飞行器制造技术要点

一、概论1、飞行器加工工艺就是通过改变原材料、毛坯或半成品的形状、尺寸、性质或表面状态，使之成为符合设计要求的飞 行器产品的零部件的方法。2、飞行器结构设计的基本要求(D必须保证飞行器具有精确地气动外形(2)在确保导弹一次使用成功的前提下，要满足规定的强度和刚度要求，必须尽量简化导弹结构、减轻质量并降低 制造成本。(3)必须使飞行器能够适应所规定的严酷自然环境和力学环境。(4)必须使飞行器具备良好的可维修性(5)必须强化飞行器系统及各分系统的电磁兼容设计3、采取的措施(1 )飞行器的结构材料主要采用比强度和比刚度高的金属材料和非金属复合材料，部分采用钛合金和铝锂合金。(2)在结构设计中，尽量采用先进工艺技术以满足飞行器结构、材料及加工精度等方面要求。(3)由于飞行器正在朝小尺寸、大威力、超声速、超远程方向发展，因此应大力推广和应用整体结构、蜂窝夹层结 构、强力旋压舱段(包括内外旋压)和高性能增强复合材料结构。(4)大力推广应用计算机辅助设计与制造(CADICAM ) 一体化技术，采用高精度的通用机床设备和测试(包括无 损探伤)设备，以保证新一代武器系统制造精度和缩短研制周期。4、特点(1 )新工艺新技术应用比较多比较快，工艺预研必须走在飞行器研制的前面，以便为新型飞行器的诞生创造条件。(2)所涉及的不少专业技术属于高科技范畴。(3 )加工工艺的实践性强，其验证工作贯穿于飞行器研制全过程，特别是地面试验必须充分并尽量模拟真实情况。(4)所加工产品零部件的质量控制十分严格。5、先进连接技术焊接分：钎焊、熔焊、压焊(D 钎焊，是使被连接的构件之间填充熔点低于被焊接材料的材料并使之熔化，而在连接界面上润湿和漫流，从而 填充被焊接头的间隙，然后冷却结晶形成不可拆卸的冶金结和的连接方法。根据焊料液相线温度高低分为：硬钎焊和软钎焊特点：1 )温度远低于母材料的融化温度，对母材性能没有明显影响。2 )可在焊接熔化温度下对焊件实体整体均匀加热，对全焊缝同时焊接，焊件的温度梯度小，应力变形小，易保持焊件精度。3)可实现多种异种金属、金属与非金属之间的连接。4)对热源的要求低、工艺简单、易于自动化，焊件相对具有较高的可靠性。(2)熔焊，是将材料加热至熔化状态，然后冷却结晶成一体，利用液相的相溶而实现原子间的结合的连接方法。 加热热源不同可分为：电弧焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊、气焊(利用化学热)。特点：1)加热温度高2)焊接件有冶金过程3 )焊接温度梯度大，因而焊件的变形也较大4 )焊缝金属组织存在着相变，母材与填充金属在焊缝及其附近发生扩散迁移(3)压焊，是在连接的表面采用加压、摩擦、扩散等特理作用下，两个连接表面在固态下达到紧密接触，金属原子获得能量，活动能力增强而互相接近并扩散形成固态连接。压焊分：摩擦焊、超声波焊、爆炸焊、扩散焊、电阻电焊。特点：D加热的温度低于被焊材料的熔点，必须利用压力才能是连接的材料紧密接触2)在压力下界面两侧存在着原子的扩散，扩散的是否充分，取决于加热的压力，温度和时间3)可在保持基体金属原有的性能条件下，获得同种或异种金属焊接的牢固接头4)不受零件大小、断面尺寸和表面形状的限制，能实现形状复杂、厚度相差悬殊或多层的连接5)设备费用较高，生产效率低，对金属的结合面的加工精度和粗糙度要求较高二、锻造与铸造工艺1、锻造是利用金属的可塑性能，在在锻锤的打击力或压力机的压力作用下，改变坯料或锭块的形状尺寸，使其达 到预定的要求，同时改善金属的组织和机械性能。锻造分自由锻(包括胎模锻造)和模锻两大类。(1)自由锻造是一种在自由锻锤或压力机上，利用平模(砧)或形状简单的模具对金属进行压力加工的方法，即在一 定的温度条件下，通过打击成形金属，使其发生永久变形。自由锻造的特点：1)相对于切削加工，金属在锻造前后体积不变(表面氧化皮忽略不计)，微观组织致密，机械 性能好。2)相对于模锻等其他铸造方法，其工艺过程简单，对工艺装置要求不高，只需要一些简单的模具或工具就可 以进行生产，生产准备周期较短，费用低，尤其适合于试制和小批量生产中的制坯工序。