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軍工航天新聞
南航何寧教授:我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造迎來(lái)歷史機(jī)遇期
星之球科技 來(lái)源:機(jī)電商報(bào)2017-04-18 我要評(píng)論(0 )
近些年來(lái),中國(guó)加大了航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)力度,努力追趕國(guó)際頂尖水平,在諸多關(guān)鍵技術(shù)上有了顯著進(jìn)步。我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)入快速
近些年來(lái),中國(guó)加大了航空發(fā)動(dòng)機(jī)自主研發(fā)力度,努力追趕國(guó)際頂尖水平,在諸多關(guān)鍵技術(shù)上有了顯著進(jìn)步。“我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)入快速發(fā)展階段,制造技術(shù)也將有大的突破和提升,這是從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造科技人員最好的歷史機(jī)遇期,同時(shí)也將面對(duì)巨大的挑戰(zhàn)。”南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院何寧教授如是說(shuō)。
與世界先進(jìn)水平差距明顯
目前,我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)、制造、材料到實(shí)驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)都有很多空白需要填補(bǔ),難度比較大。“樣機(jī)的制造并不是不可克服的困難,關(guān)鍵問(wèn)題在于質(zhì)量和精度的差距,同時(shí)還有效率和成本問(wèn)題。”何寧一語(yǔ)道出了我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的現(xiàn)狀,他認(rèn)為當(dāng)下我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造與世界先進(jìn)水平的差距主要體現(xiàn)在以下五點(diǎn):
一是加工機(jī)理相對(duì)缺乏。沒(méi)有理論指導(dǎo),摸索做產(chǎn)品,問(wèn)題不斷出現(xiàn),不知其然,或是知其然而不知其所以然。
二是技術(shù)創(chuàng)新不夠。我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)過(guò)去投入少,自主設(shè)計(jì)和制造零件歷史比較短,憑經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)零件,跟蹤技術(shù)多,創(chuàng)新積累有限。
三是質(zhì)量意識(shí)弱、工藝積累少。與德國(guó)和日本企業(yè)相比,我國(guó)企業(yè)缺乏牢固的質(zhì)量意識(shí),對(duì)工藝與質(zhì)量的關(guān)系認(rèn)識(shí)也不到位。工藝人員、工匠的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的傳承有限,信息化和智能化最重要的的任務(wù)是工藝知識(shí)、數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累、傳承、應(yīng)用以及提高。
四是人才力量缺乏。目前重點(diǎn)大學(xué)更多強(qiáng)調(diào)的是通識(shí)教育,即使是航空院校,專門針對(duì)航空工藝的教學(xué)大量縮減,大學(xué)生航空企業(yè)的實(shí)踐也少,這是航空人才培養(yǎng)的缺陷。
五是夾具等輔助性工裝技術(shù)研究相對(duì)薄弱。目前國(guó)內(nèi)夾具的研究不多,這也是制約工藝發(fā)展的一個(gè)短板。
要想縮短這些差距,何寧認(rèn)為國(guó)家在加強(qiáng)重點(diǎn)工程建設(shè)中,也要在基礎(chǔ)研究上加大投入。如何促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展?“大學(xué)的主要任務(wù)是結(jié)合國(guó)家重大需求,加強(qiáng)校企合作,培養(yǎng)適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域高素質(zhì)人才;積極參與航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。同時(shí),企業(yè)加大技術(shù)創(chuàng)新和聯(lián)合研發(fā),推動(dòng)整體工藝系統(tǒng)水平的不斷提升。”何寧說(shuō)道。
難度顯著的技術(shù)高門檻產(chǎn)業(yè)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)門檻之高,眾所周知。對(duì)于設(shè)備的加工能力和企業(yè)的工藝水平是非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)。“航空發(fā)動(dòng)機(jī)在制造過(guò)程中不僅要求加工精度和高加工效率,還要保證加工表面質(zhì)量,對(duì)加工件表面粗糙度、殘應(yīng)力把控更精準(zhǔn)。”何寧強(qiáng)調(diào)。
何寧指出,航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在:一是難加工材料多,除了傳統(tǒng)的高溫合金、鈦合金等材料,大量新型先進(jìn)材料如金屬基和陶瓷基復(fù)合材料、金屬間化合物、單晶葉片等已得到普遍應(yīng)用,還有表面涂層,對(duì)加工性能要求高;二是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,整體結(jié)構(gòu)多、曲面大、空間小、壁?。蝗羌庸さ某叽?、形狀、精度要求高,制約了加工效率的提高;四是航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求長(zhǎng)壽命、高可靠的性能,這就對(duì)表面加工質(zhì)量提出了更高的要求,已加工表面任何損傷都有可能造成嚴(yán)重的飛行事故。
