航空航天关重件高性能加工技术

高性能加工技术是航空航天关重件加工的关键技术,推动着航空制造业向更高的生产效率和加工质量迈进。该技术通过提升加工过程生产效率和加工精度,为航空航天关重件的高质量发展提供了技术支撑。介绍了高性能加工技术的优越性和应用领域,并归纳了学者们在航空航天领域高性能加工技术方面的研究进展,包括高速加工技术(HSM)、多轴联动加工技术、微细加工技术和典型航空航天材料加工。同时,还对该技术未来可能面临的挑战和发展趋势进行了展望。

航空航天薄壁件铣削过程加工状态监测研究进展

对切削加工状态进行精准监测,是实现航空航天薄壁件加工变形控制的重要保障。围绕航空航天薄壁件铣削加工状态监测的最新研究进展进行了评述,详细介绍了建立加工状态监测模型的关键技术与方法,包括加工信息采集处理、特征提取和特征融合。归纳了学者们在薄壁件加工过程中对刀具磨破损、铣削颤振、铣削变形等具体状态监测的研究进展。基于数字孪生技术,构建了面向薄壁件铣削加工状态监测的优化系统。最后,根据现阶段本领域发展状况对薄壁件铣削加工状态监测进行了展望。

复杂工况空间结构件多目标拓扑优化

为提高连接架的刚强度和动力学性能并实现轻量化,文中基于变密度法的拓扑优化理论,采用折衷规划法建立多工况下的连接架拓扑优化数学模型,考虑连接架的热、动、静载荷影响,以层次分析法对各工况权重进行分解,对连接架进行拓扑优化设计;根据优化结果,对连接架进行了几何重构,分析了优化前后连接架的应力、位移、固有频率和质量结果。研究结果表明:优化后的连接架质量由0.129 kg降至0.101 kg,减重21.7%;连接架最大变形由0.369 mm降至0.346 mm,减小6.2%;连接架最大等效应力由583 MPa降至536 MPa,减小8.1%;连接架一阶频率从1700 Hz升至1902 Hz,提升11.9%。结论可为航天器及其它系统的支承构件的轻量化设计提供理论参考。

航天器件电铸镍焊接裂纹的研究

本工作以某些重要航天器件制造中遇到的实际问题为背景,对电铸镍与1Cr18Ni9Ti焊接接头电铸镍一侧近缝区的裂纹进行了深入研究。采用可变拘束裂纹试验法确定了电铸镍产生裂纹的最小临界应变量。采用Gleeble—1500试验机系统地研究了加热过程及以不同速度冷却过程中电铸镍的热塑性。运用扫描电镜、透射电镜及其能谱分析仪等于段对裂纹表面、热塑性试样断口以及薄膜试样的晶界区进行了系统分析。研究确定,电铸镍近缝区裂纹本质上是一种起裂于熔合区的特殊液化裂纹。研完了裂纹的形成温度与主要影响因素,并提出了控制措施。

基于案例推理的航天大型薄壁件加工过程质量追溯

针对航天大型薄壁件加工过程复杂,加工质量影响因素和加工质量缺陷之间难以建立精确关系的问题,提出一种基于案例推理的航天大型薄壁件加工过程质量追溯方法。首先设计了缺陷案例的表示模型,并建立了多层案例库组织和索引结构;然后提出一种案例综合相似度算法,采用层次分析法确定案例特征权重,并基于灰色关联分析进行案例相似度计算;最后通过案例检索匹配和修改,得到目标问题的质量追溯解决方案。该方法能够从大量历史案例中提取出最相似的案例,为加工质量问题的溯源分析提供决策支持,并通过运行实例验证了该方法的有效性。

2091合金航天结构件的旋压变形及热处理

本文研究大变形量的旋压变形和分级时效工艺对２０９１合金航天结构件的强塑性和抗应力腐蚀性能的影响。在旋压结构件上直接取样进行拉伸试验和应力腐蚀试验，并用透射电镜进行显微组织分析。结果表明，航天结构件在淬火旋压变形后在８０℃／１２ｈ＋１９０℃／５ｈ分级时效处理不仅具有良好的强塑性，同时具有高的应力腐蚀抗力。

