飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造工藝演示文稿

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造工藝演示文稿當(dāng)前第1頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)優(yōu)選飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造工藝當(dāng)前第2頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)本章內(nèi)容3.1概述3.2飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)主要工藝特點(diǎn)3.3整體壁板的制造3.4框、肋、梁類整體零件的制造3.5大型骨架類零件的制造3.6擠壓型材和桁條零件的機(jī)械加工3.7數(shù)控加工技術(shù)當(dāng)前第3頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.1概述飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體骨架和氣動(dòng)外形的重要組成部分，它們品種繁多、形狀復(fù)雜、材料各異。為了減輕重量，進(jìn)行等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，往往在結(jié)構(gòu)件上形成各種復(fù)雜型腔。與一般機(jī)械零件相比，加工難度大，制造水平要求高。例如壁板、梁、框、座艙蓋骨架等結(jié)構(gòu)件由構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形的流線型曲面、各種異形切面、結(jié)合槽口、交點(diǎn)孔組合成復(fù)雜的實(shí)體。結(jié)構(gòu)件加工不但形位精度要求高，而且有嚴(yán)格的重量控制和使用壽命要求。由于現(xiàn)代飛機(jī)性能的不斷提高，整體結(jié)構(gòu)件成為廣泛采用的主要承力構(gòu)件。當(dāng)前第4頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第5頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.1概述過去飛機(jī)機(jī)體主要部分都由鈑金零件裝配而成，而后來隨著飛機(jī)性能的不斷提高，整體結(jié)構(gòu)（integralstructure）日益增多。由于整體框、梁、肋的出現(xiàn)及整體壁板結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，機(jī)械加工零件的類型和品種日益增加，在某些類型飛機(jī)的生產(chǎn)中，機(jī)械加工零件所占勞動(dòng)量比重已超過鈑金成形零件，而且飛機(jī)工廠設(shè)備和廠房布局也由此相應(yīng)有所改變。例如協(xié)和號(hào)超音速客機(jī)的整體結(jié)構(gòu)件占機(jī)身重量的65%整體結(jié)構(gòu)件主要有：蒙皮件+骨架件==〉整體壁板骨架件+骨架件==〉整體梁、框、肋等當(dāng)前第6頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.1概述

飛機(jī)制造業(yè)之所以為什么大量采用整體結(jié)構(gòu)件，主要是由于整體結(jié)構(gòu)件與舊式鉚接結(jié)構(gòu)相比有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）氣動(dòng)性能方面：外形準(zhǔn)確，對(duì)稱性好；（2）強(qiáng)度方面：剛性好，比強(qiáng)度高，可減輕重量（約15%~20%），氣密性好；（3）工藝和經(jīng)濟(jì)效益方面：大大減少零件和連接件數(shù)量，裝配后變形小，可使部件成本降低50%左右。當(dāng)前第7頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.1概述飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件的主要類型有：（1）整體壁板（2）整體梁類零件。（3）整體框、肋類零件（4）整體骨架類、接頭類零件（5）擠壓型材和變截面桁條類零件當(dāng)前第8頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

格魯門公司的F—14戰(zhàn)斗機(jī)采用的整體壁板是用鈦合金制造的，它的蒙皮壁板與變后掠用的轉(zhuǎn)軸接耳構(gòu)成一體。當(dāng)前第9頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)轟六整體壁板在飛機(jī)上的位置當(dāng)前第11頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)ARJ21飛機(jī)機(jī)翼下中壁板零件。壁板由21個(gè)口框、口框加強(qiáng)區(qū)、肋加強(qiáng)區(qū)、長桁加強(qiáng)區(qū)、雙向削斜變厚度蒙皮等構(gòu)成，各加強(qiáng)區(qū)形成縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)區(qū)厚度和口框面積占整個(gè)壁板面積的46％，壁板最厚處達(dá)11.8mm，而最薄處僅2mm。ARJ21飛機(jī)機(jī)翼下中壁板零件當(dāng)前第12頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體梁當(dāng)前第13頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體框幻影F1機(jī)身框幻影F1機(jī)身框，整體框是由尺寸為1.8×2m，厚80mm的軋制板坯整體切削加工出來的，框與加強(qiáng)條構(gòu)成一個(gè)整體，加工后的成品重量只有毛板坯重量的10%。這種大型整體框若采用舊式鈑金結(jié)構(gòu)，則所用零件約為1000件（包括連接件），所需鉚接工時(shí)為100～150h飛機(jī)上典型整體框當(dāng)前第14頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)JSF整體框JSF整體框的位置當(dāng)前第15頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)其它整體骨架件天窗、座艙骨架雙曲線外形，骨架結(jié)構(gòu)大部分為變截面、變角度的扭曲框架和接頭當(dāng)前第16頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.2飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件主要工藝特點(diǎn)飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件的外形多數(shù)與飛機(jī)外形有關(guān)，有復(fù)雜的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系，精度要求較高。對(duì)薄蒙皮和鉚接骨架的分散式結(jié)構(gòu)：薄蒙皮剛性很差，蒙皮和貼合的骨架的配合允許有較大容差，如殲擊機(jī)為±0.25mm，在裝配應(yīng)力不是很大的情況下，可以裝配出合格的產(chǎn)品對(duì)骨架和蒙皮均為大厚度的整體結(jié)構(gòu)：若蒙皮和貼合的骨架有較大的裝配間隙，就會(huì)發(fā)生很大的裝配應(yīng)力，從而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，甚至?xí)?dǎo)致飛機(jī)強(qiáng)度和壽命的降低。如在組裝時(shí)加相應(yīng)尺寸的調(diào)整墊片作為補(bǔ)償，裝配工時(shí)增多，周期延長，加墊過多也會(huì)影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和飛機(jī)壽命。因此，整體結(jié)構(gòu)件精度要求較高當(dāng)前第18頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.2飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件主要工藝特點(diǎn)多數(shù)整體結(jié)構(gòu)件尺寸大，形狀復(fù)雜，加工技術(shù)難度大。其中梁類整體件還有縱向剛性較差的特點(diǎn)。

