電加工技術(shù)在大飛機制造中的應(yīng)用

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2907

  大飛機一般是指起飛總重超過100t的運輸類飛機,包括軍用大型運輸機和民用大型運輸機,也包括一次航程達到3000km的軍用或乘座達到100座以上的民用客機[1]。從地域上講,我國把150座以上的客機稱為大客機,而國際航運體系習慣上把300座以上的客機稱作“大型客機”,這主要是由各國的航空工業(yè)技術(shù)水平?jīng)Q定的。
  以我國目前自行設(shè)計的C919型大飛機機體為例,其復合材料用量占15%,鋁鋰合金占15.5%,其余為高強鋼和鈦合金等材料。因此在大飛機機體制造過程中,以切削、成型、連接、裝配等技術(shù)為主[2],而作為航空發(fā)動機(包括大飛機用大涵道比渦扇發(fā)動機)制造技術(shù)中重要組成部分的特種加工技術(shù)所占比例較小。但是不能據(jù)此得出大飛機機體制造過程中特種加工不重要的結(jié)論。相反,特種加工技術(shù)也是大飛機機體制造技術(shù)中的一個不可缺少的組成部分,大飛機機體制造中需要特種加工技術(shù)的必要性表現(xiàn)在以下幾個方面。
  (1)大飛機機體結(jié)構(gòu)中仍包括相當數(shù)量的復合材料、鈦合金等不易進行機械切削加工的材料,通過特種加工技術(shù),更易于實現(xiàn)這些材料的成型。
  (2)大飛機機體結(jié)構(gòu)中也具有相當數(shù)量的干涉性、大去除量、高深徑比、薄壁等類型的特征結(jié)構(gòu),采用特種加工技術(shù)或與其他加工技術(shù)相結(jié)合的特種加工技術(shù),對實現(xiàn)此類特征結(jié)構(gòu)的加工有著突出的作用;
  (3)大飛機機體的制造技術(shù)不僅包括飛機結(jié)構(gòu)件的制造,還包括了飛機結(jié)構(gòu)件制造所需要的模具和工裝的制造,在這些方面,特種加工技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用空間。
  (4)在大飛機機體的制造中,需要綜合考慮安全、壽命、環(huán)保和成本等方面的因素,在制造過程中合理地結(jié)合特種加工技術(shù),有利于提高加工效率和精度,以及降低加工成本,并滿足大飛機的一些特殊功能件的需求。
  在特種加工技術(shù)領(lǐng)域中,電加工技術(shù)屬于在大飛機機體制造中應(yīng)用較少的類別。下文即以電加工技術(shù)為例,闡述了目前大飛機機體研制和生產(chǎn)中電加工技術(shù)的主要應(yīng)用對象和范圍,介紹了電加工技術(shù)在實施過程中的重要性和特點,并對以電加工技術(shù)為例的特種加工技術(shù)在大飛機機體研制和生產(chǎn)中的進一步推廣和發(fā)展提出了相應(yīng)的建議。
  電加工技術(shù)在大飛機研制和生產(chǎn)中的應(yīng)用
  電加工技術(shù)是特種加工技術(shù)中的一大類別,是借助于電能和電化學能等能量或者它們的組合來實現(xiàn)材料切除或增加的加工方法,由于這些工藝方法賴以切除或增加材料的能量形式不同,一般情況下分為電火花加工技術(shù)和電化學加工技術(shù)兩大類[3]。
  在目前大飛機機體的制造中,電火花加工技術(shù)和電化學加工技術(shù)均有一定程度的應(yīng)用,現(xiàn)將這兩類電加工技術(shù)的原理和優(yōu)缺點、應(yīng)用對象、適用范圍等主要內(nèi)容分別闡述如下。
  1電火花加工成型技術(shù)