航天大型薄壁结构件质量信息管理系统研究与实现

为了解决航天大型薄壁结构件产品质量零缺陷、质量信息追溯与查询困难、缺乏完善的质量管理体系、数据不一致、联系弱和缺乏共享性等问题,本文对航天大型薄壁结构件的机加工、焊接、铆接和装配工艺进行了分析研究,以组成质量信息的产品信息库、制造资源库和工艺信息库等作为数据库基础设计产品信息管理体系组织架构,基于客户/服务器模式(Client/Server)开发该系统。实现了质量信息的检索、管理、再生和应用,质量数据的共享与一致性以及较高的数据资源利用率等,并且已经成功应用于某航天大型薄壁结构件制造所,取得了明显的社会和经济效应,具有典型的示范作用和重要的实际应用价值。

基于数字孪生的航天结构件制造车间建模研究

针对航天结构件制造车间物理空间与信息空间缺乏实时交互的问题,提出了基于数字孪生的车间建模框架,通过关注车间内产品、资源和工艺三个方面,分别对产品数字化定义、基于数字孪生的资源建模和工艺信息的数字化定义等问题进行了研究分析。以企业航天结构件制造车间为案例,展开数字孪生技术在制造车间的应用验证,通过对案例结果的对比与分析,验证了数字孪生制造车间可有效地提高生产效率。

单齿飞刀铣削航天薄壁件加工工艺优化研究

针对航天薄壁件加工过程中的变形问题,基于正交试验方法优化航天薄壁件飞刀铣削参数组合,采用极差分析法并绘制试验指标与各试验因素间的关系曲线图得出了各因素对加工质量的影响程度,并以此为基础优化参数,进行航天薄壁件铣削加工工艺优化研究。试验表明:主轴转速n和刀具圆弧半径r对工件表面质量影响较大,且各因素对表面粗糙度的影响程度大小顺序为:主轴转速、刀具圆弧半径、刀具后角、进给量、背吃刀量。采用优化后的工艺参数加工试验,当r=1.1mm、a0=8mm、f=8μm/r、ap=1μm和n=950r/min时,得到了表面粗糙度Ra为72nm的质量表面。

薄壁曲面航天结构件无模铸造工艺研究

采用数字化无模铸造精密成形工艺方法,选取典型薄壁曲面航天结构件进行铸造工艺设计,开展砂芯结构设计、分模设计与加工工艺研究,通过浇注试验以及铸件尺寸三维扫描检测与X射线内部质量检测,最终获得了合格的铸件,验证了工艺的合理性,生产效率提升90%以上,为该类航天结构件的数字化无模铸造工艺提供实践依据。

航天器直属件关联设计方法

采用了"顶层基本骨架"的概念和自顶向下的设计方法,通过该骨架收集单机设备的机械接口信息,并将信息传递至各直属件骨架模型中作为直属件设计的输入。直属件完成详细设计后,单机机械接口的最新变更信息通过骨架传递至直属件模型,确保直属件模型能够及时更新,同时实现了直属件的关联设计和自动装配,其设计失误率降低至1.6%,设计周期缩短约35%。此方法可为航天器直属件设计提供参考。

PFMEA在航天复合材料结构件成型中的应用研究

针对高精尖产品尤其是航天类大型复合材料结构件质量风险识别的问题,通过对生产流程的分析,优化了失效模式识别的原理和流程;结合复合材料结构件的成型流程和生产要素提出了失效模式的识别方法。通过增加评价维度提高严重度(S)、可探度(D)评价准则的有效性;采用相似工序法对频度(O)进行准确定义。并结合CZ-5整流罩的生产流程阐述了PFMEA在大型航天复合材料结构件成型中的应用,为小批量多品种产品规避质量风险提供借鉴。

孪生技术使能的航天关重件机加车间集成框架研究

针对新形势下航天飞行器关重件机加车间日益显现的工艺优化周期长、资源配置效率低、质量保证手段单一等瓶颈问题,引入数字孪生(Digital twin)的理念、手段、工具和方法,结合机加车间的生产运行特点,提出了基于数字孪生技术的航天关重件机加车间集成框架;阐述了孪生环境、映射枢纽以及使能平台等核心功能要素的内涵;论述了通过孪生数据实现加工工艺优化、混流排产与调度以及质量诊断、预测与控制的技术途径;讨论了机加车间孪生系统的开发与集成要点,从而实现车间动态迭代优化与高效协同管控的目标。