尺寸大：大型的整體壁板有的長達(dá)30m左右，毛坯重3～4t，大型機(jī)身整體框約6×3m，毛坯重約2t，小型機(jī)身框約2×2m，毛坯重1t，必須配置大型機(jī)加機(jī)床和相應(yīng)的裝卸、搬運(yùn)等設(shè)備。形狀復(fù)雜：整體結(jié)構(gòu)件多數(shù)為板塊狀，其輪廓外形部位一般均與飛機(jī)機(jī)體復(fù)雜的外形有關(guān)，如梁、框、肋等平面零件周邊外形角度變化較大，具有空間立體形狀的骨架零件的外形一般為復(fù)雜立體曲面。內(nèi)部結(jié)構(gòu)多為縱橫交錯(cuò)的筋條。因此，加工的開敞性差，工作量大，加工技術(shù)難度大

一個(gè)中等復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)件的加工工序約需要100道以上，按40架一批，每批的制造工時(shí)達(dá)10萬小時(shí)，制造周期需10～12個(gè)月。當(dāng)前第19頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板

壁板的外形尺寸大，壁板變厚度、非等截面，成型后底面壁薄、筋條高、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化，加工完成后材料去除率大，易發(fā)生變形。天窗、座艙骨架

天窗、座艙骨架為全數(shù)控加工的雙曲線外形，骨架結(jié)構(gòu)大部分為變截面、變角度的扭曲框架和接頭。從零件結(jié)構(gòu)上分析，屬于多曲面、變斜面、薄壁類零件，加工后極易發(fā)生變形。用傳統(tǒng)加工手段根本無法加工成型，只有采用五坐標(biāo)高速數(shù)控加工技術(shù)才能完成。梁、框、肋零件的腹板、筋和外形緣條最小厚度僅有1～2mm，不易裝夾，銑切加工時(shí)，零件易振動(dòng)，如是鍛件毛坯，加工后變形量大，若加工的工步和切削參數(shù)選用不當(dāng)，板面的翹曲可達(dá)幾十mm。當(dāng)前第20頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.2飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件主要工藝特點(diǎn)整體結(jié)構(gòu)件的材料大部分采用航空用的鋁合金，高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金和復(fù)合材料

。

鋁合金整體結(jié)構(gòu)件的毛坯有模鍛和預(yù)拉伸厚板材兩種。平面類整體壁板、框、肋、梁的鋁合金零件大部分采用預(yù)拉伸的厚板材，在板材厚度允許的情況下，盡量不采用模鍛毛坯。其主要原因是：模鍛毛坯需要較高的模具費(fèi)用模鍛毛坯成形過程中殘留的內(nèi)應(yīng)力大，工序和工時(shí)都增多，周期也延長模鍛毛坯，經(jīng)切削加工后與預(yù)拉伸板材切削加工后的強(qiáng)度性能相比提高并不顯著當(dāng)前第21頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第22頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.2飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件主要工藝特點(diǎn)目前，整體結(jié)構(gòu)件發(fā)展中存在一些問題：為了切除大量金屬，必須配備價(jià)格昂貴的大型設(shè)備以及大型加工專用機(jī)床；除采用熱輾平板做毛坯的方案以外，其他型式的毛坯一般供應(yīng)較困難，加工毛坯用的工藝設(shè)備制造周期長，費(fèi)用貴；從“破損安全”觀點(diǎn)看，產(chǎn)生裂紋后擴(kuò)展較快，不如鉚接結(jié)構(gòu)，更不如膠接結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第23頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3整體壁板的制造當(dāng)前第24頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3整體壁板的制造當(dāng)前第25頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的類型平行筋條類放射筋條類網(wǎng)格筋條類平行放射筋條類點(diǎn)輻射筋條類（1）按筋條在腹板上的分布特點(diǎn)分類當(dāng)前第26頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的類型（2）按橫向剖面形狀分類當(dāng)前第27頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的制造過程方案一：毛坯生產(chǎn)（制坯）后先進(jìn)行切削加工，經(jīng)過矯正，然后成形加工，最后光整加工和表面處理。方案二：毛坯生產(chǎn)（制坯）后先成形加工，然后化學(xué)銑切，然后矯正，最后光整加工和表面處理。（也可以先化銑后成形加工）。當(dāng)前第28頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)模鍛自由鍛擠壓鑄造熱軋

