飞行器制造技术要点

飞行器制造技术要点一、概论1、飞行器加工工艺就是通过转变原材料、毛坯或半成品的外形、尺寸、性质或外表状态，使之成为符合设计要求的飞行器产品的零部件的方法。2、飞行器构造设计的根本要求必需保证飞行器具有准确地气动外形在确保一次使用成功的前提下，要满足规定的强度和刚度要求，必需尽量简化构造、减轻质量并降低制造本钱。必需使飞行器能够适应所规定的严酷自然环境和力学环境。必需使飞行器具备良好的可修理性必需强化飞行器系统及各分系统的电磁兼容设计3、实行的措施飞行器的构造材料主要承受比强度和比刚度高的金属材料和非金属复合材料，局部承受钛合金和铝锂合金。在构造设计中，尽量承受先进工艺技术以满足飞行器构造、材料及加工精度等方面要求。由于飞行器正在朝小尺寸、大威力、超声速、超远程方向进展，因此应大力推广和应用整体构造、蜂窝夹层构造、强力旋压舱段〔包括内外旋压〕和高性能增加复合材料构造。大力推广应用计算机关心设计与制造〔CAD|CAM〕一体化技术，承受高精度的通用机床设备和测试〔包括无损探伤〕设备，以保证一代武器系统制造精度和缩短研制周期。4、特点工艺技术应用比较多比较快，工艺预研必需走在飞行器研制的前面，以便为型飞行器的诞生制造条件。所涉及的不少专业技术属于高科技范畴。加工工艺的实践性强，其验证工作贯穿于飞行器研制全过程，特别是地面试验必需充分并尽量模拟真实状况。所加工产品零部件的质量掌握格外严格。5、先进连接技术焊接分：钎焊、熔焊、压焊钎焊，是使被连接的构件之间填充熔点低于被焊接材料的材料并使之熔化，而在连接界面上润湿和漫流，从而填充被焊接头的间隙，然后冷却结晶形成不行拆卸的冶金结和的连接方法。依据焊料液相线温度凹凸分为：硬钎焊和软钎焊特点：1〕温度远低于母材料的溶化温度，对母材性能没有明显影响。2〕可在焊接熔化温度下对焊件实体整体均匀加热，对全焊缝同时焊接，焊件的温度梯度小，应力变形小，易保持焊件精度。3〕可实现多种异种金属、金属与非金属之间的连接。4〕对热源的要求低、工艺简洁、易于自动化，焊件相对具有较高的牢靠性。熔焊，是将材料加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体，利用液相的相溶而实现原子间的结合的连接方法。加热热源不同可分为：电弧焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊、气焊〔利用化学热〕。特点：1)加热温度高2〕焊接件有冶金过程3〕焊接温度梯度大，因而焊件的变形也较大4〕焊缝金属组织存在着相变，母材与填充金属在焊缝及其四周发生集中迁移压焊，是在连接的外表承受加压、摩擦、集中等特理作用下，两个连接外表在固态下到达严密接触，金属原子获得能量，活动力量增加而相互接近并集中形成固态连接。压焊分：摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、集中焊、电阻电焊。特点：1〕加热的温度低于被焊材料的熔点，必需利用压力才能是连接的材料严密接触2〕在压力下界面两侧存在着原子的集中，集中的是否充分，取决于加热的压力，温度和时间3〕可在保持基体金属原有的性能条件下，获得同种或异种金属焊接的结实接头4〕不受零件大小、断面尺寸和外表外形的限制，能实现外形简单、厚度相差悬殊或多层的连接5〕设备费用较高，生产效率低，对金属的结合面的加工精度和粗糙度要求较高二、锻造与铸造工艺1、锻造是利用金属的可塑性能，在在锻锤的打击力或压力机的压力作用下，转变坯料或锭块的外形尺寸，使其到达预定的要求，同时改善金属的组织和机械性能。锻造分自由锻〔包括胎模锻造〕和模锻两大类。