航空发动机GH3230高温合金层板结构TLP扩散焊接制备及力学性能研究

随着更高推重比需求的不断提高,航空发动机热端部件不仅需要耐高温材料,更需要冷却效率更高的结构形式,本文采用自主研制的KNiCr–5中间层在1200℃保温4 h的工艺条件下TLP扩散焊接制备了GH3230高温合金多孔层板冷却结构,测试了层板结构模拟件的焊接质量和接头力学性能。超声检测结果表明,层板模拟件所有柱形结构(扰流柱)与底板(冲击板)焊接完好,未发现任何缺陷。焊缝形成了均匀的固溶体组织,无任何化合物相、裂纹和孔洞缺陷存在。室温/950℃高温拉伸测试结果表明,层板板柱结构模拟件和GH3230高温合金棒材对接结构全部断裂在GH3230高温合金基体,焊缝强度均明显高于GH3230高温合金。高温拉伸断裂试件的延伸率高达52%,薄板焊缝90°三点弯曲后无开裂,微观观察无裂纹等缺陷,表明了焊缝具有优异塑性。优异的焊接质量和性能保证了焊缝结构承受高温载荷时能达到GH3230高温合金基体的传热和承力性能,避免了焊缝成为整个层板结构薄弱环节。

计算机模拟仿真技术在智能涂层领域的研究进展

传统的实验试做法在智能涂层的研究方面存在研究效率较低、机理解释不清晰等缺陷,为了更好地为智能涂层结构设计提供有效指导,计算机模拟仿真技术在智能涂层领域被广泛应用。介绍了智能涂层研究领域最常用的3种计算机模拟仿真技术,根据模拟尺度从小到大分别为量子化学计算、分子动力学模拟以及有限元分析,对其在智能涂层研究领域的具体应用进行了讨论。总结了3种模拟仿真技术存在的优势和适用范围,为智能防腐涂层、自愈合涂层、光热响应涂层的研究提出了建议。最后,对计算机模拟仿真技术尚存在的一些问题进行了阐述并展望了其在智能涂层领域应用的发展方向。

干纤维自动铺放液体成型复合材料技术的研究进展

干纤维自动铺放液体成型复合材料技术是将自动铺放技术和液态成型技术结合,可同时实现先进复合材料的高韧化、自动化和低成本化,是复合材料扩大应用的重点发展方向之一。首先介绍了干纤维自动铺放液体成型复合材料技术的起源,然后分析了国外成熟的干纤维自动铺放材料的组成、性能和制备方法,归纳总结了国外干纤维自动铺放液体成型复合材料构件验证和应用情况,最后简单介绍了国内干纤维自动铺放液体成型复合材料技术现状,以期推动国内干纤维自动铺放液体成型技术的发展和应用。

航空典型产品数字化车间制造执行系统快速实施研究

针对在离散制造行业,尤其是军工科研行业,制造执行系统(MES)实施过程中遇到的问题,分析了实际业务需求,提出了“以微服务架构为基础的标准化平台产品+支持第三方定制化开发的成套规范”的快速实施方法,缩短了实施周期,精简了实施团队规模,减少了实施成本,并通过在某航空制造业典型产品车间的实施,验证了可行性与有效性。

军工科研院所科技成果转化为技术标准研究

技术标准作为科技创新的产物,是将创新成果转化为生产力的重要纽带和桥梁,也是新一轮科技创新的重要基础。将科技成果转化为技术标准成为提升科技成果转化效能、体现科技创新价值的重要途径。军工科研院所由于其科技成果的特殊性,在将科技成果转化为技术标准时,存在成果“三权”不清晰、技术标准层级低、标准专利融合困难等问题,在一定程度上制约着军工科研院所科技成果的转化。文章提出在现有制度的基础上,通过加强国防科技成果管理制度建设、提高国防科技标准体系层级、推进标准和专利融合等措施,提升科技成果转化为技术标准的内生动力,进而促进更多军工科技成果走向经济主战场。文章对促进军工科研院所科技成果转化为技术标准具有一定的指导意义。

加快发展航空智能制造的实践与思考

航空制造业肩负着为国家提供先进航空武器装备、大型客机等各类国之重器的使命。持续推进产品创新突破、生产要素创新配置,实现以数字化和智能化为特征的产业迭代升级和高质量发展,是航空制造业发展的时代主题。智能制造融合了新一代信息技术、先进制造技术、智能制造装备,形成新的制造模式,可大幅度提升航空制造业的装备研制生产能力。本文通过对中国航空工业集团智能制造创新中心长期推进航空智能制造发展的实践进行总结和思考,提出打造航空智能制造创新策源地,构建航空“未来工厂”,以新质生产力加速生成航空未来制造模式,通过不断注入新内涵,实现航空智能制造的持续健康发展。