(2)塑性变形通常分为热变形与冷变形两类。在较高温度下热变形后，金属的强度和硬度变化不大，在较低温度下冷 变形后，金属的强度和硬度会出现一些变化。这是因为在热变形温度条件下原子扩散引起回复再结晶，而冷变形时(低 于回复再结晶温度)不存在回复和再结晶所致。(3)金属的塑性变形由晶内变形和晶间变形叠加构成。造成晶内变形的主要原因是滑移。滑移面上的原 子密度最大。(4)自由锻造常用设备有空气锤、蒸汽一空气自由锻锤和铸造水压机等。2、胎模锻造是在自由锻造的基础上发展起来的。它利用自由锻锤进行模锻，所用的模具称为胎模。胎模结构简单，形 式多样。毛坯需根据锻件形状确定，既可直接采用棒料，也可通过自由锻造或使用预锻胎模制造毛坯，最后在成形胎模 中终锻成形。因此它是介于自由锻和模锻两者之间的一种独特的工艺形式。(1 )胎模锻造特点：1 )胎模锻造时，锻件的最终形状和尺寸需靠模具型腔获得。2)金属在胎模内成形，使操作简化、火次减少，同时因金属流动受到型腔模壁的限制，锻件内部组织比较致密并且纤维连续3)由于胎模的作用，锻件表面质量和尺寸形状的精确程度得到改善，在机械加工余量、工艺余块和烧损等方面造成的金属 损耗也大为降低。3、氧化就是炉气中的氧化性气体与被加热工件的表面层金属发生化学反应，生成三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铁等 氧化物。他造成金属的烧损，直接影响锻件的表面质量和粗糙度。(1 )应该对氧化反应加以控制，就一般火焰加热炉而言，为减少氧化皮的生成，在加热工艺方面应采取以下三措施：1 )在保证金属加热质量的前提下，尽量采取快速加热以缩短加热时间。特别是金属在高温停留的时间不宜过长。考虑 到加热炉的容量，工件不宜装过多2)控制炉气中过剩空气的含量，减少燃料中水分，以免炉内的氧气过剩3)炉膛里的正压力宜低些，但要防止由于负压而造成炉内吸入冷空气。(2)当在混有含铜料的炉内加热钢料时，熔点较低的痛，在高温下也能从钢的晶界深入而破坏晶间联系，使钢变脆， 锻打时毛坯将产生龟裂。因此，绝不允许钢和铜在同一炉内加热。4、铝合金低压铸造和差压铸造(1 )低压铸造的基本原理如图2- 20所示，铸型装在密封的珀氓上，两者用升液管连接起来。珀端内通入0.02- 0.08MPa的压缩空气，在此压力作用下，用竭内的铝合金液沿升液管自下而上通过浇口平稳地充满铸型， 并在一定的压力下结晶，直至完全凝固。然后解除用端液面上的压力。升液管和浇道中没有凝固的铝合金液靠自重流回 生堪，铸型中间形成了所需要的铸件。(2)与自由锻造相比较，低压铸造具有以下工艺特点1 )低压铸造充型采取底注方式.，且充型速度容易控制，合金液充型平稳。低压铸造依靠升液管输送合金，从而避免带入外来夹杂物，故充型合金液洁净。2)铸件在低压 卜结晶凝固，提高了铸件的补缩效果，铸件组织比较致密。3)低压铸造采取压力补缩使铸件的浇注系统简化，合金利用率得到提高4)合金液对铸型的平稳充填，相对提高了合金液的充填能力，有利于大型复杂薄壁铸件的铸造。5)浇注速度控制方便，以获得质量良好的铸件6)低压铸造仅需控制气动元件来进行浇注，减轻工人劳动强度，劳动条件好。(3)差压铸造是低压铸造与压力下结晶这两种先进工艺的结合，其特点是靠控制型腔中的反压力来调节合金液的上升 速度；其次，压力场的作用贯穿于充型、结晶、凝固的全过程，因而具有优异的浇注、充型 和凝固条件。(4)图227是差压铸造原理图。差压铸造时，铸型和盛有合金液的堵埸分别置于相互隔开并密封的上、下压力筒 里。其充型可分为上压力筒减压法和下压力筒增压法两种。(5)差压铸造工艺特点：1 )可以实现最佳充型速度2)可以获得组织致密的铸件3)可以减少铸件的壁厚效应4）有利于改善铸件的尺寸精度和表面质量5）生产周期较长。三、飞行器金属材料热处理工艺热处理是改善金属材料及其制品（如飞行器零件、工具等）性能的重要加工工艺之一。热处理操作通常分为退火、正 火、淬火、回火、冷处理、化学热处理和时效等。四、飞行器的冷加工工艺普通钏接是指最常用的凸头或-头倒钉抑接，其抑接过程是：制钏钉孔，制埋头窝（对钏钉而言），放钏钉，斜接。 