〔1〕自由锻造是一种在自由锻锤或压力机上，利用平模〔砧〕或外形简洁的模具对金属进展压力加工的方法，即在肯定的温度条件下，通过打击成形金属，使其发生永久变形。自由锻造的特点：1〕相对于切削加工，金属在锻造前后体积不变〔外表氧化皮无视不计〕，微观组织致密，机械性能好。2〕相对于模锻等其他铸造方法，其工艺过程简洁，对工艺装置要求不高，只需要一些简洁的模具或工具就可以进展生产，生产预备周期较短，费用低，尤其适合于试制和小批量生产中的制坯工序。〔2〕塑性变形通常分为热变形与冷变形两类。在较高温度下热变形后，金属的强度和硬度变化不大，在较低温度下冷变形后，金属的强度和硬度会消灭一些变化。这是由于在热变形温度条件下原子集中引起回复再结晶，而冷变形时〔低于回复再结晶温度〕不存在回复和再结晶所致。金属的塑性变形由晶内变形和晶间变形叠加构成。造成晶内变形的主要缘由是滑移。滑移面上的原子密度最大。自由锻造常用设备有空气锤、蒸汽—空气自由锻锤和铸造水压机等。2、胎模锻造是在自由锻造的根底上进展起来的。它利用自由锻锤进展模锻，所用的模具称为胎模。胎模构造简洁，形式多样。毛坯需依据锻件外形确定，既可直接承受棒料，也可通过自由锻造或使用预锻胎模制造毛坯，最终在成形胎模中终锻成形。因此它是介于自由锻和模锻两者之间的一种独特的工艺形式。〔1〕1〕胎模锻造时，锻件的最终外形和尺寸需靠模具型腔获得。2〕金属在胎模内成形，使操作简化、火次削减，同时因金属流淌受到型腔模壁的限制，锻件内部组织比较致密并且纤维连续3〕由于胎模的作用，锻件外表质量和尺寸外形的准确程度得到改善，在机械加工余量、工艺余块和烧损等方面造成的金属损耗也大为降低。3、氧化就是炉气中的氧化性气体与被加热工件的外表层金属发生化学反响，生成三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铁等氧化物。他造成金属的烧损，直接影响锻件的外表质量和粗糙度。〔1〕应当对氧化反响加以掌握，就一般火焰加热炉而言，为削减氧化皮的生成，在加热工艺方面应实行以下三措施：1〕在保证金属加热质量的前提下，尽量实行快速加热以缩短加热时间。特别是金属在高温停留的时间不宜过长。考虑到加热炉的容量，工件不宜装过多2〕掌握炉气中过剩空气的含量，削减燃料中水分，以免炉内的氧气过剩3〕炉膛里的正压力宜低些，但要防止由于负压而造成炉内吸入冷空气。当在混有含铜料的炉内加热钢料时，熔点较低的痛，在高温下也能从钢的晶界深入而破坏晶间联系，使钢变脆，锻打时毛坯将产生龟裂。因此，绝不允许钢和铜在同一炉内加热。4、铝合金低压铸造和差压铸造低压铸造的根本原理如图2—20所示，铸型装在密封的坩埚上，两者用升液管连接起来。坩埚内通入0.02—0.08MPa此压力作用下，坩埚内的铝合金液沿升液管自下而上通过浇口平稳地布满铸型，并在肯定的压力下结晶，直至完全凝固。然后解除坩埚液面上的压力。升液管和浇道中没有凝固的铝合金液靠自重流回坩埚，铸型中间形成了所需要的铸件。与自由锻造相比较，低压铸造具有以下工艺特点1〕低压铸造充型实行底注方式，且充型速度简洁掌握，合金液充型平稳。低压铸造依靠升液管输送合金，从而避开带入外来夹杂物，故充型合金液干净。2〕铸件在低压下结晶凝固，提高了铸件的补缩效果，铸件组织比较致密。3〕低压铸造实行压力补缩使铸件的浇注系统简化，合金利用率得到提高4〕合金液对铸型的平稳充填，相对提高了合金液的充填力量，有利于大型简薄弱壁铸件的铸造。5〕浇注速度掌握便利，以获得质量良好的铸件6〕低压铸造仅需掌握气动元件来进展浇注，减轻工人劳动强度，劳动条件好。