柔性制造系统刀具调度问题研究

针对柔性制造系统刀具调度问题,本文采用需求时间优先的启发式规则算法计算设备的刀具需求,并提出了一种综合考虑运刀代价、刀具需求紧急程度、刀具需求整套完整性3种优化目标的启发式规则算法,求解运刀机械手的指令集。经过某航空企业柔性生产线的实例验证,需求时间优先的启发式算法能够得到适用于运刀调度计算输入的目标解;结合3种优化目标的运刀调度算法,能够得到满足生产需求的机械手指令解集。

志在峰巅的攀登者——记中国焊接技术领域的开拓者和领军人关桥院士

“作为一名科学工作者,我们的责任是,用科学推动人类发展的进程,用科学改变落后的生产力现状,这既是职责,也是我们的使命!”“让中国成为世界焊接强国”,这是关桥院士毕生为之奋斗的梦想;誓将中国与世界“焊接”在一起,这是关桥院士一生孜孜不倦的追求。为科研开拓,为家国深潜,他无负青春,闯荡在科研“江湖”,无负热爱,深耕在焊接苑囿,无负使命,成就于焊接事业的峰巅。

航空发动机铸造叶片工艺基准快速制备技术研究

高效数控加工是航空发动机叶片生产的发展趋势。针对目前铸造叶片数控加工中因基准不确定、难以实现高效加工的问题,提出了一种工艺基准快速制备技术。首先,通过在机测量或专用量具快速获取叶片型面数据。其次,设计含惩罚项的适应度函数,并采用改进的粒子群算法配准叶片型面数据及叶片理论模型。然后,以叶片叶身型面为基准在叶片榫头或辅助夹具上制备出工艺基准,保证后续数控加工中叶片装夹的准确性、快速性及可靠性。最后,经过实例验证,该技术可快速、高精度地实现铸造叶片基准的制备,满足了铸造叶片的高效生产需求。

基于五轴高速铣削数控机床的航空用芳纶纸蜂窝加工工艺及试验研究

芳纶纸蜂窝是航空航天领域常用的减重复合材料,由韧性较大的芳纶纤维和含量较高的脆性树脂固化而成,固化成型后较难加工。为了满足某型号加工精度要求,根据该材料的组成成分和结构特点,结合需加工零件的形状尺寸,用五轴高速铣削数控机床进行加工工艺试验,通过单因素试验法,研究磨削速度、进给速度和刀具前倾角对其表面质量及形面精度的影响。试验结果表明:不同工艺参数对该型号芳纶纸蜂窝表面质量及形面精度差异较大。该型号蜂窝零件加工切削角速度最优参数为12000 rpm,参数可选区间为11000 rpm~13000 rpm之间;加工进给速度最优参数为1000 mm/min,为保证加工质量,参数可选区间为1000 mm/min~1200 mm/min之间;前倾角可选参数区间为10~30之间。

混合现实技术辅助人工装配结果检验方法研究

航空产品制造中人工装配结果检验环节数字化、信息化程度较低影响了检验质量和效率。本文提出了一种通过混合现实技术辅助人工装配结果检验的方法并构建了混合现实检验系统。该方法首先建立检验任务的虚实融合场景,随后系统读取检验任务,并叠加显示需检验零件的编号、种类、位置等信息,从而辅助质检员检查是否存在错装、漏装等问题。验证案例证明该方法具备取代传统装配结果检验方法的潜力。

面向航空产品制造过程的CPS基础共性技术平台研究与应用

航空产品具有零部件数量多、结构复杂、多品种小批量、制造过程路线高度柔性等特点,使得航空产品生产组织管理复杂,控制制造成本和提高生产效率始终是航空制造企业需要面对的重点问题。探索航空制造业CPS(Cyber physical system,CPS)应用模式,形成系统架构,提出了CPS基础共性技术平台的构建方法和具体构成。选取某型发动机机匣装配生产线对基础共性技术平台中的工具和单元进行了应用验证,为提升航空产品的研制能力和产品质量起到了较好的示范作用。

航空制造智能化技术与装备的研究

先介绍智能化制造的概念及使用的必要性,然后对航空制造业中的关键性智能技术进行分析,最后概括出我国要发展智能化技术的问题及建议。

基于旋量理论的镜像加工运动学建模及轨迹自动修调研究

针对镜像加工过程中结构变形致使加工精度难以控制的问题,建立了基于旋量理论的镜像加工剩余壁厚运动学模型,综合考虑零件加工要求及镜像约束关系,提出了镜像加工“支撑-铣削”轨迹生成方法,建立了针对工件变形补偿的镜像支撑轨迹修调模型,实现了镜像加工“支撑-铣削”轨迹自动修调。栅格壁板镜像加工验证试验结果表明,提出的镜像加工“支撑-铣削”轨迹生成和自动修调方法可以满足镜像加工剩余壁厚要求。