整體壁板的毛坯可用熱軋、擠壓、模鍛、壓鑄等不同方法制造。1.毛坯供應(yīng)當(dāng)前第29頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)自由鍛壁板毛坯機(jī)械加工量材料利用率熱軋預(yù)拉伸板：熱軋平板須經(jīng)過預(yù)拉伸處理，可消除殘余應(yīng)力當(dāng)前第30頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)擠壓成型機(jī)壁板毛坯機(jī)械加工量生產(chǎn)率擠壓壁板當(dāng)前第31頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)鍛模大噸位液壓機(jī)壁板毛坯機(jī)械加工量設(shè)備、模具、成本需要當(dāng)前第32頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)鑄造壁板毛坯機(jī)械加工量成本材料利用率當(dāng)前第33頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的毛坯類型及特點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工1、方法：以銑削為主2、設(shè)備：通用銑床=〉仿形銑床=〉數(shù)控銑床采用通用銑床—靠人工手動(dòng)操縱，按劃線加工，使用轉(zhuǎn)盤式、傾斜式夾具及專用刀具，加工的范圍廣，通用性較大。但加工曲面部分十分困難，精度不高，加工工時(shí)很長。采用仿形銑床—利用靠模頭跟蹤靠模板的外形，即可加工形狀復(fù)雜的工件?？磕ｎ^可分機(jī)械式、電氣式及液壓式。首先必須制造靠模，難以滿足高精度整體結(jié)構(gòu)件的要求。當(dāng)前第35頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工而對(duì)于形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)件來說，數(shù)控加工比重逐步增大，當(dāng)前國內(nèi)主機(jī)廠幾乎不再購買傳統(tǒng)通用機(jī)床。當(dāng)前第36頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第37頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工數(shù)控加工過程：當(dāng)前第38頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)六坐標(biāo)臥式數(shù)控銑鏜床五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑五坐標(biāo)數(shù)控高速壁板銑數(shù)控激光樣板切割機(jī)當(dāng)前第39頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)數(shù)控加工設(shè)備的控制方式伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式開環(huán)控制方式閉環(huán)控制方式當(dāng)前第40頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)數(shù)控加工設(shè)備的控制方式機(jī)械系統(tǒng)的控制方式

點(diǎn)位控制輪廓控制當(dāng)前第41頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)同時(shí)控制X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的輪廓控制同時(shí)控制Y、Z兩個(gè)坐標(biāo)的輪廓控制兩軸聯(lián)動(dòng)當(dāng)前第42頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)三軸聯(lián)動(dòng)四軸聯(lián)動(dòng)當(dāng)前第43頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)五軸聯(lián)動(dòng)當(dāng)前第44頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第45頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工3、工裝選擇最適合裝夾整體壁板的夾具是真空平臺(tái)或真空夾具。通用性好，適用于底部為平面的平板格子型零件；裝夾后零件受力均勻；裝卸方便，可縮短輔助生產(chǎn)時(shí)間；零件加工區(qū)無障礙物，適宜多結(jié)構(gòu)集中安排的數(shù)控加工；真空平臺(tái)/夾具固定安裝工藝孔系，便于協(xié)調(diào)零件和機(jī)床坐標(biāo)系關(guān)系。當(dāng)前第46頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工

