摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空制造業(yè)也發(fā)生了巨大的變化。航空業(yè)近百年的發(fā)展史中，先進制造技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用正引領(lǐng)著該領(lǐng)域的科技快速發(fā)展。通過分析與調(diào)研，文章就飛機先進制造技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展作了相關(guān)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：航空制造業(yè)；先進制造技術(shù)；應(yīng)用與發(fā)展；數(shù)控加工技術(shù)；復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)

中圖分類號：V262文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2009）09-0025-02

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，航空制造業(yè)也發(fā)生了巨大的變化?？v觀航空業(yè)近百年的歷史，尤其是近十幾年來，在該領(lǐng)域不斷以創(chuàng)新的科技和先進的制造技術(shù)引領(lǐng)著向前發(fā)展。為了適應(yīng)現(xiàn)代國防建設(shè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展需要，航空科技工業(yè)的主要產(chǎn)品也正向新型的高性能、高輕型、高可靠性、高舒適型及長壽命和低成本的方向發(fā)展和更新。因此，為了滿足現(xiàn)代航空業(yè)發(fā)展的需求，飛機先進制造技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。本文章就飛機先進制造技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展總結(jié)了以下幾個主要方面。

一、運用先進的數(shù)控加工技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，許多國家把該技術(shù)運用到了各個領(lǐng)域，尤其是西方一些發(fā)達國家，早在50年前就將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到了飛機制造業(yè)中，基本實現(xiàn)了飛機加工數(shù)控化，廣泛采用CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)和DNC技術(shù)，達到數(shù)控加工高效率，建立了柔性生產(chǎn)線并發(fā)展了高速切削加工技術(shù)。

（一）實現(xiàn)了高效數(shù)控加工

西方發(fā)達國家在航空制造業(yè)中數(shù)控機床占的比例高達50%～80%左右，波音、麥道、空中客車等飛機制造公司都配置了大量的大型、多坐標數(shù)控銑和加工中心及與之相關(guān)的配套設(shè)備等，基本實現(xiàn)了數(shù)控加工的高效率化。如：波音公司在Auburn民機制造分部建立了鋁、鈦、鋼結(jié)構(gòu)件機加車間和機翼蒙皮與梁結(jié)構(gòu)件機加車間，機加工設(shè)備380臺，配置CNC機床約200臺，數(shù)控化效率達60%左右，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用水平較高。

（二）廣泛應(yīng)用CNC技術(shù)

進入21世紀，CNC技術(shù)已普遍應(yīng)用在各個領(lǐng)域。如波音、空中客車、麥道等公司都在生產(chǎn)制造線建立了CNC系統(tǒng)，連接分布在若干不同車間中的上百臺數(shù)控設(shè)備, 包括加工中心、大型銑床、數(shù)控測量機。美國大約有2萬多家小型飛機零部件轉(zhuǎn)包制造商，85%都使用了CNC系統(tǒng)。采用CNC技術(shù)具有明顯的經(jīng)濟和技術(shù)效益，可提高20%～25%的生產(chǎn)效率。

（三）廣泛應(yīng)用先進的CAD/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。因而設(shè)計與工藝手段先進，工藝精良，NC加工程序優(yōu)質(zhì)，縮短了工藝準備周期，提高了設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率，大大縮短了零件生產(chǎn)周期。

二、運用先進的復(fù)合材料構(gòu)件制造技術(shù)

復(fù)合材料主要是指樹脂基復(fù)合材料、先進聚合物基復(fù)合材料等，它本身具備了較高的比強度、比模量，抗疲勞、耐腐蝕、成形工藝性好及可設(shè)計性強等特點，現(xiàn)已成為飛機結(jié)構(gòu)中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅(qū)的四大結(jié)構(gòu)材料之一。復(fù)合材料將成為21世紀航空制造技術(shù)新材料發(fā)展的主流方向之一。隨著復(fù)合材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，目前，該技術(shù)主要包括:真空袋壓、真空成型和熱壓罐成型工藝，模壓成型工藝，熱壓/冷壓模塑成型工藝，注射模塑成型工藝，纏繞成型工藝，拉擠成型工藝，復(fù)合材料液體成型工藝等。

（一）應(yīng)用熱壓罐制造技術(shù)

為滿足飛機上擴大復(fù)合材料的應(yīng)用范圍和需求，飛機制造商在不斷地完善復(fù)合材料層壓板真空袋——熱壓罐制造技術(shù)。該項技術(shù)普遍地應(yīng)用于復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)，熱壓罐/VARTM組合成型新工藝是樹脂基復(fù)合材料成型工藝的一個新發(fā)展,特別適用于平面、立體織物增強高粘度樹脂基復(fù)合材料的液體注射成型,航空、航天等先進復(fù)合材料制造領(lǐng)域。目前，許多飛機制造廠均采用了計算機控制自動下料設(shè)備、多坐標數(shù)控自動鋪層設(shè)備、激光輔助鋪層定位系統(tǒng)、實時監(jiān)控?zé)釅汗薰袒O(shè)備、多坐標數(shù)控加工及高壓水切割設(shè)備、計算機控制無損檢測設(shè)備等實現(xiàn)了復(fù)合材料工藝參數(shù)的優(yōu)化及工藝過程的仿真，保證了復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定。