无头钏钉连接，是将没有抑钉头的实心圆杆作为钏钉。韧钉的机械化和自动化，是钾接技术发展的必然趋势。五、焊接技术焊接通常分为熔焊、压焊和钎焊三种。用熔化法的称为熔焊，按所需热源不同，有电弧焊、电渣焊、气焊、等离子焊 接、电子束焊接及激光焊接等；用加压法（加热或不加热）的称为压焊，如接触焊、摩擦焊、锻焊和冷焊等；利用熔点 较焊件低的焊料和焊件连接处一同加热，使熔化的焊料渗入并填满连接处间隙而达到连接（焊件未经熔化）称为钎焊， 如铜焊、银焊、锡焊、超声波钎焊及真空钎焊等。1、焊接方法概述（1）电弧焊是包括有焊条电弧焊、埋弧焊、鸨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、等离子弧焊等。它是目前应用 最广泛的焊接方法。（2）电阻焊是以电阻热最为能源的焊接方法，包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻 焊。常见的以固体电阻热为能源的电阻焊，主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。（3）高能束焊有两种分别为电子束焊和激光焊。（4）钎焊是利用熔点比被焊接材料的熔点低的金属做钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料吸入到接 头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间相互扩散而形成钎焊接头。因此，钎焊是一种固相 兼液相的焊接方法。2、电子束焊接的基本原理和特点（1 ）电子束焊接是利用高速运动的电子的功能，轰击被焊接件的接头处，进行能量转换熔化金属形成焊缝的过程 （2）特点：1）极高的能量密度2）理想的保护和条件（真空电子束焊接）3）良好的可达性、可控性和再现性 （3）电子束的应用范围：电子束焊接的功率密度高，焊接过程中工件的变形与收缩量小，焊缝的热影响区小，焊 接的精度高，焊缝的深度比大，在真空电子束焊接中，焊缝的化学成分纯净。1 ）适用于焊接难熔金属、活泼金属和高纯度金属2）适用于通常熔化焊方法无法焊接的异种金属材料的焊接3）可 焊接已经淬火的或加工硬化的金属4）由于焊缝的热影响区小，可焊接紧靠热敏性材料的零件5）可对已经精 加工到最后尺寸的零件进行焊接6）在电子束焊接中，电子束可射出几百毫米的距离，往往可以对其他焊接方法无法接近的部位进行焊接3、激光焊（1 ）激光具有亮度高、方向性好、单色性好、相干性好的优点，使激光作为加工热源是十分理想的。（2）按激光工作物质的状态，激光器可分为固体激光器和气体激光器。（3）激光焊的特点1 ）聚焦后的激光具有很高的功率密度，焊接以深熔方式进行2）由于激光加热范围小，在同功率和焊接厚度条件下，焊接速度高3）激光焊残余应力和变形小4）可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等激光能反射、透 射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进行远距离或一些难以接近部位的焊接6 ） 一台激光器可供多个 工作台进行不同的工作，既可以用于焊接，又可以用于切割、合金化和热处理（4）根据激光器输出能量及其工作方式的不同，激光焊分为连续激光焊和脉冲激光焊两种（包括高频脉冲连续激光 焊）。前者在焊接过程中形成一条连续焊缝，后者焊接时形成一个圆点焊接。（5）激光焊焊接过程中的几种效应：1）激光焊焊接过程中的等离子2）壁聚焦效应3）净化效应（6）影响激光焊接质量的基本参数为激光功率、焊接速度、透镜焦距、聚焦位置、保护气体、被焊材料及接头形式等5）（7）由于激光焊接是将光能转变为热能进行焊接的，因此，被焊物体对于激光的反射率是影响焊接速度的重要因素 4、扩散焊原理：扩散焊指在一定的的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过待焊表面的物理接 触，经过较长时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方法。