為了更合理地采用數(shù)控加工，在選擇數(shù)控方法來加工零件時(shí)應(yīng)考慮以下的一些因素：零件幾何形狀的復(fù)雜程度如何？是否便于用數(shù)學(xué)方法定義其表面？零件幾何的形狀要求刀具做幾坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)？采用數(shù)控能節(jié)省多少夾具、靠模、模具等工藝設(shè)備？要求縮短的加工周期和提高的加工質(zhì)量。管理人員和設(shè)備條件如何？當(dāng)前第47頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工數(shù)控加工變形的控制產(chǎn)生原因毛坯=〉成形、熱處理==〉殘余應(yīng)力數(shù)控加工表層被切削掉時(shí)，其殘留內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞從夾具上卸下==〉殘余應(yīng)力釋放工件往往會(huì)產(chǎn)生很大的翹曲變形當(dāng)前第48頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體壁板的切削加工解決方法：毛坯==〉減少殘余應(yīng)力==〉預(yù)拉伸板。選用經(jīng)預(yù)拉伸（預(yù)壓縮、以及錘打處理）的鋁合金厚板作壁板的材料。在固溶熱處理以后進(jìn)行拉伸（約2%~4%）。工藝方法上：采用正反面多次反復(fù)加工的工藝方法進(jìn)行壁板大平面的加工；先進(jìn)行粗加工并留出較小余量（然后可以進(jìn)行熱處理并矯正變形），再進(jìn)行精加工，這時(shí)由于切削余量已經(jīng)很小即可以達(dá)到減少變形的目的；銑切筋條時(shí)，采用自外向內(nèi)對(duì)稱加工的方法，可減少加工變形。工藝參數(shù)上，選取合理的進(jìn)給速度和切削深度。矯形：壓力機(jī)、噴丸、滾彎等對(duì)變形反方向加力矯正當(dāng)前第49頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)數(shù)控加工殘余應(yīng)力釋放變形毛坯殘余應(yīng)力成型熱處理加工變形預(yù)拉伸板粗加工熱處理精加工矯形（壓力機(jī)、高溫蠕變）整體壁板的切削加工當(dāng)前第50頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3.4整體壁板的化學(xué)銑切化學(xué)銑切俗稱化學(xué)腐蝕加工，即將金屬坯料浸沒在化學(xué)腐蝕溶液中，利用溶液的腐蝕作用去除表面金屬的工藝方法，化學(xué)銑切沒有刀痕，也沒有切屑，已經(jīng)成為現(xiàn)代航空航天工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種特種加工工藝?；瘜W(xué)銑切的機(jī)理是晶界和晶粒的溶解――化學(xué)切削。它的加工質(zhì)量取決于前道機(jī)械加工的表面質(zhì)量和形狀。當(dāng)前第51頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)化學(xué)銑過程中，溶液蝕除金屬是沿各方向均勻進(jìn)行的。對(duì)非加工表面的保護(hù)涂層要求耐腐蝕、易剝除，無毒性和不腐蝕被保護(hù)金屬。對(duì)于鋁合金多采用以氫氧化鈉為主要組分的堿性腐蝕溶液，對(duì)于鋼、鈦合金等多采用含有硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、磷酸等多種混合酸組成的酸性腐蝕溶液?？蓜冃员Ｗo(hù)涂料多用氯丁橡膠、丁基橡膠、丁苯橡膠、聚丙烯腈、聚氯乙烯等材料配制。實(shí)踐證明，采用10%~15%濃度的堿溶液和在80±10℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鋁合金化銑最適宜。對(duì)于鋁合金常采用氯丁橡膠做保護(hù)層。3.3.4整體壁板的化學(xué)銑切當(dāng)前第52頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3.4整體壁板的化學(xué)銑切蝕前處理局部保護(hù)化學(xué)腐蝕蝕后處理化銑的工藝過程當(dāng)前第53頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3.4整體壁板的化學(xué)銑切優(yōu)點(diǎn)設(shè)備和工裝簡單并且價(jià)廉，對(duì)工人技術(shù)水平要求不高。化銑加工所需的時(shí)間決定于腐蝕深度和腐蝕速度，而與腐蝕面積大小無關(guān)。因此化銑加工能在大面積上高效去除材料。加工曲面和加工平面一樣方便，所以化銑壁板可以先成形而后銑切，并且能加工形狀復(fù)雜的零件（如雙曲度薄壁零件）。可銑切斜面或變厚度工件。對(duì)于變厚度蒙皮可以采用控制浸入速度的方法來制造。浸蝕作用不僅限于深度方面，而且擴(kuò)大到保護(hù)膜下面，所以在腐蝕界限處自然呈現(xiàn)圓角。不需夾緊毛料，無刀痕，無切削力，因而適于加工剛度較小的薄壁零件?？梢詮匿X材的一個(gè)表面或從兩個(gè)表面上同時(shí)銑去金屬。用化學(xué)銑切工藝可以加工鋁、鎂、鈦、鎳、銅、鋼鐵等多種金屬和合金，對(duì)難切削加工材料也能保持高效加工。對(duì)于不同的金屬需要使用不同的腐蝕溶液和保護(hù)涂料。當(dāng)前第54頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)對(duì)于變厚度蒙皮可以采用控制浸入速度的方法來制造。當(dāng)前第55頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3.4整體壁板的化學(xué)銑切缺點(diǎn)化學(xué)銑切出來的筋條根部總有一個(gè)半徑與腐蝕加工深度大體相當(dāng)?shù)膱A角，增加了零件的廢重。腐蝕溶液在向深度腐蝕的同時(shí)還要向側(cè)面腐蝕，因此只能加工寬度大于兩倍深度的溝槽。目前化銑深度一般不超過十多毫米?；姾罅慵钠矫娑仁苊鳡顟B(tài)的影響很大，表面粗糙度則不僅受毛坯狀態(tài)的影響，還受材料組織結(jié)構(gòu)和熱處理狀態(tài)的影響?；娂庸さ木仁茉牧蠣顟B(tài)的限制，不易加工精度要求過高的零件?；瘜W(xué)銑切往往會(huì)在腐蝕加工面上再現(xiàn)或擴(kuò)大坯料表面原有的劃痕、凹坑等缺陷。當(dāng)腐蝕加工深度到達(dá)鑄件或焊縫的內(nèi)部缺陷時(shí)，也會(huì)把這些缺陷保留在加工表面。對(duì)環(huán)境、設(shè)備和人員有危害。當(dāng)前第56頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第57頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

