航空產品機械加工工藝優(yōu)化方法分析
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摘要：我國航空機械加工制造業(yè)仍存在很多問題，無法滿足航空產品的設計要求，限制了航空工業(yè)的發(fā)展速度。為促進我國航空航天技術的發(fā)展，提高我國航空制造水平，需要對航空產品機械加工工藝進行優(yōu)化。簡述了航空發(fā)動機和整體結構件的加工工藝現狀，總結了這兩種航空產品的機械加工工藝優(yōu)化方法。
關鍵詞：航空制造業(yè)；航空發(fā)動機；航空整體結構件；加工工藝優(yōu)化
1概述
航空航天業(yè)在各國發(fā)展戰(zhàn)略中均具有重要地位，其聯帶效應強，能體現國家的綜合國力，引領國家科技發(fā)展。我國在航空航天領域一直處于領先地位，國家積極推動航空航天事業(yè)發(fā)展，為建設航空強國而奮斗。航空航天領域面臨的一大難題就是航空制造業(yè)的加工制造水平無法滿足設計要求，目前加工工藝精細度不足，生產效率低，制造成本高，航空發(fā)動機使用壽命和航空整體結構件的結構剛性都難以滿足設計要求。航空領域需要進一步研發(fā)并革新機械加工工藝，提高零部件的精細度，延長使用壽命，使航空產品的質量能夠滿足使用要求。
2航空發(fā)動機加工工藝優(yōu)化
2.1航空發(fā)動機加工工藝現狀
發(fā)動機是航空飛行器的主要零部件，是飛行器完成飛行任務的動力來源，因此發(fā)動機制造在航空飛行器制造中具有重要地位。為確保整個加工制作流程順暢，要求有專門的工藝路線，操作人員應該熟悉加工工序圖，在加工工作開始前，準備好相應的工裝工具。但在我國航空發(fā)動機的實際生產中，由于從最開始就缺少完善的加工工藝規(guī)范程序，所以加工工作過程中無法對操作人員、工具工裝、加工設備進行標準化規(guī)范，導致工藝精度不足甚至會浪費加工材料，生產效率低，制作成本也增加。發(fā)動機機匣的加工是發(fā)動機制造的重要環(huán)節(jié)。發(fā)動機機匣常處于極端溫度、高壓等惡劣的工作環(huán)境中，其使用壽命是決定發(fā)動機使用壽命的一大因素。機匣材料一般會選取耐受性較強的各類合金材料以延長壽命，同時加工工藝也對機匣的壽命有較大影響。首先是機匣構件表面的平整度。機匣中有許多軸承作為承力構件，在飛行器從對流層升至平流層的過程中發(fā)生顛簸，機匣中的構件也發(fā)生碰撞和摩擦，如果構件接觸面不夠平整，就容易發(fā)生形變或因構件內部受力不穩(wěn)定導致內部斷裂。其次機械加工過程的高溫可能會縮短構件壽命，如用電火花加工法加工鎖片槽，受到高溫加工的材料更易疲勞老化。
2.2加工工藝優(yōu)化方法
（1）規(guī)劃詳細、完善的工藝路線。發(fā)動機制造涉及許多構件，每一部分也會涉及多個工序，不同工序的加工方法、時間、設備、成本不同，同一工序也有不同的加工方法。詳細、完善的工藝路線會綜合考慮以上因素，對工藝步驟進行優(yōu)化安排，并輔以準確、詳細的描述，以精確加工精度，提高質量，合理安排加工時間，縮短生產周期，降低加工成本。比如將精密度要求較高的工序放在靠后的順序進行加工，是防止后續(xù)加工步驟造成結構變化。另外還可以預留材料的加工余量，以便后續(xù)調整。
（2）優(yōu)化加工工具。提高航空產品質量的一大限制就是加工設備本身的局限性，如軸承誤差、機床本身使用問題。航空產品相較普通產品，對加工工序的要求更高，也因此對加工工具和相關用品要求更高?？梢酝ㄟ^對加工系統(tǒng)進行技術創(chuàng)新，以求獲得更精良的零件。如添加硫化添加劑改進金屬加工油，采用超硬度復合材料制作切削刀具等。除了技術層面問題需要進行研究革新外，對工具進行詳細的歸納管理，建立標準化體系，是投入成本低但短期內能有成效的方法。建立健全標準化體系，能在每個具體的加工項目開始前，根據詳細的工藝路線要求，選擇最合適的工具，避免因工具不適用而出現的浪費或精度不夠的現象。標準化的體系也能更好的規(guī)范加工過程，有利于加工制造業(yè)的長期規(guī)范發(fā)展。