差压铸造是低压铸造与压力下结晶这两种先进工艺的结合，其特点是靠掌握型腔中的反压力来调整合金液的上升速度；其次，压力场的作用贯穿于充型、结晶、凝固的全过程，因而具有优异的浇注、充型和凝固条件。图2—27是差压铸造原理图。差压铸造时，铸型和盛有合金液的坩埚分别置于相互隔开并密封的上、下压力筒里。其充型可分为上压力筒减压法和下压力筒増压法两种。1〕可以实现最正确充型速度2〕可以获得组织致密的铸件3〕可以削减铸件的壁厚效应4〕有利于改善铸件的5〕生产周期较长。三、飞行器金属材料热处理工艺热处理是改善金属材料及其制品〔如飞行器零件、工具等〕性能的重要加工工艺之一。热处理操作通常分为退火、正火、淬火、回火、冷处理、化学热处理和时效等。四、飞行器的冷加工工艺一般铆接是指最常用的凸头或●头倒钉铆接，其铆接过程是：制铆钉孔，制埋头窝〔对铆钉而言〕，放铆钉，铆接。无头铆钉连接，是将没有铆钉头的实心圆杆作为铆钉。铆钉的机械化和自动化，是铆接技术进展的必定趋势。五、焊接技术焊接通常分为熔焊、压焊和钎焊三种。用熔化法的称为熔焊，按所需热源不同，有电弧焊、电渣焊、气焊、等离子焊接、电子束焊接及激光焊接等；用加压法〔加热或不加热〕的称为压焊，如接触焊、摩擦焊、锻焊和冷焊等；利用熔点较焊件低的焊料和焊件连接处一同加热，使熔化的焊料渗入并填满连接处间隙而到达连接〔焊件未经熔化〕称为钎焊，如铜焊、银焊、锡焊、超声波钎焊及真空钎焊等。1、焊接方法概述电弧焊是包括有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等。它是目前应用最广泛的焊接方法。电阻焊是以电阻热最为能源的焊接方法，包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊。常见的以固体电阻热为能源的电阻焊，主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。高能束焊有两种分别为电子束焊和激光焊。钎焊是利用熔点比被焊接材料的熔点低的金属做钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料吸入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属外表，使液相与固相之间相互集中而形成钎焊接头。因此，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。2、电子束焊接的根本原理和特点电子束焊接是利用高速运动的电子的功能，轰击被焊接件的接头处，进展能量转换熔化金属形成焊缝的过程特点：1〕极高的能量密度2〕抱负的保护和条件〔真空电子束焊接〕3〕良好的可达性、可控性和再现性电子束的应用范围：电子束焊接的功率密度高，焊接过程中工件的变形与收缩量小，焊缝的热影响区小，焊接的精度高，焊缝的深度比大，在真空电子束焊接中，焊缝的化学成分纯洁。1〕适用于焊接难熔金属、活泼金属和高纯度金属2〕适用于通常熔化焊方法无法焊接的异种金属材料的焊接3〕可焊接已经淬火的或加工硬化的金属4〕由于焊缝的热影响区小，可焊接紧靠热敏性材料的零件5〕可对已经精加工到最终尺寸的零件进展焊接6〕在电子束焊接中，电子束可射出几百毫米的距离，往往可以对其他焊接方法无法接近的部位进展焊接3、激光焊〔1〕激光具有亮度高、方向性好、单色性好、相干性好的优点，使激光作为加工热源是格外抱负的。〔2〕按激光工作物质的状态，激光器可分为固体激光器和气体激光器。