許多飛機(jī)不僅在蒙皮、吊掛等部位使用化銑零件，而且在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上也大量采用化銑加工的零件。如：協(xié)和飛機(jī)的進(jìn)氣口側(cè)壁是用6mm厚的鋁合金以14次臺(tái)階化銑制成的整體結(jié)構(gòu)；洛克希德C-5A運(yùn)輸機(jī)上的安全塔接板，用10.4mm的鈦合金板材熱成形后化銑加工出６個(gè)臺(tái)階和４種不同的錐形；蘇-27飛機(jī)采用化銑技術(shù)加工鈦合金中央翼下壁板；波音客機(jī)的一些蒙皮零件采用了多臺(tái)階化銑加工；F119發(fā)動(dòng)機(jī)上的鈦合金寬弦葉片在超塑擴(kuò)散連接之前采用化銑加工鈦合金板材。當(dāng)前第58頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)化學(xué)銑切的飛機(jī)零件當(dāng)前第59頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)化學(xué)銑切的飛機(jī)零件當(dāng)前第60頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)化學(xué)銑切設(shè)備-蝕刻機(jī)

當(dāng)前第61頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.3.5整體壁板的成形整體壁板一般均為與飛機(jī)外形有關(guān)的零件，外形準(zhǔn)確度要求高。但由于它尺寸大，材料厚而且在不同方向上帶有各種加強(qiáng)筋條和凸臺(tái)，所以在成形工作中存在很多困難。其成形方法主要兩類：傳統(tǒng)鈑金成形方法：滾彎、壓彎（閘壓）和拉形；新技術(shù)：噴丸成形、時(shí)效成形（熱應(yīng)力松弛）、增量壓彎其他技術(shù)：爆炸成形等當(dāng)前第62頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第63頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)ARJ21機(jī)翼整體壁板研制過程的流程圖當(dāng)前第64頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)(a)JSF整體框(b)F/A-22整體框3.4整體框、肋、梁類零件的制造當(dāng)前第65頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體框類零件的特點(diǎn)當(dāng)前第66頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體框類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）飛機(jī)的主要受力構(gòu)件，要求足夠高的強(qiáng)度和剛度。（2）無論組合框還是整體框，其整個(gè)外形曲面均是機(jī)身理論外形曲面的等距過渡面。（3）零件外形復(fù)雜。該類零件外形通常涉及機(jī)身外形、風(fēng)道外形以及翼身溶合區(qū)外形等多處理論外形。（4）零件尺寸通常較大（尤其與壁板類零件比往往厚度尺寸較大）。（5）加工要求高。零件結(jié)構(gòu)上的各尺寸精度等級(jí)、位置偏差、形狀公差、表面粗糙度、熱表面處理、特種檢查、零件外形制造依據(jù)、結(jié)合平面制造和檢驗(yàn)協(xié)調(diào)依據(jù)、結(jié)合槽口制造和檢驗(yàn)協(xié)調(diào)依據(jù)等技術(shù)要求均在設(shè)計(jì)圖紙上有明確規(guī)定，均有較高的要求。（6）協(xié)調(diào)性要求高。主要加工表面除平面、型面以外，大多數(shù)零件均帶有交點(diǎn)孔，因此，在加工中除保證零件外形符合設(shè)計(jì)要求以外，重要的是要保證外形與交點(diǎn)間的相對(duì)形位準(zhǔn)確。當(dāng)前第67頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)整體框類零件的加工特點(diǎn)（1）切削加工以銑削為主，其銑削加工量占全部加工量的70%左右。（2）加工精度高。制造精度、協(xié)調(diào)精度具有較高要求，因此要求足夠高的加工精度（3）工序多，且加工工藝復(fù)雜。零件往往有大量槽口、凸臺(tái)、交點(diǎn)孔，側(cè)面有內(nèi)外形精度要求，往往需要雙面加工，因此工序多，工藝復(fù)雜。（4）毛坯材料切除率高，數(shù)控加工工作量很大。零件尺寸通常較大，尤其是其厚度尺寸，于是毛坯大多選用予拉伸板材或經(jīng)過擠壓的鍛件，毛坯重量一般較大，余料切除率超過了94%。（5）容易發(fā)生加工變形?？