  電火花成型加工是在工件與工具之間存在一定絕緣介質(zhì)的條件下,利用兩極之間產(chǎn)生的脈沖性火花放電的電腐蝕現(xiàn)象,使導電材料(工件)被去除而達到加工目的的工藝方法。電火花成型加工也屬于熱熔加工,會在加工表面生成一定厚度的再鑄層,再鑄層的厚度與電流、波形等工藝參數(shù)有關(guān)。電火花加工也是非接觸加工,加工過程無加工應(yīng)力,可以在薄壁件等易變形零件的特征結(jié)構(gòu)加工中采用,但電火花加工的電極會產(chǎn)生損耗,多次使用后會影響加工質(zhì)量。在電火花加工成型技術(shù)方面,主要包括電火花成型技術(shù)和線切割成型技術(shù)兩個類型,以及可視為表面改性或增量成型的電火花表面合金化技術(shù)。
  (1)電火花成型技術(shù)。
  電火花成型技術(shù)主要用于大飛機機體中具有合適尺寸的由難切削材料制成的特殊結(jié)構(gòu)的制造。如中央操縱機構(gòu)和舵面之間機械聯(lián)系的傳動裝置中的搖臂和傳動拉桿中的型腔,飛機燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)中的噴嘴和導管連接頭,飛機環(huán)控系統(tǒng)中液壓傳動系統(tǒng)組件等。
  電火花成型技術(shù)用于這些構(gòu)件進行加工時,主要表現(xiàn)出以下特點:
  a.電火花成型技術(shù)的加工精度高,最高可達±0.01mm,加工表面質(zhì)量好,一般精加工時均在Ra0.8~1.6μm的范圍內(nèi)[4];
  b.電火花成型技術(shù)主要用于具有復雜結(jié)構(gòu)的零部件的特征成型,所針對的材料主要為高強鋼和鈦合金等材料,這些特征結(jié)構(gòu)通常具有一定的干涉性,且精度要求較高;
  c.電火花成型加工過程中,需要根據(jù)所加工零件的材料,對電極材料進行選擇,如加工鈦合金時,優(yōu)先選用石墨為電極材料,避免加工過程中電極材料對零件產(chǎn)生污染;
  d.電火花成型技術(shù)經(jīng)常與其他加工工藝相結(jié)合[5],在一些特征結(jié)構(gòu)的加工中,常用電火花成型技術(shù)進行最后的精加工,并達到清棱、清角等效果;
  e.電火花成型技術(shù)在大飛機結(jié)構(gòu)件制備所需的模具、夾具等附屬裝置的加工中,應(yīng)用極為廣泛,是型腔、型面和配合部分的主要加工工藝方法之一[6]。
  (2)線切割成型技術(shù)。
  線切割成型技術(shù)主要用于大飛機合適尺寸的無干涉構(gòu)件的成型切割和相關(guān)構(gòu)件模具與工裝的切割。線切割成型技術(shù)的本質(zhì)為線電極的電火花放電加工,其加工特點與電火花成型技術(shù)相類似,在加工可達性方面稍差,在進行開敞性內(nèi)封閉結(jié)構(gòu)的切割時,需要預先加工的穿絲位置,但其加工效率明顯優(yōu)于同等功率的電火花成型機床,最大切割效率可達700mm2/min,并且最佳表面粗糙度可達Ra0.02μm,加工精度可達±0.002mm,同時準備時間短,使用成本也較低,因此多用于中間和最終加工工序。
  (3)電火花表面合金化技術(shù)。
  此外,可視為電火花加工技術(shù)反向延伸技術(shù)的電火花表面合金化技術(shù)也是大飛機結(jié)構(gòu)功能件表面改性中應(yīng)用較多的一種工藝,其本質(zhì)是將一種作為電極的導電材料在另外一種作為基體的導電材料的表面進行合金化冶金反應(yīng),形成一種新的合金層[7]。從而改變或提高作為基體的導電材料的表面質(zhì)量、表面硬度及其他特性的工藝方法。通過此技術(shù),能夠有效地提高零件的表面性能,如耐磨性、防腐蝕性、增強表面硬度等性能,從而達到使零件減重、延壽和增進使用性能的目的。
  電火花表面合金化技術(shù)主要用于起落架收放作動筒、襟翼作動筒、環(huán)控系統(tǒng)搖臂等具有耐磨需求的功能件的表面改性。

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