激光焊的特点1〕聚焦后的激光具有很高的功率密度，焊接以深熔方式进展2〕由于激光加热范围小，在同功率和焊接厚度条件下，焊3〕4〕可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等5〕激光能反射、透射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进展远距离或一些难以接近部位的焊接6〕一台激光器可供多个工作台进展不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和热处理依据激光器输出能量及其工作方式的不同，激光焊分为连续激光焊和脉冲激光焊两种〔包括高频脉冲连续激光焊〕。前者在焊接过程中形成一条连续焊缝，后者焊接时形成一个圆点焊接。激光焊焊接过程中的几种效应：1〕激光焊焊接过程中的等2〕3〕净化效应影响激光焊接质量的根本参数为激光功率、焊接速度、透镜焦距、聚焦位置、保护气体、被焊材料及接头形式等由于激光焊接是将光能转变为热能进展焊接的，因此，被焊物体对于激光的反射率是影响焊接速度的重要因素4、集中焊原理：集中焊指在肯定的的温度和压力下使待焊外表相互接触，通过微观塑性变形或通过待焊外表的物理接触，经过较长时间的原子相互集中来实现结合的一种焊接方法。集中焊过程大致可分为三个阶段：第一阶段为物理接触阶段，高温下微观不平的外表，在外加压力的作用下，总有一些点首先到达塑性变形，在压力的持续作用下，接触面积渐渐扩大，最终到达整个面的牢靠接触；其次阶段是接触界面原子间的相互集中，形成结实地结合层；第三阶段是在接触局部形成的结合层，渐渐向体积方向进展，形成牢靠的连接接头。集中焊的特点1〕集中焊适合于耐热材料〔耐热合金、铬、铝、银、铁等〕、陶瓷、磁性材料及活性金属的连接。特别适合于不同种类的金属与非金属异种材料的连接。2〕可以进展内部及多点，大面积构件的连接，以及电弧可达性不好，或用熔焊方法根本不能实现的连接3〕是一种高精度的连接方法，用这种方法连接后，工件不变形，可以实现机械加工后的周密装配连接。集中焊的缺乏之处1〕零件待焊外表的制备和装备要求较高2〕焊接热循环时间长，生产率低3〕设备一次性投资较大，而且焊接工件的尺寸受到设备的限制4〕接头连接质量的无损检测手段尚不完善真空集中连接设由有以下几局部组成1〕真空室2〕集中泵和机械泵组成的真空系统3〕加热系统4〕加压系统5〕测量与掌握系统集中焊的方法：1〕真空集中焊2〕等静压集中焊3〕场致集中焊5、摩擦焊是一种基于摩擦焊的压焊方法。根本原理是在外力作用下，利用焊件接触面间的相对摩擦运动和塑性流淌所产生的热量，使接触面积及其近缝区金属到达黏塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互集中和动态再结晶而完成焊接。线性摩擦焊是一种固态连接技术。耗材摩擦焊是一种先进的焊接|焊敷技术。搅拌摩擦焊技术是一种高效、低耗、低本钱、符合21世纪环境要求的固相连接技术。搅拌摩擦焊优点：1〕固相焊接过程，焊缝组织细化，无气孔、裂纹和元素烧损，无溅射、火焰及疏松2〕质量与操作人员无关3〕于多种接头形式，对接、搭接及角接4〕适于变截面焊缝和异质材料间的连接5〕剩余应力比熔焊低得多和剩余变形微小6〕可用机器人实现自动化，完成各种状态下的焊接操作。6、飞行器电子设备的电气连接方法主要有焊接、压接、绕接、粘接及螺纹连接等。六、特种加工技术与工艺1、电火花放电加工简称“电火花加工”，是利用电、热能量进展加工的方法，其加工方法是在液体介质中利用脉冲放电使金属工件发生电解腐蚀，以形成与工具电极外形相对应的外表。也称为放电加工或电蚀加工。〔1〕电火花加工技术的应用领域包括电火花线切割、电火花成形、电解加工及特种加工等。