蚶哳惲慵话銓儆诒”诩捎跈M截面厚度較大，切削量大，切削時(shí)在殘余應(yīng)力、切削力、裝夾力、搬運(yùn)力等作用下，很容易發(fā)生加工變形。當(dāng)前第68頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程毛坯供應(yīng)框肋零件大多數(shù)選用鋁合金（常用牌號(hào)有LC4、2024、LD5），少數(shù)選用合金結(jié)構(gòu)鋼（常用牌號(hào)有30CrMnSiNi2A），部分主承力整體框選用鈦合金?？偟膩碚f，由于框肋類零件的特點(diǎn)，其理想材料希望有高強(qiáng)度、良好的韌性、良好的切削性能、甚至便宜的價(jià)格。然而現(xiàn)實(shí)中很難找到完美的材料，因此要根據(jù)實(shí)際工況和需求，在強(qiáng)度、韌性、切削性和價(jià)格方面作權(quán)衡。當(dāng)前第69頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程毛坯供應(yīng)毛坯供應(yīng)過去多為模鍛件，目前有較多采用鋁合金熱軋厚板的趨勢，在國外預(yù)拉伸厚鋁板應(yīng)用較多。鋁合金材料的毛坯之所以采用預(yù)拉伸板較多時(shí)由于：預(yù)拉伸板制坯較容易，成本較低且通用性較高，特別對(duì)于進(jìn)口材料采用預(yù)拉伸板比較方便；鋁合金切削性好，目前發(fā)展的高速切削可以滿足數(shù)控加工大工作量問題。合金鋼和鈦合金材料的毛坯更多采用模鍛件，很大程度上是由于這些材料屬于難加工材料，模鍛件的切削量比預(yù)拉伸板小很多。當(dāng)前第70頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程鋁合金預(yù)拉伸板，往往先將預(yù)拉伸板毛坯粗銑成外形輪廓，然后銑正反面內(nèi)形和腹板，最后翻面銑完內(nèi)形和腹板面。鋁合金模鍛件，往往先銑定位基準(zhǔn)面，一次定位銑完外形、內(nèi)形和腹板面，翻面銑完內(nèi)形和腹板面。合金鋼模鍛件，往往先對(duì)外形、內(nèi)形、腹板進(jìn)行粗、精加工后，再進(jìn)行熱處理，最后對(duì)框緣結(jié)合槽口、梁結(jié)合槽口和結(jié)合孔進(jìn)行細(xì)加工。當(dāng)前第71頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程

框類零件以銑削為主，一般分為粗加工、精加工、細(xì)加工和鉗工光整加工四個(gè)階段，對(duì)于組合框還有組合加工階段。（1）粗加工。加工內(nèi)容有：定位基準(zhǔn)面、外形、內(nèi)形、腹板面及去除緣條上的大余量。（2）精加工。加工內(nèi)容有：外形、內(nèi)形、腹板面、緣條上的余量及非結(jié)合面處的最后加工。（3）細(xì)加工。加工內(nèi)容有：結(jié)合平面、結(jié)合槽口及結(jié)合孔等結(jié)合部位。（4）鉗工光整加工。加工內(nèi)容有：鉗工打磨外形、內(nèi)形、轉(zhuǎn)角、結(jié)合部位。（5）組合加工。加工內(nèi)容有：將零件粗裝，組合后加工框耳片上的螺栓結(jié)合孔(一般是擴(kuò)孔)和打磨外形、內(nèi)形面精裝組合，擴(kuò)、鉸框耳片上螺栓結(jié)合孔。當(dāng)前第72頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程框肋類零件主要表面的加工當(dāng)前第73頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.4.2整體框類零件制造過程

以某無人機(jī)上的一個(gè)整體框?yàn)槔齺碇v解框類零件的數(shù)控加工的工藝過程當(dāng)前第74頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第75頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第76頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第77頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)JSF整體框數(shù)控加工當(dāng)前第78頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.5大型骨架類零件的制造飛機(jī)外殼上一些大型的骨架零件，如坐標(biāo)風(fēng)擋蓋等，它們大多選用強(qiáng)度重量比較大的鎂合金鑄造毛坯。它們共同的特點(diǎn)是：零件尺寸大、剛度低，外形復(fù)雜。由于它構(gòu)成機(jī)身外形的一部分，準(zhǔn)確度要求較高，以及本身往往沒有理想的定位基準(zhǔn)，造成加工中的一些困難。當(dāng)前第79頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

