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航空制造业的发展对机床工具业的影响

航空制造业的发展对机床工具业的影响

点击数:7690 次   录入时间:03-04 11:47:46   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
 机床工具产业是国民经济发展的基础,是装备制造业发展的重中之重。以航空制造业为代表的高新技术产业的快速发展,势必带动和促进装备制造业的发展,为机床工具行业市场开拓带来了新的契机和巨大的商机,对装备制造业的产品结构和生产方式都将产生深远影响。

  一、我国航空工业进入快速发展期

  在重点型号工程的支持和市场需求的拉动下,我国航空工业获得了长足的进步,取得了一系列的自主创新成果,尤其是以歼10等为代表的新型先进战机已成为我国空军装备的主力,而以ARJ-21、新舟60、新舟600、新舟700等支线飞机为代表的民用飞机的研发制造也取得了重大进展,这些成果为我国航空工业的跨越式发展奠定了坚实的基础。

  为适应我国航空工业发的需要,2008年底我国航空工业体制进行了新的改革,将原航空工业一集团和二集团合并重组为新的中国航空工业集团公司,表明了国家要集中资源和精力发展以大飞机为代表的高新航空产业的坚定意志和决心。根据有关预算,从大飞机前期的研发费用到生产能力建设,再到产品最终投放市场,相关投入总体上将超过2 000亿元。如果算上中航工业投入到大型运输机以及用于军机和多种通用飞机的投资费用,我国航空工业的投资规模将十分庞大,必将推动机床工具等装备制造业的发展。

  二、航空制造技术分析

  1. 航空产品零件的结构特点

  现代飞机为满足高速、高机动、高负载和远航程等性能要求,大量地采用新技术、新结构、新材料,其零件越来越向尺寸大型化、型面复杂化、结构轻量化、材料多元化和制造精密化发展。如飞机机身结构件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁条以及航空发动机的关键件机匣、各类叶片和整体叶盘等,其轮廓大而形状各异。为了减轻飞机的重量,增加飞机的机动性及有效载荷和航程,现代飞机都进行了轻量化设计,广泛采用高强度的新型轻质材料。而为了提高零件的强度和可靠性,主要采用了整体毛坯件和薄壁整体框架结构,零件材料除了大量采用铝合金外,还广泛采用钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料和工程陶瓷等难加工材料。

  2. 航空产品零件的工艺特点

  (1)各类零件规格尺寸和结构相差悬殊,机床工具等工艺装备通用性不高。如加工机身结构件需要采用高刚性的高效、大型、高速机床,加工发动机关键件需要采用精度及柔性高的精密机床,加工机载设备零件的需要采用多功能的复合机床。

  (2)现代航空制造业所面临的通常都是多品种、小批量、短生产周期的生产任务,因此要求工艺系统有较高的响应速度。

  (3)产品零件结构复杂,加工难度大。零件的外形涉及机身外形、机翼外形、翼身融合区等,多数零件与飞机的气动外形相关,周边轮廓与其他零件还有复杂的装配协调关系。

  (4)零件切削加工量大。由于越来越多的采用整体结构设计,使得需要切削加工的零件数量大幅增加,而且大部分零件在切削过程中材料去除量非常大,部分飞机结构件的材料去除率达90%以上。

  (5)薄壁、易产生加工变形。存在大量的薄壁、深腔结构,为典型的弱刚性结构。

  (6)加工精度高。由于要实现无余量装配,对工艺分离面的对缝、间隙等要求十分严格,零件制造精度要求高。

  (7)刀具及切削参数选用困难。由于刀具工业的发展赶不上新材料的开发和应用步伐,又缺少加工切削数据库的支持,使得如何合理选择刀具和科学选用加工参数成为工艺技术的一个难点。

  3.航空制造技术现状

  在国际转包生产和国内型号工程的拉动下,经过航空制造业界的不懈努力,我国飞机制造技术水平、加工质量逐年稳步提高,航空发动机研发和制造的技术瓶颈也取得重大突破,数控加工机床在行业内也基本得到普及,已初步具备了研制大飞机的技术条件。

  目前,我国航空制造技术虽然取得了长足的进步,但与国外发达国家相比还是存在较大的差距。主要表现在数控加工技术的应用水平整体不高,与优质高效的加工要求相去甚远;对新型机床的性能及其加工技术掌握不够;部分关键零件的工艺还依赖于个人的经验,工艺能力普遍不足;切削工具的制造、管理和配套水平低,刀具及其切削参数的选用缺少科学依据,制造成本居高不下;航空制造数据库还没有系统的建立起来,各先进制造单元大多数还处于独立运行状态,集成度差,未能形成先进制造技术的综合实力。