（1 ）扩散焊过程大致可分为三个阶段：第一阶段为物理接触阶段，高温下微观不平的表面，在外加压力的作用下， 总有一些点首先达到塑性变形，在压力的持续作用下，接触面积逐渐扩大，最终达到整个面的可靠接触；第二 阶段是接触界面原子间的相互扩散，形成牢固地结合层；第三阶段是在接触部分形成的结合层，逐渐向体积方 向发展，形成可靠的连接接头。（2）扩散焊的特点1 ）扩散焊适合于耐热材料（耐热合金、铭、铝、银、铁等）、陶瓷、磁性材料及活性金属的连接。特别适合于不同种类的金属与非金属异种材料的连接。2）可以进行内部及多点，大面积构件的连接，以及电弧可达性不好，或用熔焊方法根本不能实现的连接3）是一种高精度的连接方法，用这种方法连接后，工件不变形，可以实现机械加工后的精密装配连接。（3）扩散焊的不足之处1 ）零件待焊表面的制备和装备要求较高2）焊接热循环时间长，生产率低3）设备一次性投资较大，而且焊接工件的尺寸受到设备的限制4）接头连接质量的无损检测手段尚不完善 完善（4）真空扩散连接设由有以下几部分组成1 ）真空室2）扩散泵和机械泵组成的真空系统3）加热系统4）加压系统5）测量与控制系统（5）扩散焊的方法：1 ）真空扩散焊2）等静压扩散焊3）场致扩散焊5、摩擦焊是一种基于摩擦焊的压焊方法。基本原理是在外力作用下，利用焊件接触面间的相对摩擦运动和塑性流动所 产生的热量，使接触面积及其近缝区金属达到黏塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的互相扩散 和动态再结晶而完成焊接。（1 ）线性摩擦焊是一种固态连接技术。耗材摩擦焊是一种先进的焊接I焊敷技术。搅拌摩擦焊技术是一种高效、低耗、低成本、符合21世纪环境要求的固相连接新技术。（2）搅拌摩擦焊优点：1 ）固相焊接过程，焊缝组织细化，无气孔、裂纹和元素烧损，无溅射、火焰及疏松2）质 量与操作人员无关3）适于多种接头形式，对接、搭接及角接4）适于变截面焊缝和异质材料间的连接5）残余应力比熔焊低得多和残余变形极小6）可用机器人实现自动化，完成各种状态下的焊接操作。6、飞行器电子设备的电气连接方法主要有焊接、压接、绕接、粘接及螺纹连接等。六、特种加工技术与工艺1、电火花放电加工简称“电火花加工”，是利用电、热能量进行加工的方法，其加工方法是在液体介质中利用脉冲 放电使金属工件发生电解腐蚀，以形成与工具电极形状相对应的表面。也称为放电加工或电蚀加工。（1）电火花加工技术的应用领域包括电火花线切割、电火花成形、电解加工及特种加工等。2、电火花加工的基本工艺规律：1 ）极性效应2）覆盖效应3）面积效应4）极限加工深度5）间隙特性6）脉冲 放电特性7）介质效应8）电极与工件材料特性（1 ）电火花加工技术指标：加工的尺寸精度，加工的表面粗糙度及表面变质特性，加工的生产率（2）影响电加工质量的工艺参数：电参数，非电参数。（3）电火花成形加工是根据工件的要求制造出形状相对应的成形电极，用以蚀除工件，进行仿形加工的一种方法。（4）电火花成形加工工艺的评定指标：加工速度、加工精度、表面质量。（电火花加工的表面质量是指表面粗糙度和表面层的物理机械性能）（5）电火花的加工特点1 ）电火花放电产生的高温足以熔化、汽化任何导电材料，可以加工传统切削加工方法难于 加工，或无法加工的任何高强度、高韧性、高硬度、高脆性的导电材料2）电火花加工时，工具与零件不直接接触，没有传统切削加工方法的切削力，有利于微孔、窄缝和薄壁等低刚度零件的加 工；适合于各种复杂截面的型孔、曲线孔、型腔等零件加工，也适合于精密细微加工3）电火花加工零件 表面尺寸、形状一般是工具尺寸、形状的“复印”。由于工具材料不需要比零件硬，故工具易于制造、成 本低，因此便于加工特殊及复杂形状零件4）电火花加工中，脉冲放电的持续时间极短，对整个零件而言，几乎不受热的影响，因此可减少热影响层，提高加工后的表面质量，也适用于加 工热敏性材料（如硬质合金等）5）电火花加工机床的脉冲参数调节范围广，可在同一台机床上连续进行粗一半精一精加工。