（二）應(yīng)用縫合/（RTM，RFI）復(fù)合材料技術(shù)

縫合織物增強復(fù)合材料是用高性能纖維縫線將多層二維纖維織物縫合在一起，經(jīng)復(fù)合固化而成的紡織復(fù)合材料，它通過引入貫穿厚度方向的纖維來提高抗分層能力，增強層間強度、模量、抗剪切能力、抗沖擊性能、抗疲勞能力等力學(xué)性能。采用縫合復(fù)合材料可以提高復(fù)合材料制件的力學(xué)性能，從而進一步提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)效率，降低結(jié)構(gòu)重量?？p合技術(shù)還可以將兩個或多個零件（如長桁和蒙皮）的增加織物疊層縫合在一起，制成大型整體結(jié)構(gòu)預(yù)制件，從而滿足新型制件的要求。目前，該項技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于F22，JSF及大型飛機A380的研制和生產(chǎn)中。

（三）應(yīng)用膠接結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

膠接技術(shù)可用于連接不同材料、不同厚度、二層或多層結(jié)構(gòu)。主要包括金屬膠接結(jié)構(gòu)制造技術(shù)、蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)技術(shù)和金屬復(fù)合層板膠接技術(shù)。

金屬膠接結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)大面積連接而減少（或取消）緊固件，具有比強度、比剛度高、結(jié)構(gòu)重量輕、勞壽命長等一系列優(yōu)點，已被廣泛用于飛機結(jié)構(gòu)，特別是次承力結(jié)構(gòu)上。至今，膠接結(jié)構(gòu)已成為飛機機體的重要結(jié)構(gòu)形式。

金屬蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)是由兩片薄表層材料,中間用輕質(zhì)芯子隔開組合而成的結(jié)構(gòu)形式。夾層結(jié)構(gòu)件質(zhì)輕，強度和剛度高，吸音，絕熱，廣泛用于航空，建筑,造船等工業(yè)。夾層結(jié)構(gòu)件的外皮通常選用金屬薄板,芯子為蜂窩結(jié)構(gòu)件或低密度塑料，采用膠接技術(shù)制造并組裝成夾層結(jié)構(gòu)件。目前，金屬蜂窩夾層膠接結(jié)構(gòu)已被大量地應(yīng)用于飛機結(jié)構(gòu)，其比重能比鉚接結(jié)構(gòu)減輕25%左右。

金屬復(fù)合層板膠接技術(shù)是利用膠接技術(shù)將各向同性的鋁合金（含鋁鋰合金）薄板與各向異性的纖維復(fù)合材料結(jié)合起來的新型結(jié)構(gòu)材料――纖維鋁合金復(fù)合層板膠接結(jié)構(gòu)，基于芳綸纖維的復(fù)合層板稱為ARALL結(jié)構(gòu)，基于玻璃纖維的復(fù)合層板稱為GLARE結(jié)構(gòu)。ARALL層板的芳綸纖維抗壓性能差，在循環(huán)壓應(yīng)力作用下容易斷裂，因此，ARALL層板只能用做機翼下蒙皮，而不適合用做機身蒙皮。GLARE層板結(jié)構(gòu)不存在這個問題。如：Airbus公司研制的A380大型寬體客機（550座～660座）采用GLARE制造機身上壁板，包括整個客艙的上半部分，比采用鋁合金板減重8千公斤。這也表明該項技術(shù)未來在航空領(lǐng)域有著顯著的發(fā)展趨勢。

三、運用先進的自動化連接技術(shù)

飛機結(jié)構(gòu)所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應(yīng)力集中。據(jù)統(tǒng)計，飛機機體疲勞失效事故的70%起因于結(jié)構(gòu)連接部位，其中80%的疲勞裂紋發(fā)生于連接孔處，因此，連接質(zhì)量極大地影響著飛機的壽命?，F(xiàn)代飛機的制造中大量地采用了先進的自動化連接技術(shù)，大大提高了飛機的使用壽命和安全可靠性。

（一） 應(yīng)用自動化焊接技術(shù)

