航空产品的性能、质量与生产效率是与其制造装备,尤其是机床设备的发展密不可分的。一般说来,产品的设计以用户与市场需求为导向,但设计目标能否最终实现,受到装备与制造工艺水平的制约。航空产品也是如此。航空零部件普遍具有十分复杂的几何结构、较高的精度和检测要求,同时大量使用钛合金、高温合金、不锈钢、高强度铝合金、复合材料等高性能材料,以保证航空产品对于其使用性能及环境、强度与重量的特殊要求。这些零部件从制造到检测对于其制造工艺与装备有着很高的要求。同时伴随着科学技术的日新月异,面对风云变幻的国际形势和瞬息万变的市场,过去长达10~15年的航空产品研制周期已经不能满足现今的客户需求。这就要求航空制造企业必须对市场的变化有快速反应的能力,尽量缩短产品的研制周期,并能够对预研产品有足够的预验证能力。这些也对航空产品制造装备以及相配套的软硬件条件提出更高的需求。 航空产品与机床设备发展的相互影响可以从两个方面来分析:一方面,对于航空产品设计性能的不断追求,促进了相关多种技术和装备的发展。如熔模铸造、粉末冶金、数控、在线检测等。而这些技术和装备的广泛应用,又促进了其他行业(诸如机械设备、交通运输、医疗、消费等)水平的普遍提高;另一方面,相关技术装备、材料工艺及配套软硬件技术的提升以及新装备新技术(如无余量加工、增材制造、FMS、PDM、MBD技术)的普遍应用,又反过来影响和改变着航空产品的设计模式,不但使以前无法实现的设计得以实现,而且不断促进产品设计性能和制造水平的提升。 毛料精化与无余量制造机床设备 航空产品毛料对成品质量有着至关重要的影响。由于航空零件普遍结构复杂、精度要求高,传统的毛料制造技术往往无法满足其表面尺寸与精度要求。很多表面在铸造和锻造成型之后还需要由机械加工来完成,如发动机轮盘、压气机叶片等。由于航空零件大量采用造价昂贵的难加工材料,较大的毛料余量不但造成材料的浪费,而且使航空产品机械加工的效率十分低下。同时,机械加工本身会破坏毛料原本内部金属流线的完整性,并释放内部应力,造成零件变形,对产品的最终质量产生不利的影响。因此,航空产品对于毛料制造的精化、细化及无余量制造技术及装备产生广泛的需求。 近几年来,毛料的精化、细化技术日臻完善。精密铸造工艺设备不涉及机床概念,在此不加讨论。无余量精密锻造技术采用高精度的锻造机床设备、完善的检测和辅助处理工艺,可使发动机锻造叶片型面及缘板面达到无余量状态。该技术的应用可提高锻件尺寸精度,保证叶片内部金属流线的完整性,提高产品可靠性,同时降低叶片加工成本,提高叶片的生产效率。精密冷辊轧机床设备不仅使加工技术简化,更重要的是可使叶片的机械性能、产品质量和使用性能得到提高,有利于叶片材料潜在性能的发挥。
近年来,粉末冶金材料和工艺开始广泛应用于航空产品,如发动机轮盘、飞机结构件等的制造。粉末冶金技术的关键在于粉末的制备以及零件的成形和致密化技术。合金粉末一般采用热等静压、热挤压、喷射成形、快速成形和注射成形等工艺进行成形和致密化。其中激光快速成型工艺又称3D打印,也称为金属材料增材制造技术,以区别于以塑性加工工艺为代表的等材制造和以机械加工工艺为代表的减材制造。该技术是以金属粉末、颗粒或金属丝材为原料,通过CAD模型预分层处理,采用高功率激光束熔化堆积生长,直接从CAD模型一步完成高性能构件的“近终成形”。3D打印设备虽然没有被明确称为机床,但是具备机床这一概念所具备的一切特征。同时将其功能融入现有的数控机床设备也是机床行业近年来努力的一个方向。 |
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