空间构型,并证明二十面体原子团簇的几何不稳定性是非晶形成的结构起源。
专家认为,该研究是非晶结构研究上取得的又一重大进展,将推动对非晶中很多基本科学难题,如玻璃转变问题、非晶形变机制等的研究,为探索新型非晶材料提供指南。相关研究成果日前在线发表于《科学》杂志。据悉,该项研究得到了国家自然科学基金的资助。
目前,非晶合金运用的主要领域包括,电力电子元件,例如高级音响刺头、高频电源用变压器、扼流圈、磁放大器等。美国的非晶体金属公司和日本日立金属公司在非晶合金应用方面居前列。此外现代广泛使用的CD-RW刻录盘的刻录曾也运用了非晶原理。

                               
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美国液态金属公司用vitreloy材料制造的高尔夫球杆击球头
目前,在非晶合金材料研究领域,除了已较常见的利用非晶材料优良电磁特性的应用之外,出现了利用非晶合金材料的强度、硬度等特殊性能的新型材料。这些非晶合金材料将来可在如下领域发挥重大作用。
1、航空航天领域 利用大块非晶合金的高比强度,比刚度的优异力学性能,制造航空航天器的主框架,结构珩架,轴承,反射镜支架等结构材料,可大比例的减轻重量,相当于提高了航空发动机的推力比。

                               
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使用非晶合金材料制造的多种高强度工具
2、军事兵器领域 由于大块非晶合金材料在高速载荷作用下具有非常高的动态断裂韧性,在侵彻金属时具有良好的自锐性,是穿甲弹芯的首选材料之一。国外目前开发研制的Zr基非晶合金的断裂韧性可达60Mpa.m1/2,是已发现的最为优异的穿甲弹芯材料。同时利用大块非晶合金的高硬度特性还可以成为穿甲防护材料,如装甲,防弹背心等。据悉,我国在这一领域也已经取得进展,据网上公开的相关学术论文,我国在这一领域研究中的项目有块状非晶锆合金弹丸等。与目前美国常用的贫铀合金穿甲弹芯相比,这种材料不仅可以避免残留放射性等可怕的后遗症,而且穿甲性能也将比现有材料有很大提高。

                               
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iPhone上某个不引人注意的部件就是非晶合金材料制造
3、精密机械及汽车工业 利用非晶结构的特点可以加工出高精度无缺陷的微型齿轮传动机构;利用其高硬度,高耐磨性能可制造汽车发动机中的液压油缸,活塞等耐磨零部件,可大幅度提高其使用寿命。

                               
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目前中美等国正在研究使用特殊非晶合金材料制造穿甲弹,将比现有钨合金和铀合金穿甲弹芯更具威力
4、化学工业 利用其抗多种介质腐蚀的特性,可采用大块非晶合金材料制备耐腐蚀零部件,可大幅度提高其使用寿命。
5、医疗与体育器材 大块非晶合金的耐腐蚀性能可成为固定骨折夹板和钉的首选材料;优良的比刚度,比强度和高的硬度是高级体育竞赛如单杠,双杠和撑杆的最好材料。在高尔夫杆头的击球面,大块非晶合金材料已星到成功的应用。

                               
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非晶合金材料与普通金属材料的原子结构区别,右为非晶合金材料
6、其他方面 利用其优良的化学活性可生产出极好的化学反应催化和光催化材料,利用其优良的软磁,硬磁特性可作为传统磁性材料的升级替代品,利用其独特的膨胀特性等物理性能可用于制造具有更高灵敏度的各种精密零部件和热双金属器件,此外利用其在特定温度下的超塑性可实现超塑性变形和加工。
尽管对非晶材料的使用已有相当长的历史,但人类对其结构和性能的认识并不十分清楚,仍有大量长期悬而未决的基本科学问题。造成这一现状的根本原因在于非晶结构无法进行有效的实验表征。非晶结构表征成为制约非晶物理和材料发展的瓶颈。
我国非晶合金的研究整体起步晚于美国和日本,但发展很快,特别是进入新世纪后,在研究和产业方面都取得了长足的进展。随着我国整体制造水平的提升,科研稳定投入机制和创新体系的简历,为我国最终赶超世界先进水平提供了最佳的时机。

                               
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非晶合金材料的未来应用领域展望
中国从1976年开始非晶合金领域的研究,国家科技部从“六五”开始连续5个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。2000年9月建成年产600吨非晶配电变压器铁芯生产线,首次成功喷出220毫米非晶宽带,是非晶带材的生茶能力达到千吨级,跃居世界前三。“十五”期间,纳米晶带材及其制品产业化开发被列入重大科技攻关计划。而今,终于取得了这一重大突破。

http://www.guancha.cn/Science/2013_08_14_165697.shtml

langge945 发表于 2018-6-14 11:05 | 显示全部楼层
我国研发新型冲击液压成形技术 有望提升航空钣金制造业发展水平

2018-06-14 10:57:55字号:A- A A+来源:央视新闻客户端

据央视新闻客户端6月14日报道,近日,中国科学院金属研究所成功研发一种钣金冲击液压成形技术,并研制出了基于全新原理、可用于生产的冲击液压成形设备,有望推动和提升我国航空钣金制造业发展水平。
该技术将传统铝合金板材成形过程中8道次以上的人工辅助制造过程改变为2道次的自动化生产过程,无需中间工艺热处理,生产效率提高了4倍。
中科院金属研究所研究员 张士宏:我们这项技术完全摒弃了人工的操作,实现了自动地靠模具来生产。这种生产技术它的效率要提高了很多,能为我们国家在航空航天钣金制造中解决很重要的一些瓶颈性难题。
据介绍,航空航天装备中,钣金类零件占总零部件数量的20%以上,研究团队针对新型冲击液压成形技术,成功研制出全新原理的冲击液压成形设备,可用于高强铝合金、镁合金和钛合金等材料的成形制备,有望推动和提升我国航空钣金制造业发展水平。