這種類型的零件一般在專門設(shè)計(jì)的車—銑靠模機(jī)床，五坐標(biāo)仿形銑床，或多坐標(biāo)數(shù)控銑床上進(jìn)行加工。當(dāng)前第80頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)大型骨架類零件的制造特點(diǎn)整體骨架類零件一般采用比強(qiáng)度和比剛度都很高的鑄鎂合金。國內(nèi)常用的材料牌號(hào)為鑄鎂合金ZM-5，經(jīng)淬火后人工時(shí)效處理。鎂合金易于切削，其切削加工性能優(yōu)于鋁合金。但鎂合金有以下特性給加工帶來一定的困難：（1）線膨脹系數(shù)大，要求刀具刃口鋒利。如鉆頭、鉸刀刃口變鈍，加工后孔徑縮小很明顯。（2）耐腐蝕性差，一般應(yīng)干切削，生產(chǎn)過程中必須定期進(jìn)行氧化處理。在潮濕的環(huán)境下極易腐蝕，切削時(shí)不得使用水溶性切削液，一般應(yīng)干切削，攻絲時(shí)允許使用機(jī)油潤滑。（3）易燃燒，加工中應(yīng)避免產(chǎn)生火花。切削加工中應(yīng)避免機(jī)床、刀具和夾具相互碰撞產(chǎn)生火花而引起燃燒，一旦燃燒不得使用水滅火，應(yīng)使用砂箱或泡沫滅火器。當(dāng)前第81頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.6擠壓型材和桁條零件的機(jī)械加工這類零件指一些細(xì)長的變截面的擠壓型材零件，它們廣泛用于高速和巨型飛機(jī)上。擠壓型材機(jī)械加工的勞動(dòng)量約占機(jī)加總勞動(dòng)量的10%。這些零件按其特點(diǎn)可分為桁條、梁緣與接頭型材等這類零件的特點(diǎn)是：細(xì)長而剛度低，10m以上的常用到。切面形狀變化多，有等斜角或變斜角。結(jié)構(gòu)中還常采用一種單頭或雙頭“帶頭”的型材，以減少接頭零件。概述當(dāng)前第82頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

為適應(yīng)這類零件加工的特點(diǎn)，一般均采用專用機(jī)床及專用夾具。對(duì)分離面型材要制訂其協(xié)調(diào)路線。當(dāng)前第83頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)毛坯供應(yīng)擠壓型材毛坯的特點(diǎn)：擠壓毛坯的長度往往很長毛坯表面質(zhì)量較好，生產(chǎn)率高，機(jī)械加工量小。等截面型材零件階梯狀零件和錐形零件（以減少機(jī)加工作量）擠壓模的設(shè)計(jì)與制造是一項(xiàng)復(fù)雜的工作空心截面型材空心截面型材的擠壓也是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問題擠壓型材毛坯加工設(shè)備：擠壓機(jī)大型鋁合金零件的擠壓需要大功率的臥式擠壓機(jī)，一般均在4000~5000噸以上。當(dāng)前第84頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)對(duì)于直升機(jī)槳葉大梁這一類空心截面型材的擠壓也是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)問題，當(dāng)設(shè)計(jì)這類零件時(shí)應(yīng)予以注意。目前用擠壓法制造變截面、等強(qiáng)度的槳葉大梁毛坯尚有一定的困難，有待進(jìn)一步研究。當(dāng)前第85頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第86頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第87頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)正擠壓正擠法即金屬流動(dòng)方向與擠壓方向相同當(dāng)前第88頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)空心大梁毛坯擠壓的過程：毛坯材料按計(jì)算體積下料，然后加溫至一定溫度，放在臥式擠壓機(jī)的容器中，材料在大噸位的擠壓機(jī)作用下分為上、下兩部分?jǐn)D出模具的模芯，再在模具的斜面作用下，焊合成一體。擠出的毛坯要支持在一系列導(dǎo)向滾輪上，以防止溫度還很高的毛坯再產(chǎn)生過大的變形。當(dāng)前第89頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)當(dāng)前第90頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)一般采用正擠法擠壓直升機(jī)空心大梁毛坯正擠法的優(yōu)點(diǎn)：毛坯質(zhì)量較好、外形準(zhǔn)確（由于模具不動(dòng)所以擠出的毛坯外形準(zhǔn)確）缺點(diǎn)：需要消耗較大的功率毛坯在熱處理后表面有粗大的晶粒層擠壓毛坯末端機(jī)械性能差當(dāng)前第91頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)解決：采用大功率設(shè)備毛坯設(shè)計(jì)時(shí)，內(nèi)外輪廓應(yīng)留有機(jī)械加工余量，通過機(jī)械加工切去內(nèi)外表層的粗晶區(qū)，一般細(xì)晶粒試件比粗晶粒試件疲勞強(qiáng)度可提高25%-30%。毛坯擠壓后，應(yīng)將毛坯兩端頭切掉，以保證沿長度方向強(qiáng)度均勻。一般要去掉15%-20%。當(dāng)前第92頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