由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以及越來(lái)越高的質(zhì)量要求,加工變形問(wèn)題已成為一個(gè)嚴(yán)重的制造瓶頸。加工變形產(chǎn)生的主要原因有:一是夾具的影響,夾具夾緊位置和力度控制不好就會(huì)產(chǎn)生變形;二是加工過(guò)程中會(huì)有切削力,切削力對(duì)一些薄壁的弱剛性零件容易產(chǎn)生受力變形;三是熱處理變形,熱處理前的粗加工、鈑金加工是達(dá)到要求的,但熱處理完成后變形是目前比較難解決的問(wèn)題;四是材料內(nèi)應(yīng)力的再平衡,所有的材料內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力,對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,本身不對(duì)稱,厚度尺寸存在變化,在加工過(guò)程中材料余量被切除掉,內(nèi)應(yīng)力會(huì)重新分布再平衡,導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形。
關(guān)于零件毛坯內(nèi)部的應(yīng)力測(cè)試評(píng)估,何寧及他的團(tuán)隊(duì)積累了多年的經(jīng)驗(yàn),對(duì)飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件內(nèi)應(yīng)力測(cè)試有著豐富的技術(shù)儲(chǔ)備,在許多航空制造企業(yè)得以應(yīng)用和推廣。“原始毛坯內(nèi)應(yīng)力分布不均勻,加工時(shí)就會(huì)發(fā)生一些沒(méi)有規(guī)律的變形,這是目前最困擾航空企業(yè)的難題。”何寧詳細(xì)解釋道,這樣的零件在機(jī)床加工完成之后的在線測(cè)量是合格的,但是零件解除夾緊從機(jī)床上取下之后就會(huì)產(chǎn)生變形,且每一件零件的變形都不一樣。“這是一個(gè)很大的技術(shù)難點(diǎn),也是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的重要因素之一。”
關(guān)乎制造提升的五點(diǎn)建議
針對(duì)上述制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展因素,在通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作,加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和制造技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)上,何寧給出了以下五方面建議:
第一,工藝互補(bǔ),共同發(fā)展。有些零件用常規(guī)工藝加工起來(lái)特別困難,如難加工材料的整體葉盤。葉片之間的空隙太小,加工干涉就會(huì)影響加工質(zhì)量和效率,但特種工藝可以解決這種問(wèn)題,如激光、電火花、電解等。結(jié)合高速加工等機(jī)械加工工藝,即根據(jù)材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),選擇合適的工藝組合。
第二,加強(qiáng)工藝數(shù)據(jù)和知識(shí)的研究、試驗(yàn)、優(yōu)化和積累,再利用加工數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行加工系統(tǒng)的整體優(yōu)化。
第三,基于仿真的工藝開發(fā)優(yōu)化。在實(shí)施工藝之前,運(yùn)用仿真技術(shù)預(yù)測(cè)實(shí)施結(jié)果?;谖锢硪蛩氐姆抡婕夹g(shù),可以仿真出加工過(guò)程的受力、溫度、工件變形、表面粗糙度等。發(fā)動(dòng)機(jī)的材料成本高,需要盡可能節(jié)約材料,通過(guò)仿真技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)驗(yàn)證則可以降低成本。
第四,基于監(jiān)控的過(guò)程管理技術(shù),這也是智能制造在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工領(lǐng)域的應(yīng)用。在機(jī)床上設(shè)置一些相應(yīng)的傳感器來(lái)感知溫度、力、振動(dòng)、功率等狀態(tài)信息,對(duì)狀況信息分析處理,對(duì)整個(gè)過(guò)程狀態(tài),如刀具突然磨損或崩刃,振動(dòng)、切屑纏繞或堵塞等進(jìn)行識(shí)別和管理,避免意外故障,也可根據(jù)加工狀態(tài)適時(shí)調(diào)整加工過(guò)程參數(shù),保持最佳加工條件。通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)送各種信息傳遞給管理者,讓管理者可以隨時(shí)全面掌握生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)。
第五,刀具管理。刀具是影響加工過(guò)程的重要因素之一,航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件普遍是小批量多品種,可能一臺(tái)機(jī)床、一把刀具加工不同的零件,這就格外需要對(duì)刀具信息進(jìn)行管理,對(duì)刀具質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,既要充分發(fā)揮每把刀具的性能,又要避免刀具的破壞對(duì)零件的損害。例如某把刀具的壽命只有60分鐘,需要累計(jì)該刀具加工不同零件不同工序的總加工時(shí)間,如果60分鐘之后還用這個(gè)刀具加工,輕則會(huì)影響加工產(chǎn)品的精度,重則會(huì)損毀零件。
“航空發(fā)動(dòng)機(jī)及其零部件在研制過(guò)程中質(zhì)量是必須把控的要素,在這一過(guò)程中要注意各種數(shù)據(jù)的積累,將這些數(shù)據(jù)通過(guò)信息化手段記錄下來(lái),以便后續(xù)改進(jìn)。”何寧分析道,由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)批量并不是很大,所以柔性化生產(chǎn)是未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的趨勢(shì),對(duì)新發(fā)動(dòng)機(jī)的研制進(jìn)行定制化生產(chǎn)。相信,隨著國(guó)家加大對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)的投入,航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝和技術(shù)必將會(huì)加速發(fā)展,促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能和水平的迅速提高。
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