6）电火花加工的局限性在于它一般仅适用于导电材料，生产率低， 工具电极损耗大，工具精度需比零件精度高1 2级7）由于表面熔化层和热影响层的存在，有些情况下对零件疲劳性能有影响，需要用磨粒流加工工艺去除。3、电火花线切割加工主要分高速走丝和低速走丝两类。4、电解加工的基本原理是利用金属在电解液中产生阳极溶解的原理将金属零件加工成形的。加工时零件接直流电源的 正极，工具阴极接直流电源的负极，零件与工具之间通以高速流动的电解液，通常工具阴极以一定速度向零件送 进，零件被加工部位不断溶解，最终加工出一定形状。（1 ）电解加工常用的电解液有氯化钠、硝酸钠、氯酸钠、硫酸钠、亚硝酸钠等水溶液以及其混合液，电射流加工时也 用硫酸等酸溶液。（2）成形电解加工的特点：电解加工优点1 ）加工范围广，可加工高硬度、高强度、高韧性等难切割的金属材料（如淬火钢、硬质合金、高温合金、不锈钢、钛合金等）2）能以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔（如锻模、叶片等）3）加工中无机械切削或切削热，因此适合于易变形或薄壁零件的加工4）加工后零件表面无残余应力，无加工变质，不出现飞边毛刺，可达到较低的表面粗糙 度5）工具阴极不损耗，可长期使用6）生产率高。5、高能束加工：（1 ）激光加工特点1）激光加工不需要加工工具，故不存在工具耗损问题，并且很适宜自动化连续操作2）由于激 光的功率密度高，几乎对所有金属材料和非金属材料（如各种金属、陶瓷、石英、金刚石等）均可进行激光打 孔；对于透明材料（如玻璃）也只需采取一些色化与打毛措施便可采取激光加工3）加工速度快、效率高，热 影响区小4）由于激光加工不需要工具，又能聚焦成极细的光束，所以能加工深而小的微孔和窄缝（孔径可小至几微米，深度与直径之比可达10以上），适合于精微加工 5）可透过透明材料（如玻璃）对零件进行加工。（2）电子束加工：国际上通常把利用高能量密度的电子束对材料进行工艺处理的一切方法统称为电子束加工。（3）离子束加工特点：1 ）它易于精确控制，工艺能力广泛，是当前最有前途的精密、微细加工工艺2）离子束是利用机械碰撞能量加工，故不论对金属、非金属都可用3）由于是靠碰撞去除或注入材料，实在极 微小面积上进行的，所产生的能量很小，加工的表面质量好4）易于实现自动化5）设备费用高，成本高，效率低。（4）离子束加工应用：1 ）离子溅射附着加工2）离子刻蚀加工3）离子注入4）离子束曝光。6、化学铳切加工是依靠化学溶液对零件表面溶解的一种加工技术，即用化学腐蚀和电化学腐蚀原理加工零件的一种工 艺方法。通过对化学溶液有效地控制，从零件上预先确定的部位、范围与深度上除去基体材料，而获得所需的加工 尺寸和尺寸精度。七、铝合金化学铳切加工1、铝合金化学铳切加工流程：化铳毛坯一1、清洁处理一2、碱洗涤一3、水洗一4、光化处理一5、水洗一6、 干燥7、涂保护胶一8、固化一9、刻型一10化学铳切一11、水洗一12、光化处理一13、水洗一14、去除保护一质量检查。八、计算机辅助制造技术1、CNC技术：采用一台计算机作为几台数控机床的控制器进行分布式控制，随着计算机成本的降低，体积的减小， 而发展成为每台机床都配备计算机控制器，即CNC技术。2、目前通常所说的DNC基于计算机网络，能进行数控程序文件管理，同时具有分布式和直接数控两种功能。九、飞行器表面处理工艺十、飞行器几何量精密测量技术k、理彳匕试验与无损检测技术 理化 测试就是利用化学分析、机械性能测试、金相检验等方法对材料进行测试。无损检测技术就是在不损伤被检测材料、工 件或设备的情况下，应用某些物理方法来测定材料、工件或设备的物理性能、状态和内部结构，检测其不均匀性，从而 判定其合格与否。1、材料的理化测试是包括金属材料和非金属材料的测试技术。其中金属材料理化测试主要有：化学分析、机械性能 测试、金相检验、无损探伤等。非金属材料理化测试主要有：高聚物、橡胶、防腐包装、玻璃与陶瓷等技术。2、最常用的五种常规无损检测方法：射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和涡流检测。在其他无损检测方法中，应用比较多的三种方法有：声发射检测、红外检测和激光全息照相检测。