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:2897

  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(xí)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(fù)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(fù)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(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)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(dǎo)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(fù)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(yù)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(dǎo)電材料在另外一種作為基體的導(dǎo)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(dǎo)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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