四柱臥式擠壓式液壓機(jī)，適用于擠制銅及銅合金、管、棒、排、線材等制品。

操作方式采用手動(dòng)，在公稱壓力范圍內(nèi)用戶可按生產(chǎn)工藝的要求調(diào)節(jié)壓力，具有結(jié)構(gòu)緊湊合理，操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。毛坯供應(yīng)設(shè)備——擠壓式液壓機(jī)當(dāng)前第93頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)

四柱臥式擠壓式液壓機(jī)，適用于擠制銅及銅合金、管、棒、排、線材等制品。

操作方式采用手動(dòng)，在公稱壓力范圍內(nèi)用戶可按生產(chǎn)工藝的要求調(diào)節(jié)壓力，具有結(jié)構(gòu)緊湊合理，操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。毛坯供應(yīng)設(shè)備——擠壓式液壓機(jī)當(dāng)前第94頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)3.6.3擠壓型材的外形加工外形加工工作主要有：（1）型材加工前的準(zhǔn)備工作（2）梁的外形銑削（3）型材零件的最后加工當(dāng)前第95頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)（1）型材加工前的準(zhǔn)備工作（以直升機(jī)槳葉大梁為例）加工前檢查（合格的擠壓毛坯仍需要進(jìn)行嚴(yán)格的加工前檢查），包括：材料機(jī)械性能及切片金相檢查，這要在毛坯指定位置上切取試片，然后要進(jìn)行內(nèi)表面檢驗(yàn)，還要采用專門的內(nèi)孔檢查設(shè)備，毛坯在檢驗(yàn)前要進(jìn)行清洗。最后進(jìn)行超聲檢驗(yàn)，確定毛坯內(nèi)有無裂紋或其它缺陷。投入加工前，要經(jīng)過直度及扭曲度檢查，超差時(shí)要進(jìn)行校正。當(dāng)前第96頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)（1）型材加工前的準(zhǔn)備工作（續(xù)）空心型材內(nèi)形加工前的準(zhǔn)備工作：型材零件在內(nèi)形加工前要進(jìn)行校直，一般要求大梁直度誤差在整個(gè)長度上不超過0.25mm，校直是在液壓機(jī)上三點(diǎn)矯正。加工前后都要清洗和檢驗(yàn)。檢驗(yàn)大梁經(jīng)過熱處理及校正工序后有無裂紋。槳葉大梁加工前如欲檢查內(nèi)腔尺寸，一般采用組合式氣動(dòng)量儀。當(dāng)前第97頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)（1）型材加工前的準(zhǔn)備工作（續(xù)）空心型材內(nèi)形加工：空心型材內(nèi)孔的加工是十分困難的，一般槳葉不進(jìn)行加工或只進(jìn)行內(nèi)表面拋光或“推拉振蕩磨削加工”，即在大梁擠壓毛坯內(nèi)腔中放入磨料混合液，而機(jī)床僅使擠壓毛坯產(chǎn)生推拉振蕩的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，造成磨料相對(duì)于內(nèi)腔的表面運(yùn)動(dòng)，從而磨掉擠壓件內(nèi)腔表面的缺陷。國外有些直升機(jī)大梁是根據(jù)火炮鏜線制造的經(jīng)驗(yàn)，采用多級(jí)拉削法加工其內(nèi)形的。這要采用大梁內(nèi)形拉削專用機(jī)床，作為一個(gè)實(shí)例的情況是：大梁內(nèi)形加工余量為3mm，使用30多級(jí)高速鋼拉刀經(jīng)過拉削后可去除內(nèi)表面粗晶層，表面粗糙度Ra12.5，直度公差<0.01。全部拉削時(shí)間約為2.5小時(shí)。當(dāng)前第98頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)拉削法加工工具——拉刀當(dāng)前第99頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)機(jī)械加工中的拉削方法當(dāng)前第100頁\共有108頁\編于星期三\12點(diǎn)常見的拉削截形（A～Ｇ為內(nèi)拉拉削，Ｈ～Ｌ為外拉削）

拉削工藝范圍當(dāng)前第101頁\共有108頁\