GH3230合金TLP扩散连接动力学实验研究

过渡液相(TLP)扩散连接能够获得与母材组织性能相似的焊缝,因而成为航空发动机热端部件镍基高温合金结构的重要连接技术而被广泛应用。TLP扩散连接过程中液相的等温凝固形成不含析出物的固溶体组织是TLP扩散连接机制与过程动力学的核心环节,采用自行研制的镍基非晶态中间层针对GH3230合金的TLP扩散连接过程进行了研究试验,重点分析了不同连接时间条件下TLP扩散连接焊缝区域的元素扩散和分布特征,以中间层中Co元素为示踪原子,根据GH3230合金与中间层材料中的Co元素的含量分布状态判定等温凝固阶段前的液相最大宽度及等温凝固完成时间等重要参数,结果表明:液相最大宽度为72μm,GH3230合金在1180℃的焊接温度下TLP扩散连接等温凝固完成时间大于4 h。

残余应力对GH3230层板焊缝热疲劳寿命影响规律研究

为了探究残余应力对层板冷却结构焊缝服役寿命的影响规律,首先对GH3230层板在常规条件下的激光焊接过程进行有限元模拟与实验验证,然后在此基础上对预拉伸、温差拉伸等焊接残余应力调控方法开展模拟。基于焊后残余应力模拟结果研究了层板服役过程的温度及等效应力变化规律,并将多个模型之间不同残余应力下服役状态进行对比分析,最后利用Morrow修正的Coffin-Manson方程对焊缝后续服役寿命进行评估。研究结果表明,焊接残余应力的存在大幅降低了层板结构焊缝区域热疲劳寿命,通过残余应力调控技术可有效改善焊缝区域服役过程中的应力幅或平均应力,使其分别下降70%与25%,焊接残余应力调控对提高层板结构热疲劳寿命具有重要意义。

面向任务的机器人动作泛化研究

动作泛化是机器人被期望具备的功能,要求机器人不仅能重复人类示教的灵巧动作,还可以根据任务目标生成新动作,在小批量、多种类的生产要求下具有广阔的应用场景.针对面向任务需求快速学习和灵活泛化的目标,设计开发了机器人动作泛化框架.首先,进行少量示教,使用概率运动基元(probabilistic movement primitives,ProMP)构建动作的轨迹分布,以较少参数概括示教信息.其次,使用期望最大(expected maximum,EM)算法迭代估计模型参数,引入先验信息补充模型以保证稳定性.研究先验信息对泛化效果的影响,确定了合适的先验参数;研究傅里叶基函数对周期轨迹的拟合效果,提出轨迹分割与滤波方法以保证拟合精确平滑.利用模型的概率分布性质,将动作的概率范围收缩到特定位置,并进行整条轨迹的时间尺度缩放与空间位置变换,生成符合泛化要求的轨迹.最后,搭建了一个六自由度机器人喷涂场景进行动作泛化实验.结果表明:该框架能够快速生成多种泛化轨迹.单自由度轨迹学习平均消耗1.924 s,轨迹生成平均需0.004 s;六自由度轨迹学习平均消耗35.608 s,轨迹生成平均需0.011s.

基于PLC的冷床控制系统技术改造

利用厂区区域改造时期,对设备老旧的冷床控制系统进行了全面升级改造,将原来的交流调试系统改为全数字直流调速系统。本系统采用S7-300CPU315-2DP控制器和ET200系列I/O模式,通过PROFIBUS总线实现了分布式控制。自设备投入运行以来,生产效率明显提升,达到了预期效果。

环氧树脂增韧改性技术及其在航空先进复合材料中的应用

环氧树脂因其良好的粘接能力、介电性能和优异的工艺性能,在航空领域被广泛地用作纤维增强复合材料的基体材料。然而环氧树脂固化产物交联密度高导致的断裂韧性差的问题,限制了其在航空先进复合材料方面的应用。文章综述了超支化聚合物、热致液晶聚合物、互穿聚合物网络和纳米粒子等方法增韧环氧树脂近年来的发展,介绍了韧性环氧树脂在航空先进树脂基复合材料的应用情况,并对其发展前景进行展望。

热塑性复合材料增材制造工艺与装备研究进展

热塑性复合材料具有较高的韧性与损伤容限以及良好的抗冲击性能。采用增材制造技术成形热塑性复合材料可实现高性能复杂构件的无模具精确成形,在航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文介绍短切纤维增强与连续纤维增强热塑性复合材料增材制造技术的研究进展,比较不同树脂/纤维材料的成形工艺与力学性能,含有10%短切碳纤维的增材制造PEEK材料的拉伸强度达到109 MPa,模量为7.4 GPa,相比纯PEEK材料提升了85%。对于连续碳纤维增强ABS复合材料,当纤维含量为10%左右时,拉伸强度达到147 MPa,模量为4.185 GPa,分别是纯ABS材料的5倍与2倍。根据不同的工艺与材料体系,国内外开发的先进热塑性复合材料增材制造设备向大型化、集成化发展。最后,从材料、设备、工艺、应用的角度对连续/短切纤维增强热塑性复材增材制造的发展趋势进行展望与建议。