2、电火花加工的根本工艺规律：1〕极性效应2〕掩盖效应3〕面4〕5〕6〕脉冲放电特性7〕介质效应8〕电极与工件材料特性电火花加工技术指标：加工的尺寸精度，加工的外表粗糙度及外表变质特性，加工的生产率影响电加工质量的工艺参数：电参数，非电参数。电火花成形加工是依据工件的要求制造出外形相对应的成形电极，用以蚀除工件，进展仿形加工的一种方法。电火花成形加工工艺的评定指标：加工速度、加工精度、外表质量。〔电火花加工的外表质量是指外表粗糙度和外表层的物理机械性能〕电火花的加工特点1〕电火花放电产生的高温足以熔化、汽化任何导电材料，可以加工传统切削加工方法难于加工，或无法加工的任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性的导电材料2〕电火花加工时，工具与零件不直接接触，没有传统切削加工方法的切削力，有利于微孔、窄缝和薄壁等低刚度零件的加工；适合于各种简单截面的型孔、曲线孔、型腔等零件加工，也适合于周密微小加工3〕电火花加工零件外表尺寸、外形一般是工具尺寸、外形的“复印”。由于工具材料不需要比零件硬，故工具易于制造、本钱低，因此便于加工特别及简单外形零件4〕电火花加工中，脉冲放电的持续时间极短，对整个零件而言，几乎不受热的影响，因此可削减热影响层，提高加工后的外表质量，也适用于加工热敏性材料〔如硬质合金等〕5〕电火花加工机床的脉冲参数调整范围广，可在同一台机床上连续进展粗—半精—精加工。6〕电火花加工的局限性在于它一般仅适用于导电材料，生产率低，工具电极损耗大，工具精度需比零件精度高1—2级7〕由于外表熔化层和热影响层的存在，有些状况下对零件疲乏性能有影响，需要用磨粒流加工工艺去除。3、电火花线切割加工主要分高速走丝和低速走丝两类。4、电解加工的根本原理是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理将金属零件加工成形的。加工时零件接直流电源的正极，工具阴极接直流电源的负极，零件与工具之间通以高速流淌的电解液，通常工具阴极以肯定速度向零件送进，零件被加工部位不断溶解，最终加工出肯定外形。电解加工常用的电解液有氯化钠、硝酸钠、氯酸钠、硫酸钠、亚硝酸钠等水溶液以及其混合液，电射流加工时也用硫酸等酸溶液。成形电解加工的特点：电解加工优点1〕加工范围广，可加工高硬度、高强度、高韧性等难切割的金属材料〔如淬火钢、硬质合金、高温合金、不锈钢、钛合金等〕2〕能以简洁的进给运动一次加工出外形简单的型面或型腔〔如锻模、叶片等〕3〕加工中无机械切削或切削热，因此适合于易变形或薄壁零件的加工4〕加工后零件外表无剩余应力，无加工变质，不消灭飞边毛刺，可到达较低的外表粗糙度5〕6〕生产率高。5、高能束加工：激光加工特点1〕激光加工不需要加工工具，故不存在工具耗损问题，并且很适宜自动化连续操作2〕由于激光的功率密度高，几乎对全部金属材料和非金属材料〔如各种金属、陶瓷、石英、金刚石等〕均可进展激光打孔；对于透亮材料〔如玻璃〕也只需实行一些色化与打毛措施便可实行激光加工3〕加工速度快、效率高，热影响区小4〕由于激光加工不需要工具，又能聚焦成极细的光束，所以能加工深而小的微孔和窄缝〔孔径可小至几微米，深度与直径之比可达 10以上〕，适合于精微加工5〕可透过透亮材料〔如玻璃〕对零件进展加工。电子束加工：国际上通常把利用高能量密度的电子束对材料进展工艺处理的一切方法统称为电子束加工。1〕它易于准确掌握，工艺力量广泛，是当前最有前途的周密、微细加工工艺2〕离子束是利用机械碰撞能量加工，故不管对金属、非金属都可用3〕由于是靠碰