先進制造技術在航空業的應用與發展

梁偉王先

（桂林航天工業學院 機械工程系，廣西 桂林541004）

隨著現代科學技術的發展，航空制造業也發生了巨大的變化。為滿足現代航空業發展的需求，先進制造技術得以廣泛的應用和發展。

1 數控加工技術

隨著計算機技術的不斷發展和運用，飛機制造業中廣泛采用CAD/CAPP/CAM系統和DNC技術，實現了飛機加工數控化，達到數控加工高效率，建立了柔性生產線并發展了高速切削加工技術。

1.1 實現了高效數控加工

西方發達國家在航空制造業中數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、多坐標數控銑和加工中心及與之相關的配套設備等，基本實現了數控加工的高效率化。

1.2 廣泛應用CNC技術

進入2l世紀，CNC技術已普遍應用在各個領域。如波音、空中客車、麥道等公司都在生產制造線建立了CNC系統，連接分布在若干不同車間中的上百臺數控設備，包括加工中心、大型銑床、數控測量機。采用CNC技術具有明顯的經濟和技術效益，可提高20%～25%的生產效率。

1.3 廣泛應用先進的CAD/CAPP/CAM系統

廣泛應用CAD，CAPP/CAPP/CAM自動化設計制造應用軟件以及DFx等并行工程，并有足夠的工藝知識數據庫、切削參數數據庫、各種規范化的技術資料作為使能工具。因而設計與工藝手段先進，工藝精良，NC加工程序優質，縮短了工藝準備周期，提高了設備利用率和生產效率，大大縮短了零件生產周期。

2 復合材料構件制造技術

復合材料主要是指樹脂基復合材料、先進聚合物基復合材料等，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計性強等特點，現已成為飛機結構中與鋁合金、鈦合金和鋼并駕齊驅的四大結構材料之一。復合材料將成為21世紀航空制造技術新材料發展的主流方向之一。

2.1 應用熱壓罐制造技術

該項技術普遍地應用于復合材料構件生產，熱壓罐/VARTM組合成型新工藝是樹脂基復合材料成型工藝的一個新發展，特別適用于平面、立體織物增強高粘度樹脂基復合材料的液體注射成型、航空、航天等先進復合材料制造領域。

2.2 應用縫合(RTM，RFI)復合材料技術

采用縫合復合材料可以提高復合材料制件的力學性能，從而進一步提高復合材料結構效率，降低結構重量?？p合技術還可以將兩個或多個零件的增加織物疊層縫合在一起，制成大型整體結構預制件，從而滿足新型制件的要求。

2.3 應用膠接結構制造技術

膠接技術可用于連接不同材料、不同厚度、二層或多層結構。主要包括金屬膠接結構制造技術、蜂窩夾層膠接結構技術和金屬復合層板膠接技術。

金屬膠接結構可以實現大面積連接而減少(或取消)緊固件，具有比強度、比剛度高、結構重量輕、疲勞壽命長等一系列優點，已被廣泛用于飛機結構，特別是次承力結構上。至今，膠接結構已成為飛機機體的重要結構形式。

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

金屬復合層板膠接技術是利用膠接技術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合材料結合起來的新型結構材料——纖維鋁合金復合層板膠接結構，基于芳綸纖維的復合層板稱為ARALL結構，基于玻璃纖維的復合層板稱為GLARE結構。ARALL層板的芳綸纖維抗壓性能差，在循環壓應力作用下容易斷裂，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層板結構不存在這個問題。

3 自動化連接技術

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

3.1 應用自動化焊接技術

新材料、新結構、新工藝的有機結合，使得焊接技術成為了航空制造領域的主導技術之一，它的進步與發展不僅能減輕飛機、發動機的重量，而且還為其計新構思提供技術支持，促進飛機、發動機性能的提高。焊接結構件在噴氣發動機零部件總數中所占比例已超過50%，焊接的工作量已占發動機制造總工時的10%左右。采用由計算機控制的焊接設備和檢測設備，可以改變工藝可變性控制，提高焊接速度和焊接質量，降低焊接機構的成本。

3.2 應用自動化鉆鉚技術

隨著現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備實現穩定的高質量的連接。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相配套，能提高效率。對尺寸較大、復雜的結構，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以實現工件的自動定位和調平，而對于外形較平直的中小結構的擘板大多配置手動、半自動托架系統。

3.3 應用自動化裝配技術

發達國家的飛機連接裝配已由單臺數控自動鉆鉚機的配置，向由多臺數控自動鉆鉚機、托架系統配置或由自動鉆鉚設備和帶視覺系統的機器人、大型龍門機器人、專用柔性工藝裝備及坐標測最機等多種設備、不同配置組成的柔性自動裝配系統發展。柔性自動鉆鉚、裝配系統使生產效率大大提高，費用降低，廢品率降低。

3.4 應用機械手和機器人

采用自動機器人裝配系統可實現對不開敞、難加工部位的裝配。工業機械手—機器人作為柔性裝配系統中一個不可分割的部分，能有效提高裝配效率和裝配質量，降低裝配成本。

4 高精密鈑金成形技術

該技術是將金屬板料、型材、管材等半成品，利用材料的可塑性，在不產生切削的情況下制成各種薄壁零件的加工技術。常用的方法有橡皮囊液壓成形、數控蒙拉、型拉、滾彎成形技術、超塑成形，擴散連接技術及沖擊成形技術等。該技術的特點：蒙皮厚、筋條高、結構網格化、整體集成度大、結構剛度大和難以成形。

5 結束語

近年來，先進制造技術不斷創新和發展，使得我國航空制造技術得以快速發展，并達到了很高的應用水平。

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［2］郭恩明.航空先進制造技術發展趨勢[J].航空制造技術，2007（Z1）.

［3］高青.性制造技術的發展現狀及趨勢研究[J].太原科技，2008（7）.

［4］劉善國.國外飛機先進制造技術趨勢[J].航空科學技術，2003(4):26-29.