（3）工藝規(guī)程標準化。由于航空產品的加工過程更為復雜，如果能對工藝方案進行完善，根據完善的工藝路線對工序順序、時間、人員調配等進行統(tǒng)一規(guī)劃，將工藝過程標準化，并歸納總結為工藝模板，整個加工工藝過程就有望能達到事半功倍的效果，且制作難度也有所降低。
（4）機匣構件的加工工藝優(yōu)化。為了保證構件表面平整性，防止加工導致的形狀偏差，需要對加工精度進行更好地控制。首先需要對構件進行基準矯正，精度要求高且涉及復雜的加工時最好使用數控機床進行反復矯正，細化基準線。組裝要嚴密，以免發(fā)生脫落。如果工件壓緊后仍無法達到基準，可以通過塞尺填補。另外，對于產生高溫的加工方法，為了減輕溫度對材料的老化速度的影響，一方面可以尋找替代方法完成同一工序，另一方面可以通過動態(tài)控溫，保持安全范圍。在鉆孔加工中常因碎屑進入空腔導致構件發(fā)生誤差，影響后續(xù)組裝、加工，目前的改進方法是石蠟封堵，但由于鉆孔加工摩擦生熱，時間一長，石蠟就會有熔化導致碎屑進入，還需要進一步進行工藝優(yōu)化。
3航空整體結構件加工工藝優(yōu)化
3.1航空整體結構件加工工藝現狀
航空產品逐漸走向精密可靠、經濟環(huán)保的發(fā)展方向，而要滿足用戶對性能的要求，必須不斷提升所使用的航空材料的性能和制造技術。對于材料的研究相對已經足夠滿足要求，飛行器的重量不斷減輕，結構強度和損傷容限逐漸提高，耐腐蝕耐極端溫度等性能都有所提高，大大增長了各零部件和結構的使用壽命。先進的航空材料必然對應著高昂的成本，普通的切削加工精密度差，加工過程產生的熱量和應力容易引發(fā)結構變形，同時沒有完善、高效的成套加工技術，制造周期長。綜合來看，制造技術的局限影響了航空產品的產品質量、安全可靠性和經濟效益，也影響了進一步的創(chuàng)新研發(fā)。目前，國內在實際生產整體結構件時，仍采用保守的加工參數，為保障加工質量，對效率要求降低，實際上沒能真正發(fā)揮數控加工設備的用途。另外國家投入制造技術研發(fā)不足，國內對切削加工的研究較少，缺少探究優(yōu)化工藝參數的研究。雖然國內外研究者通過數值仿真技術對加工過程進行模擬，以進行加工過程中的變形研究和機理研究，但有限元模型的簡化對整體要求更高的航空工業(yè)來說誤差過大。需要建立更為精確的物理模型，更為系統(tǒng)全面的對航空整體結構的加工技術進行研究探討，給出科學可靠的指導。
3.2切削加工過程的研究與工藝優(yōu)化
切削加工時，由于系統(tǒng)動態(tài)剛性不足，會發(fā)生振動。而幾種誘因引發(fā)的振動中，因內部激發(fā)的相互作用而發(fā)生的振動（切削顫振現象）是優(yōu)化切削加工工藝必須解決的一大難題。切削顫振因對制造生產過程產生的諸多不良影響，一直是研究熱點。這一現象不僅影響加工質量和精度，還會加速設備磨損，同時由于它對加工質量的影響，需要犧牲加工效率，才能獲得足以滿足要求的結構件，進一步增加成本。要降低其影響，可以對加工系統(tǒng)（刀具、機床、夾具、被加工材料等）進行優(yōu)化升級，但這一過程需要投入大量的時間、物力和人力才能獲得成效。因此從優(yōu)化加工工藝的角度進行優(yōu)化改進，是性價比最高、難度最低的方法。粗加工工序一般情況下被加工穩(wěn)定性、機床和刀具使用壽命所束縛，為實現高效加工，需要有較高的材料去除率。而精加工則是受質量、精度要求限制，力求獲得更高的加工效率。近年來對加工技術的突破，就是提出了高效切削加工技術。該技術通過對動力學模型的研究，能在滿足精度要求的基礎上，實現當前機械加工系統(tǒng)約束下最大的生產效益，成本和質量兼顧，大大提高了生產率。
4結論
航空制造業(yè)不斷追求提高航空產品質量和加工效率、降低生產成本，我國航空制造水平與國外仍相差較大，航空產品的質量不能滿足設計要求，整體效率較低，制約了航空工業(yè)的發(fā)展。通過優(yōu)化加工系統(tǒng)、建立工藝規(guī)范、研發(fā)新技術等對航空產品機械加工工藝進行優(yōu)化，能提高我國航空制造水平，促進我國航空航天技術的發(fā)展，在國際競爭中獲得優(yōu)勢。
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作者：王巖巖 周博 單位：沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司
