先进制造技术在航空业的应用与发展

梁伟王先

（桂林航天工业学院 机械工程系，广西 桂林541004）

随着现代科学技术的发展，航空制造业也发生了巨大的变化。为满足现代航空业发展的需求，先进制造技术得以广泛的应用和发展。

1 数控加工技术

随着计算机技术的不断发展和运用，飞机制造业中广泛采用CAD/CAPP/CAM系统和DNC技术，实现了飞机加工数控化，达到数控加工高效率，建立了柔性生产线并发展了高速切削加工技术。

1.1 实现了高效数控加工

西方发达国家在航空制造业中数控机床占的比例高达50%～80%左右，波音、麦道、空中客车等飞机制造公司都配置了大量的大型、多坐标数控铣和加工中心及与之相关的配套设备等，基本实现了数控加工的高效率化。

1.2 广泛应用CNC技术

进入2l世纪，CNC技术已普遍应用在各个领域。如波音、空中客车、麦道等公司都在生产制造线建立了CNC系统，连接分布在若干不同车间中的上百台数控设备，包括加工中心、大型铣床、数控测量机。采用CNC技术具有明显的经济和技术效益，可提高20%～25%的生产效率。

1.3 广泛应用先进的CAD/CAPP/CAM系统

广泛应用CAD，CAPP/CAPP/CAM自动化设计制造应用软件以及DFx等并行工程，并有足够的工艺知识数据库、切削参数数据库、各种规范化的技术资料作为使能工具。因而设计与工艺手段先进，工艺精良，NC加工程序优质，缩短了工艺准备周期，提高了设备利用率和生产效率，大大缩短了零件生产周期。

2 复合材料构件制造技术

复合材料主要是指树脂基复合材料、先进聚合物基复合材料等，它本身具备了较高的比强度、比模量，抗疲劳、耐腐蚀、成形工艺性好及可设计性强等特点，现已成为飞机结构中与铝合金、钛合金和钢并驾齐驱的四大结构材料之一。复合材料将成为21世纪航空制造技术新材料发展的主流方向之一。

2.1 应用热压罐制造技术

该项技术普遍地应用于复合材料构件生产，热压罐/VARTM组合成型新工艺是树脂基复合材料成型工艺的一个新发展，特别适用于平面、立体织物增强高粘度树脂基复合材料的液体注射成型、航空、航天等先进复合材料制造领域。

2.2 应用缝合(RTM，RFI)复合材料技术

采用缝合复合材料可以提高复合材料制件的力学性能，从而进一步提高复合材料结构效率，降低结构重量。缝合技术还可以将两个或多个零件的增加织物叠层缝合在一起，制成大型整体结构预制件，从而满足新型制件的要求。

2.3 应用胶接结构制造技术

胶接技术可用于连接不同材料、不同厚度、二层或多层结构。主要包括金属胶接结构制造技术、蜂窝夹层胶接结构技术和金属复合层板胶接技术。

金属胶接结构可以实现大面积连接而减少(或取消)紧固件，具有比强度、比刚度高、结构重量轻、疲劳寿命长等一系列优点，已被广泛用于飞机结构，特别是次承力结构上。至今，胶接结构已成为飞机机体的重要结构形式。

金属蜂窝夹层胶接结构是由两片薄表层材料，中间用轻质芯子隔开组合而成的结构形式。夹层结构件质轻，强度和刚度高，吸音，绝热，广泛用于航空，建筑，造船等工业。夹层结构件的外皮通常选用金属薄板，芯子为蜂窝结构件或低密度塑料，采用胶接技术制造并组装成夹层结构件。目前，金属蜂窝夹层胶接结构已被大量地应用于飞机结构，其比重能比铆接结构减轻25%左右。

金属复合层板胶接技术是利用胶接技术将各向同性的铝合金(含铝锂合金)薄板与各向异性的纤维复合材料结合起来的新型结构材料——纤维铝合金复合层板胶接结构，基于芳纶纤维的复合层板称为ARALL结构，基于玻璃纤维的复合层板称为GLARE结构。ARALL层板的芳纶纤维抗压性能差，在循环压应力作用下容易断裂，因此，ARALL层板只能用做机翼下蒙皮，而不适合用做机身蒙皮。GLARE层板结构不存在这个问题。

3 自动化连接技术

飞机结构所承载荷通过连接部位传递，形成连接处应力集中。据统计，飞机机体疲劳失效事故的70%起因于结构连接部位，其中80%的疲劳裂纹发生于连接孔处，因此，连接质量极大地影响着飞机的寿命。现代飞机的制造中大量地采用了先进的自动化连接技术，大大提高了飞机的使用寿命和安全可靠性。

3.1 应用自动化焊接技术

新材料、新结构、新工艺的有机结合，使得焊接技术成为了航空制造领域的主导技术之一，它的进步与发展不仅能减轻飞机、发动机的重量，而且还为其计新构思提供技术支持，促进飞机、发动机性能的提高。焊接结构件在喷气发动机零部件总数中所占比例已超过50%，焊接的工作量已占发动机制造总工时的10%左右。采用由计算机控制的焊接设备和检测设备，可以改变工艺可变性控制，提高焊接速度和焊接质量，降低焊接机构的成本。

3.2 应用自动化钻铆技术

随着现代飞机的安全使用寿命要求日益增长，手工铆接难以保证寿命要求，必须采用自动钻铆装配设备实现稳定的高质量的连接。有中小型钻铆机、大型自动钻铆机、安装特种紧固件的钻铆机和微型自动钻铆机等。自动钻铆机与托架系统相配套，能提高效率。对尺寸较大、复杂的结构，尤其是双曲度的飞机机身和机翼壁板进行自动钻铆，配备全自动托架系统以实现工件的自动定位和调平，而对于外形较平直的中小结构的擘板大多配置手动、半自动托架系统。

3.3 应用自动化装配技术

发达国家的飞机连接装配已由单台数控自动钻铆机的配置，向由多台数控自动钻铆机、托架系统配置或由自动钻铆设备和带视觉系统的机器人、大型龙门机器人、专用柔性工艺装备及坐标测最机等多种设备、不同配置组成的柔性自动装配系统发展。柔性自动钻铆、装配系统使生产效率大大提高，费用降低，废品率降低。

3.4 应用机械手和机器人

采用自动机器人装配系统可实现对不开敞、难加工部位的装配。工业机械手—机器人作为柔性装配系统中一个不可分割的部分，能有效提高装配效率和装配质量，降低装配成本。

4 高精密钣金成形技术

该技术是将金属板料、型材、管材等半成品，利用材料的可塑性，在不产生切削的情况下制成各种薄壁零件的加工技术。常用的方法有橡皮囊液压成形、数控蒙拉、型拉、滚弯成形技术、超塑成形，扩散连接技术及冲击成形技术等。该技术的特点：蒙皮厚、筋条高、结构网格化、整体集成度大、结构刚度大和难以成形。

5 结束语

近年来，先进制造技术不断创新和发展，使得我国航空制造技术得以快速发展，并达到了很高的应用水平。

［1］徐志磊，尚林盛.国内外制造业发展趋势[J].航空制造技术，2003（10）.

［2］郭恩明.航空先进制造技术发展趋势[J].航空制造技术，2007（Z1）.

［3］高青.性制造技术的发展现状及趋势研究[J].太原科技，2008（7）.

［4］刘善国.国外飞机先进制造技术趋势[J].航空科学技术，2003(4):26-29.