  4.航空制造技术的发展趋势

  (1)实现产品全生命周期的数字化管理是发展的核心。包括数字化样机、数字化设计、数字化加工、数字化装配、数字化检测及数字化信息管理等,最终达到完全实现产品在各个阶段的信息集成与共享。

  (2)新型复合材料的应用比例越来越大。以碳纤维为代表的陶瓷基、树脂基及高温复合材料将不断地开发出来并应用于现代飞机上,给机床及刀具工业提出了新的要求。

  (3)航空整体结构件将取代传统的“多件连接”的结构形式,复杂形状构件的整体精密成形和“锻造+切削加工”的生产方式将成为航空结构件发展的必然趋势。

  (4)数控复合加工技术是提高加工效率、增加装备柔性、保证产品质量的有效手段,必将成为航空制造业主要采用的零件加工技术。

  (5)高速、高效的切削加工技术需求强烈,发展迅速,推广应用的前景广阔。

  (6)为减少切削量和实现无余量装配,成形技术和加工技术日趋精密化。

  (7)虚拟制造和网络加工技术将广泛应用。以仿真技术为基础的虚拟制造技术能够大幅缩短产品的研制周期,提高产品合格率。而基于网络的加工技术可以组建产品级的动态企业联盟,从而实现协同设计和异地制造。三、航空制造业对机床工具的需求

  随着我国航空工业的快速发展,对数控机床的需求正处于上升阶段,尤其是研制大飞机必将吸纳大量的高品质的机床工具为其服务,对机床工具行业的发展提出了挑战的同时也提供了难得的发展机遇。

  1. 航空产品零件的制造对机床工具的需求

  航空制造业需机械加工的典型零件主要有机身结构件、发动机关键件、起落架零件及机载产品零件等。由于它们的结构和性能要求各异,对机床工具的需求也各有侧重。


(1)飞机机身结构件主要有梁、框、肋、壁板等零件,此类零件大多为铝合金或钛合金材料,一般外形轮廓尺寸都很大,属薄壁多腔的整体框架结构,机械切削去除量大,表面质量要求高。加工此类零件需要大型、重型机床装备,要求工作台承重10t以上,有效行程在15m以上的高刚性机床。如数控龙门镗铣床、数控龙门加工中心、数控落地镗铣床和数控五轴联动龙门加工中心等。由于机械切削量大,对能实现柔性、复合加工的大功率数控高速切削机床需求尤为迫切,如多主轴的大型组合式复合加工中心等。

  (2)飞机发动机关键零部件有压气机、燃烧室、涡轮等。此类产品的零件多为高温合金或耐高温的复合材料,一般为异型环状结构,刚性差,精度高,型面复杂,加工难度大。加工此类零件需要大、中型多功能、高精度数控机床,要求设备具有较高的柔性,优良的数控系统,在线测量功能强大,工位多,刀具库容量大,如大型精密数控立式车削中心,五轴联动加工中心及多轴数控龙门铣,另外还需针对发动机叶轮开发高性能叶轮加工专用机床。

  (3)飞机起落架一般采用高强度钢的锻造毛坯经机械加工而成。锻造起落架的毛坯需要万吨级压力机,毛坯的加工需要中、大型数控落地镗铣床、五轴联动龙门加工中心等设备。

  (4)机载产品零件种类繁多,结构复杂,材料多样,性能各异。加工此类零件需要中、小型高精度的多功能数控复合机床及高速数控铣床,如高精度的立、卧式加工中心及高精度的车、铣、磨复合加工中心等机床设备。

  2. 大飞机项目对机床工具业的影响

  航空工业一直是引领机床工具发展的主要行业,也是机床工具的消费大户。大飞机项目的实施,对我国机床工具行业提出了新的挑战,也为这个行业带来发展的新机遇。

  (1)大飞机是我国的新兴技术产业,涉及到国民经济的多个行业,许多技术领域我国传统机床制造行业尚没有涉足,关键零件的制造无论是在技术上还是在装备上都面临着挑战。加上大飞机因其在安全性、经济性、环保性、舒适性和适航性等方面均有其特殊的要求和标准,原有的制造设备将不能够满足其零件的加工技术要求,使得大飞机的制造设备有了更新换代的需求,这些对机床工具业的产业结构调整和技术创新带来了难得的机遇,必将促进我国机床工具业的跨越式发展。

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