第3章飞机结构件制造工艺课件.ppt

飞行器制造技术基础飞行器制造技术基础 格鲁门格鲁门公司的公司的F14战斗机采用战斗机采用的整体壁板的整体壁板是用钛合金是用钛合金制造的，它制造的，它的蒙皮壁板的蒙皮壁板与变后掠用与变后掠用的转轴接耳的转轴接耳构成一体构成一体 。轰六整体壁板在飞机上的位置轰六整体壁板在飞机上的位置 ARJ21飞机机翼下中壁板零件。壁板由飞机机翼下中壁板零件。壁板由21个口框个口框 、口框加强区、肋加强、口框加强区、肋加强区、长桁加强区、双向削斜变厚度蒙皮等构成，各加强区形成纵横交错的区、长桁加强区、双向削斜变厚度蒙皮等构成，各加强区形成纵横交错的 网状结构，加强区厚度和口框面积占整个壁板面积的网状结构，加强区厚度和口框面积占整个壁板面积的46，壁板最厚处达，壁板最厚处达11.8mm，而最薄处仅，而最薄处仅2mm。ARJ21飞机机翼下中壁板零件飞机机翼下中壁板零件幻影F1机身框幻影幻影F1机身框，整体框是由尺寸为机身框，整体框是由尺寸为1.82m，厚，厚80mm的的轧制板坯整体切削加工出来的，框与加强条构成一个整体，轧制板坯整体切削加工出来的，框与加强条构成一个整体，加工后的成品重量只有毛板坯重量的加工后的成品重量只有毛板坯重量的10%。这种大型整体。这种大型整体框若框若采用旧式钣金结构，则所用零件约为采用旧式钣金结构，则所用零件约为1000件件（包括连（包括连接件），所需铆接工时为接件），所需铆接工时为100150h飞机上典型整体框JSF整体框JSF整体框的位置天窗、座舱骨架天窗、座舱骨架双曲线外形，骨架结构大部分为变截面、变角度的扭曲框架和接头双曲线外形，骨架结构大部分为变截面、变角度的扭曲框架和接头整体壁板整体壁板 壁板的外形尺寸大，壁板变厚度、非壁板的外形尺寸大，壁板变厚度、非等截面，成型后底面壁薄、筋条高、结构等截面，成型后底面壁薄、筋条高、结构网络化，加工完成后材料去除率大，易发网络化，加工完成后材料去除率大，易发生变形。生变形。 天窗、座舱骨架天窗、座舱骨架 天窗、座舱骨架为全数控加工的双曲天窗、座舱骨架为全数控加工的双曲线外形，骨架结构大部分为变截面、变角线外形，骨架结构大部分为变截面、变角度的扭曲框架和接头。从零件结构上分析，度的扭曲框架和接头。从零件结构上分析，属于多曲面、变斜面、薄壁类零件，加工属于多曲面、变斜面、薄壁类零件，加工后极易发生变形。用传统加工手段根本无后极易发生变形。用传统加工手段根本无法加工成型，只有采用五坐标高速数控加法加工成型，只有采用五坐标高速数控加工技术才能完成。工技术才能完成。 梁、框、肋零件的腹板、筋和外形缘条最小厚度仅有梁、框、肋零件的腹板、筋和外形缘条最小厚度仅有1 12mm2mm，不易装夹，铣，不易装夹，铣切加工时，零件易振动，如是锻件毛坯，加工后变形量大，若加工的工步和切加工时，零件易振动，如是锻件毛坯，加工后变形量大，若加工的工步和切削参数选用不当，板面的翘曲可达几十切削参数选用不当，板面的翘曲可达几十mmmm。平行筋条类放射筋条类网格筋条类平行放射筋条类点辐射筋条类（1）按筋条在腹板上的分布特点分类）按筋条在腹板上的分布特点分类（2）按横向剖面形状分类）按横向剖面形状分类模锻模锻自由锻自由锻挤压挤压铸造铸造热轧热轧 整体壁板的毛坯可用热轧、挤压、模锻、压铸整体壁板的毛坯可用热轧、挤压、模锻、压铸等不同方法制造。等不同方法制造。自由锻自由锻壁板毛坯壁板毛坯机械加工量机械加工量材料利用率材料利用率热轧热轧预拉伸板：热轧平板须经过预预拉伸板：热轧平板须经过预拉伸处理，拉伸处理， 可消除残余应力可消除残余应力挤压成型机挤压成型机壁板毛坯壁板毛坯机械加工量机械加工量生产率生产率挤压壁板挤压壁板 锻模锻模大吨位液压机大吨位液压机壁板毛坯壁板毛坯机械加工量机械加工量设备、模具、成本设备、模具、成本需要需要铸造铸造壁板毛坯壁板毛坯机械加工量机械加工量成本成本材料利用率材料利用率整体壁板的毛坯类型及特点数控加工过程：数控加工过程：六坐标卧式数控铣镗床六坐标卧式数控铣镗床五坐标数控龙门铣五坐标数控龙门铣五坐标数控高速壁板铣五坐标数控高速壁板铣数控激光样板切割机数控激光样板切割机数控加工设备的控制方式数控加工设备的控制方式伺服系统的驱动方式伺服系统的驱动方式 开环控制方式开环控制方式 闭环控制方式闭环控制方式 数控加工设备的控制方式数控加工设备的控制方式机械系统的控制方式机械系统的控制方式 点位控制点位控制 轮廓控制轮廓控制 同时控制同时控制X X、Y Y两个坐标的轮廓控制两个坐标的轮廓控制 同时控制同时控制Y Y、Z Z两个坐标的轮廓控制两个坐标的轮廓控制 两两轴轴联联动动三轴联动三轴联动 四轴联动四轴联动五轴联动五轴联动数控加工数控加工残余应力释放残余应力释放变形变形毛坯毛坯残余应力残余应力成型成型热处理热处理预拉伸板预拉伸板粗加工粗加工 热处理热处理 精加工精加工矫形（压力机、高温蠕变）矫形（压力机、高温蠕变）化学铣切的机理是晶界和化学铣切的机理是晶界和晶粒的溶解晶粒的溶解化学切削。