羅道堅(jiān)

摘 要：簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)民用航空制造業(yè)的現(xiàn)狀，民用航空零件制造業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)要求，彈塑性力學(xué)在航空零件制造中的應(yīng)用，彈塑性力學(xué)與CAE/CAM的融合對(duì)航空零件制造企業(yè)的發(fā)展的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：民用航空制造業(yè)；彈塑性力學(xué)

民用航空零部件制造主要是指用于民用航空產(chǎn)品上的零件、部件、儀表、機(jī)載設(shè)備、液壓系統(tǒng)和附件等各種零配件的制造。

《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)民航業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》的頒布為通用航空產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了空前的發(fā)展機(jī)遇，促使多方投資經(jīng)營(yíng)通用航空制造業(yè)、航空維修以及其他民航相關(guān)項(xiàng)目，極大的促進(jìn)了我國(guó)緊急救護(hù)、工業(yè)航空、公務(wù)航空、私人航空等民用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

現(xiàn)代民用航空飛機(jī)為了達(dá)更高的飛行速度、更靈活的機(jī)動(dòng)性、更大的負(fù)載、更遠(yuǎn)的航程、更優(yōu)的穩(wěn)定性，積極的采用新技術(shù)、新材料，使飛機(jī)零部件質(zhì)量越來(lái)越輕、結(jié)構(gòu)型面越來(lái)越復(fù)雜、尺寸越來(lái)越大、制造精度越來(lái)越高。

航空零部件除大量采用鋁合金材料外，還廣泛運(yùn)用高強(qiáng)度鋼、鈦合金、耐高溫合金、工程陶瓷和復(fù)合材料等，為了提高這些昂貴材料的航空零部件的強(qiáng)度和可靠性，進(jìn)一步節(jié)約原材料，提高生產(chǎn)效率，彈塑性力學(xué)便越來(lái)越多的用在了航空制造業(yè)中。

1 航空制造業(yè)的產(chǎn)品制造和技術(shù)分析

1）航空零部件因承受多軸復(fù)雜載荷、幾何突變、零件的缺口導(dǎo)致相關(guān)區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)極為復(fù)雜，對(duì)零件的設(shè)計(jì)、制造要求更高。

2）航空飛機(jī)的框、壁板、翼肋等零件采用薄壁設(shè)計(jì)，以減小飛機(jī)的重量。這些薄壁構(gòu)件形狀復(fù)雜、精度要求高、尺寸相對(duì)較大、剛度相對(duì)較弱，由于對(duì)薄壁構(gòu)件變形機(jī)理研究還不夠深，在加工的過(guò)程中，無(wú)法預(yù)測(cè)加工零件的變形情況并優(yōu)化工藝參數(shù)，導(dǎo)致加工零件誤差大。

3）航空制造業(yè)中各類零部件的尺寸、結(jié)構(gòu)、數(shù)量、規(guī)格懸殊較大，而且生產(chǎn)批量小、生產(chǎn)周期短。對(duì)制造企業(yè)的工藝系統(tǒng)、工藝裝備要求較高。

4）很多現(xiàn)代航空制造業(yè)的零件采用無(wú)余量裝配，故而對(duì)零件的加工精度要求非常高，進(jìn)一步加大了加工的難度。

5）航空制造業(yè)較多地采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的零件，這些零件在切削加工過(guò)程中需要去除大量的材料，極大的增加了切削加工量。

6）輕量化的零件通常采用深腔、薄壁結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛性較弱，加工過(guò)程中非常容易導(dǎo)致加工變形。

2 彈塑性力學(xué)的在我國(guó)民用航空制造業(yè)的應(yīng)用

近年來(lái)，我國(guó)民用航空制造技術(shù)保持較高的發(fā)展速度，但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，整體水平仍然很低。表現(xiàn)在，從業(yè)者普遍依賴于從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，切削刀具及切削參數(shù)等工藝參數(shù)的選用缺乏科學(xué)依據(jù)；行業(yè)整體對(duì)先進(jìn)機(jī)床的性能及加工技術(shù)掌握不足，數(shù)控加工的應(yīng)用水平較低；沒(méi)有建成完善的航空制造數(shù)據(jù)庫(kù)，先進(jìn)制造單元不能充分協(xié)同配合，無(wú)法充分發(fā)掘和利用先進(jìn)制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

彈塑性力學(xué)在國(guó)外的企業(yè)的運(yùn)用已經(jīng)基本普及，而國(guó)內(nèi)（尤其西部地區(qū)）進(jìn)行材料彈塑性力學(xué)分析的應(yīng)用較少，欲加快中西部追趕東部沿海地區(qū)、國(guó)內(nèi)追趕國(guó)際的步伐，需重視彈塑性力學(xué)在制造業(yè)的應(yīng)用：

1）運(yùn)用彈塑性力學(xué)對(duì)對(duì)航空飛行器機(jī)身的梁、框、肋、壁板等薄壁多腔的鋁合金或鈦合金框架結(jié)構(gòu)的材料零件的進(jìn)行性能參數(shù)分析，建立切削力有限元模型進(jìn)行模擬和測(cè)試，可以減少原材料的消耗，降低研發(fā)成本。

2）在運(yùn)用CAE/CAM設(shè)計(jì)的階段，運(yùn)用彈塑性力學(xué)對(duì)高溫合金或耐高溫的復(fù)合材料制成的發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等關(guān)鍵零件和部件進(jìn)行分析和優(yōu)化，可以提高此類異型環(huán)狀結(jié)構(gòu)零件的產(chǎn)品剛度，提高航空飛行器的安全性，縮短研發(fā)周期，減少企業(yè)運(yùn)營(yíng)的成本。

3）我國(guó)部分制造型企業(yè)憑從業(yè)者經(jīng)驗(yàn)或使用試錯(cuò)法編制加工工藝，難以保證加工零件質(zhì)量的穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致加工零件報(bào)廢，造成企業(yè)的損失。運(yùn)用CAE/CAM結(jié)合彈塑性力學(xué)分析易變形進(jìn)行的薄壁整體結(jié)構(gòu)件，構(gòu)建“加工變形與夾緊順序”優(yōu)選模型，優(yōu)化走刀路徑、進(jìn)給速度、吃刀量，調(diào)整加工工藝順序，選取合適的夾緊力，進(jìn)而減少試驗(yàn)次數(shù)，保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量，提高企業(yè)生產(chǎn)的效率。

4）CAE/CAM結(jié)合彈塑性力學(xué)、金屬加工工藝學(xué)、材料等多門學(xué)科建立有限元模型開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，可以較為準(zhǔn)確的模擬加工過(guò)程，盡可能將產(chǎn)品的缺陷消除在模擬加工生產(chǎn)階段，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期。虛擬制造完成裝備與工藝的緊密結(jié)合，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)形象。

3 總結(jié)

數(shù)值模擬技術(shù)在航空制造業(yè)中應(yīng)用不斷深入，但也僅限于某些中大型企業(yè)上，部分為中大型航空飛機(jī)做配套服務(wù)的小企業(yè)仍然極少應(yīng)用有限元分析。只有當(dāng)中小型企業(yè)由代工轉(zhuǎn)型為參與研發(fā)，重視數(shù)值仿真計(jì)算，培養(yǎng)彈塑性變形研究和有限元分析的良好氛圍，才能更快地推進(jìn)“中國(guó)制造”向“中國(guó)智造”的轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，才有可能在國(guó)際航空制造行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，進(jìn)一步取得領(lǐng)先地位和突破性成果。

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