http://www.guancha.cn/industry-science/2018_06_14_460069.shtml?s=sygdkx
红水兵 发表于 2018-6-14 20:51 | 显示全部楼层
 最近,我所塑性加工先进技术课题组在铝合金板材高应变率冲击液压成形技术与装备方面取得系列重要进展,有望推动和提升我国航空钣金制造业发展水平。

  航空航天装备中,钣金类零件占总零部件数量、制造工作量占全机工作量均在20%以上。针对目前航空领域对钣金零件的轻量化及整体化发展的迫切需求,具有凸台、加强筋和小圆角等小特征结构的铝、镁、钛轻质合金复杂异型薄壁钣金零件的制造已成为推动大型飞机水平提升亟待解决的重要问题。航空用高强铝、镁、钛等轻质合金塑性差,成形过程中容易起皱和开裂。我国一直沿袭前苏联的落锤成形技术,落锤成形需通过模具压制与人工结合,通过锤击、垫橡胶等方式进行多道次压制和人工辅助加工成形,以消除起皱并通过人工手动工序控制材料流动以防止破裂发生,要求操作者具有丰富的加工经验和技术技巧。落锤成形由于是刚性模成形,成形零件会有划痕等缺陷,成品率不高,零件精度及一致性差,材料利用率低,模具寿命较低,劳动条件和安全性差。

  针对上述复杂航空钣金零件制造过程中的问题及我国大飞机行业的发展需求,我所塑性加工先进技术团队博士生马彦、徐勇副研究员及张士宏研究员等人与沈飞、成飞和河南兴迪公司合作,通过将充液拉深成形技术与高速冲击成形技术相结合,提出了一种新型冲击液压成形技术。

  课题组完成了从理论分析、设备研制到工艺验证的全链条研究。通过霍普金森拉杆实验研究发现,5A06铝合金单向拉伸试件在高应变速率条件下(2.7×103s-1)的延伸率相比于准静态条件增加了40%。课题组自行设计了一台板材冲击液压成形极限试验装置,发现5A06铝合金板件的冲击液压成形极限相比于准静态液压成形极限得到了大幅提高。通过自行设计的冲击液压成形物理模拟实验装置,对冲击液压成形的冲击传载特性及设备关键工艺参数进行了理论和实验研究。研究发现,该工艺同样适用于铝合金、铝锂合金、镁合金、钛合金等

  基于以上研究,课题组自主研发了新型冲击液压成形专用设备。该设备采用液压蓄能器组合结构实现了大质量冲击体的高能高速驱动及控制,是该设备的核心专利技术。由于采用了液体这一柔性成形介质,成形零件具有良好的表面质量。通过室温高应变率成形,无需热处理即可提高材料在室温条件下的塑性。设备的最大冲击能量200kJ,最高冲击速度80m/s,具有适合于工业化应用的自动操作模式。该设备最大可用于500mm×500mm×3mm的铝、镁、钛等低塑性合金的板材成形,也可用于需要同等成形能量的管材成形、汽车板件成形、板材与管材的冲孔等工序。

  课题组已经通过冲击液压成形技术成功实现了航空复杂薄壁口框零件的成形。该技术制造的口框零件具有更均匀的壁厚减薄率,更好的小圆角填充能力,并且能够有效的抑制回弹。与现有落锤生产技术相比,该技术将传统8道次以上的人工辅助制造过程改变为2道次的自动化生产过程,无需中间工艺热处理,提高了400%的生产效率。

  课题组还与白俄罗斯科学院和罗马尼亚克卢日-纳波利技术大学进行合作,研制成功一台全新原理的、世界上第一台可以用于生产的冲击液压成形设备。

  相关研究成果于5月2日在线发表在国际机械工程组织(The International Academy for Production Engineering,简称CIRP)的会刊CIRP Annals—Manufacturing Technology在线发表(DOI:10.1016@j.cirp.2018.04.024),并应邀在8月份东京举办的国际CIRP学术年会上作报告。CIRP是国际机械工程制造领域的核心权威专家组织,CIRP Annals是机械制造领域最权威的期刊(I F因子4.2以上)。

  该研究得到了中国科学院国际合作局、沈阳市科技局等重点研发项目的支持。


                               
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图1 (a)霍普金森拉杆实验装置(b)5A06高应变速率应力应变曲线 (c)高应变速率拉伸和准静态拉伸延伸率对比


                               
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图3 (a)冲击液压成形物理模拟实验装置 (b)冲击液压成形设备原理图


                               
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图4 5A06铝合金复杂薄壁口框零件 (a) 落压成形 (b)冲击液压成形


                               
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图5  冲击液压成形的2B06飞机板件,2道次,无中间热处理,无人工,冲孔成形同模具一次完成
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