化学切削。它的加工质量取决于前道它的加工质量取决于前道机械加工的表面质量和形机械加工的表面质量和形状。状。蚀前处理蚀前处理局部保护局部保护化学腐蚀化学腐蚀蚀后处理蚀后处理化铣的工艺过程化铣的工艺过程对于变厚度蒙皮可以采用控制浸入速度的方法来制造。对于变厚度蒙皮可以采用控制浸入速度的方法来制造。化学铣切的飞机零件化学铣切的飞机零件化学铣切的飞机零件化学铣切的飞机零件化学铣切设备化学铣切设备-蚀刻机蚀刻机 机机翼翼气气动动外外形形机机翼翼壁壁板板设设计计机机翼翼壁壁板板数数模模成形工艺性评成形工艺性评估和设计优化估和设计优化喷喷丸丸成成形形几几何何信信息息分分析析壁板展开及板坯建模壁板展开及板坯建模壁板板坯数控加工壁板板坯数控加工外形检验工装设计制造外形检验工装设计制造典型外形喷丸典型外形喷丸成形数值模拟成形数值模拟壁板材料喷丸壁板材料喷丸基础工艺试验基础工艺试验预应力夹具设预应力夹具设计制造计制造局局部部结结构构件件喷喷丸丸成成形形试试验验1:11:1模模拟拟件件喷喷丸丸成成形形与与强强化化试试验验壁壁板板装装机机件件喷喷丸丸成成形形与与强强化化外外形形和和表表面面质质量量检检查查表表面面处处理理和和喷喷漆漆零零件件交交付付喷丸工艺数据库开发喷丸工艺数据库开发设计及工艺性评估阶段设计及工艺性评估阶段基础研究和分析阶段基础研究和分析阶段局部件阶段局部件阶段1:1模拟件及装机件阶段1:1模拟件及装机件阶段ARJ21机翼整体壁板机翼整体壁板研制过程的流程图研制过程的流程图 (a) JSF 整体框(b) F/A-22 整体框 以某无人机上的一个整体框为例来讲解框类零件的数控以某无人机上的一个整体框为例来讲解框类零件的数控加工的工艺过程加工的工艺过程 这种类型的零件一般在专门设这种类型的零件一般在专门设计的车计的车铣靠模机床，五坐标仿铣靠模机床，五坐标仿形铣床，或多坐标数控铣床上进形铣床，或多坐标数控铣床上进行加工。行加工。 3.6.1概述概述 为适应这类为适应这类零件加工的特零件加工的特点，一般均采点，一般均采用专用机床及用专用机床及专用夹具。对专用夹具。对分离面型材要分离面型材要制订其协调路制订其协调路线。线。正挤压正挤压正挤法即金属流动方向与挤压方向相同正挤法即金属流动方向与挤压方向相同 四柱卧式挤压式液压机，适用于挤制铜及铜合金、管、棒、四柱卧式挤压式液压机，适用于挤制铜及铜合金、管、棒、排、线材等制品。排、线材等制品。 操作方式采用手动，在公称压力范围内用户可按生产工艺的操作方式采用手动，在公称压力范围内用户可按生产工艺的要求调节压力，具有结构紧凑合理，操作维护方便等优点。要求调节压力，具有结构紧凑合理，操作维护方便等优点。 毛坯供应设备挤压式液压机 四柱卧式挤压式液压机，适用于挤制铜及铜合金、管、棒、四柱卧式挤压式液压机，适用于挤制铜及铜合金、管、棒、排、线材等制品。排、线材等制品。 操作方式采用手动，在公称压力范围内用户可按生产工艺的操作方式采用手动，在公称压力范围内用户可按生产工艺的要求调节压力，具有结构紧凑合理，操作维护方便等优点。要求调节压力，具有结构紧凑合理，操作维护方便等优点。 毛坯供应设备挤压式液压机拉削法加工工具拉刀机械加工中的拉削方法常见的拉削截形（A为内拉拉削，为外拉削）拉削工艺范围拉削工艺范围卧铣头常用卧铣头常用来加工变截来加工变截面和变斜角面和变斜角立铣头用来加立铣头用来加工缘板切口工缘板切口铣刀运动都是由铣刀运动都是由液压靠模控制的液压靠模控制的l直升桨叶大梁的外形加工所用机床亦可以选用同类机床，采直升桨叶大梁的外形加工所用机床亦可以选用同类机床，采用组合铣刀。国外也有采用组合机床铣削大长度大梁外形的。用组合铣刀。国外也有采用组合机床铣削大长度大梁外形的。