隨著飛機、發(fā)動機對減重、提高性能的需要，先進連接技術(shù)將起著越來越重要的作用。新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝的有機結(jié)合，使得焊接技術(shù)成為了航空制造領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)之一，它的進步與發(fā)展不僅能減輕飛機、發(fā)動機的重量，而且還為其計新構(gòu)思提供技術(shù)支持，促進飛機、發(fā)動機性能的提高。焊接結(jié)構(gòu)件在噴氣發(fā)動機零部件總數(shù)中所占比例已超過50%，焊接的工作量已占發(fā)動機制造總工時的10%左右。在飛機結(jié)構(gòu)中，焊接技術(shù)的應(yīng)用幾乎遍及全機，除了將點焊用于蒙皮、組合梁、框、長桁等量零件的高強鋁合金構(gòu)件焊接外，還廣泛采用了焊接新技術(shù)，如電子束焊、穿透焊、雙弧焊、高頻感應(yīng)組裝釬焊等，焊接件達到數(shù)千件。采用由計算機控制的焊接設(shè)備和檢測設(shè)備，可以改變工藝可變性控制，提高焊接速度和焊接質(zhì)量，降低焊接機構(gòu)的成本。

（二）應(yīng)用自動化鉆鉚技術(shù)

隨著現(xiàn)代飛機的安全使用壽命要求日益增長，手工鉚接難以保證壽命要求，必須采用自動鉆鉚裝配設(shè)備實現(xiàn)穩(wěn)定的高質(zhì)量的連接。發(fā)達國家如美國、俄羅斯、法國、德國等國家發(fā)展的系列化鉆鉚機，有中小型鉆鉚機、大型自動鉆鉚機、安裝特種緊固件的鉆鉚機和微型自動鉆鉚機等。自動鉆鉚機與托架系統(tǒng)相配套，能提高效率。對尺寸較大、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，尤其是雙曲度的飛機機身和機翼壁板進行自動鉆鉚，配備全自動托架系統(tǒng)以實現(xiàn)工件的自動定位和調(diào)平，而對于外形較平直的中小結(jié)構(gòu)的壁板大多配置手動、半自動托架系統(tǒng)。

（三）應(yīng)用自動化裝配技術(shù)

發(fā)達國家的飛機連接裝配已由單臺數(shù)控自動鉆鉚機的配置向由多臺數(shù)控自動鉆鉚機、托架系統(tǒng)配置或由自動鉆鉚設(shè)備和帶視覺系統(tǒng)的機器人、大型龍門機器人、專用柔性工藝裝備及坐標測量機等多種設(shè)備、不同配置組成的的柔性自動裝配系統(tǒng)發(fā)展。柔性自動鉆鉚、裝配系統(tǒng)使生產(chǎn)效率大大提高，費用降低，廢品率降低。

（四）應(yīng)用機械手和機器人

采用自動機器人裝配系統(tǒng)可實現(xiàn)對不開敞、難加工部位的裝配。工業(yè)機械手——機器人作為柔性裝配系統(tǒng)中一個不可分割的部分，能有效提高裝配效率和裝配質(zhì)量，降低裝配成本。目前，多數(shù)飛機制造商都普遍采用該技術(shù)，如波音、空中客車公司等。

四、運用高精密的鈑金成形技術(shù)

在飛機制造業(yè)中，鈑金零件是組成飛機機體的主要組成部分，約占飛機零件總量的70%左右，制造工作量約占整架飛機勞動量的15%左右，并有品種多數(shù)量少，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外廓尺寸大、剛性小等特點，直接影響飛機整機質(zhì)量和生產(chǎn)周期。因此，鈑金件的制造成為了現(xiàn)代航空業(yè)成型技術(shù)的突破點，現(xiàn)代先進制造技術(shù)中充分運用了高精密鈑金成形加工技術(shù)，該技術(shù)是將金屬板料、型材、管材等半成品，利用材料的可塑性，在不產(chǎn)生切削的情況下制成各種薄壁零件的加工技術(shù)，常用的方法有橡皮囊液壓成形、數(shù)控蒙拉、型拉、滾彎成形技術(shù)、超塑成形/擴散連接技術(shù)及沖擊成形技術(shù)等。目前，這些技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于飛機制造中并成為鈑金成形的傳統(tǒng)成形方法。

先進飛機鈑金壁板的明顯特點是蒙皮厚、筋條高、結(jié)構(gòu)網(wǎng)格化、整體集成度大、結(jié)構(gòu)剛度大和難以成形。第三代飛機和大型飛機氣動外形要求嚴、壽命要求長，鈑金件不許敲擊成形，大都采用精密成形技術(shù)。精密鈑金成形技術(shù)研究，大力發(fā)展成形過程的數(shù)值仿真和變形過程的預(yù)測技術(shù)；重視材料在成形后的性能研究；特別注意成形過程的精確監(jiān)測、控制技術(shù)和在線檢測技術(shù)的研究。這也表明該項技術(shù)未來在航空領(lǐng)域中有較大的發(fā)展空間。

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作者簡介：丁娜仁花（1976－），女（蒙古族），內(nèi)蒙古人，天津中德職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，碩士，研究方向：機械制造及電氣自動化。