航天薄壁件旋压成型数字孪生高保真建模方法

为解决制造过程中多学科、多物理量、多尺度、动态时变等因素带来的虚实融合困难问题,以航天薄壁件旋压成型加工过程为对象,提出一种数字孪生高保真建模方法。该方法分别从几何、机理和数据3个层次描述和定义模型,并基于构建的模型研究了旋压加工过程知识获取和数据虚实映射过程。为评估所建模型的有效性,给出了一种数字孪生模型的保真度评估方法。通过案例验证了所提数字孪生高保真建模方法的有效性和模型的可评估性。

基于导向式搜索的航天舱体结构件特征识别方法

为解决航天舱体结构件中凹、凸特征并存的识别问题,同时排除不规则起伏轮廓对识别过程产生的干扰,提出了基于导向式搜索的特征识别方法。建立了虚拟特征库以描述特征模型,并依据库中信息制定搜索条件;同时采用全局导向搜索的方式,存储满足搜索条件的特征表面,在完成搜索后确定特征类型,从而避免对模型进行局部分割时受干扰信息影响。实例验证结果表明,该方法能够有效地识别舱体结构件中的凹、凸特征。

高体积分数SiCp/Al复合材料航天结构件的铣磨加工

通过工艺试验,研究了工艺参数对铣磨力与铣磨表面质量的影响。结果表明,较高的主轴转速、较低的进给速度与铣磨宽度是降低铣磨力的有效手段,铣磨工具的磨粒颗粒度是影响铣磨表面质量的主要因素。通过对一系列典型高体积分数Si Cp/Al复合材料航天结构件进行样件加工,验证了铣磨工艺的可行性与有效性。

大型航天结构件加工的温度补偿技术

针对航天产品中大型铝合金结构件的热胀冷缩现象,从工件材料、加工设备和环境温差等工艺因素进行研究,通过发射筒零件加工中的条件分析和实践应用温度补偿加工技术,解决了重要尺寸加工受温度变化而产生的超差问题。

欧洲拟对关键航天器件实现“战略非依赖”转变

据2008年9月29日“空间新闻”报道，欧洲开始重新审视对美国航天元器件的依赖。最近欧洲航天局、欧洲防务局和欧盟委员会决定成立联合工作组，确定如何实现“战略非依赖”转变。称他们的目标不再是追求欧洲航天元器件全部自给自足，而是瞄准能确保欧洲长期自给的关键技术。他们断定美国《国际军品贸易条例》（ITAR）的出口管制政策不可能有实质性的改变。

一种航天大部件运输转接装置设计

对一种悬挂式航天大部件运输转接装置的总体布置、底架、竖支撑及其连接方式等进行了设计。利用软件对转接装置进行满载工况的强度、刚度及对接法兰螺栓连接强度分析。结果表明,转接装置强度和刚度及螺栓连接强度均满足设计要求。

超大型筒形件对轮强力旋压合理工艺参数研究

铝合金具有质轻、强度高、耐腐蚀等优点,用其制成的超大型薄壁筒形件在航空航天行业应用广泛。航天超大型铝合金薄壁筒形件目前采用拼焊的工艺,存在强度低、工作可靠性差、重量大、生产效率低等不足,为此提出采用整体厚壁环形件为原料,使用对轮强力旋压工艺。为了研究利用对轮强力旋压工艺完成对超大型铝合金筒形件的减薄过程,采用有限元的方法分析了单一道次减薄率、坯料旋转速度、旋轮径向进给速度对坯料减薄后的圆度、减薄效果、坯料应力分布以及旋压过程中旋轮受到的反力的影响。结果显示:当减薄率在40%~50%、坯料转速在6~10 m/s、旋轮径向进给速度为0.1 mm/s时,成形件成形质量较好,而在0.1~1 mm/s的范围内提高旋轮径向进给速度时,可以有效提高生产效率,并且成形质量受影响较小。