第四部分-减材制造与增材制造

2.1 航空制造业总体特点
4 制造过程中材料去除率大 6
为了降低飞机等飞行器的自身结构重量，增大携 带负载的能力和实现更远的飞行距离，飞行器制造过 程中其航空整体结构件由整块大型毛坯直接“掏空” 加工而成，其通常去除量能达到70%，加工周期长。
美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加 强框，所需毛坯模锻件重达 2796千克， 而实际成形零 件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 90%。
从制造的角度，模锻件和预拉伸板材是铝合金整体结构件毛坯材料的 两种主要形式。随着金属板制造水平的提高，平面类整体结构件、板、框、 肋、梁的铝合金零件已普遍采用预拉伸板，在沈飞车间中也大量使用。
预拉伸板材通过在专用板材拉伸机上预先给材料少量的塑性变形，改 变板材内部原有应力分布状态，减小与均匀化内部固有应力状态。航空铝合 金超厚板（>40mm）是一种用量较大，需要采用先进加工技术的新型关键 结构材料。如德国生产的厚280mm，长20mm的铝合金预拉伸板材，由其制 造的整体结构件壁厚为2-3ｍｍ，广泛应用于波音军事运输机C-17和波音777、 737飞机上。
航空制造业总体特点
构件特点
带筋件的分析 自由曲面
1.1 航空制造业总体特点 1 大量采用自由曲面形式
6
从形式的角度，为了到良好的气动性能，结构上大量采用自由曲 面形式，其准确成型难度较大。
我们在钣金车间参观了部分军机的钣金复杂曲面的成型过程
2.1 航空制造业总体特点 2 较多形成各种复杂型腔
6
某型战斗机构件型腔图
2.3 带筋件的总体特点分析
种数丰富：飞机结构件中的筋形状各异， 数量多，常位于槽腔、轮廓之间或槽腔 内部
结构常见：从工艺知识、编程经 验、形状的角度分析飞机结构件 中的筋这类形状零件，可得知， 筋是飞机结构件中最常见的形状 之一。 综合性强： 筋通常起提高结构件 强度的作用，也有部分筋有一些 特殊的功用。其形状是由结构件 本身的设计，以及工艺等诸多因 素决定的。 薄壁结构：由于飞机结构件本身 要求零件在保证强度的情况下尽 可能轻，因而通常情况下筋的宽 度只有3-4mm，属于薄壁结构。
2.1 航空制造业总体特点 3 大量采用整体构件
6
随着航空制造工业的快速发展，由 于现代飞机性能要求和设计水平不断提 高，为了进一步提升结构效率，大型航 空整体结构件逐渐替代了传统的螺栓连 接和铆接的飞机组合件，且使用整体制 造水平的普遍提升，使得整体结构件成 为广泛采用的主要承力构件。
相对于传统拼接的结构，它不但可 减少零件数目，降低结构重量，而且接 缝少，密封性好，装配简单，使飞机等 的结构效率和可靠性成倍甚至数十倍地 提高。
2.1 航空制造业总体特点
5 加工变形问题严重 6
从加工产品的良品率的角度，飞行器上的结构件 往往由于其设计水平较高而加工变形问题严重，影响 加工效率，而当面临如尺寸大、材料去除率高、刚性 差等特点时，这些问题更更加凸显，当工件从夹具上 取下后，往往产生弯曲、扭曲、弯扭组合等加工变形， 使零件难以达到设计要求。由于不同飞机结构件采用 不同材料毛坯和不同加工方式，它们产生变形的方式 与程度也不尽相同。
从外观的角度，为了减轻结 构重量并增强结构性能，在飞行 器构件设计时应进行等强度设计， 其直接结果就是往往需要在结构 上形成各种复杂型腔，其中型腔 靠近外形的槽腔常为直纹曲面， 而且具有复杂的槽腔、筋条、凸 台和减轻孔等特征。
我们在数控加工车间参观了 我国某大型运输机的翼肋成型及 歼击机的机翼构件成型过程。
我国中航工业集团民用飞机转包合作生产中，飞 机座舱前、后侧骨架数控加工后会发生弯曲变形．整 体梁、接头等加工后出现弯曲和扭转变形。
2.1 航空制造业总体特点 6 性能要求较高
6
加工精度 形位精度 重量控制 使用寿命
2.2 铝合金的在飞行器上的应用
近年来，随着航空材料的快速发展，钛合金、铝合金和复合材料成为航 空整体结构件的主要结构材料，且在战斗机等高机动性飞行器中所占比重越 来越大，但是航空铝合金仍然是应用最为广泛的金属材料，尤其是在民用大 飞机中更是如此。在各种民用大飞机系列机型中，铝合金使用量基本在70% 以上，其中，波音747中的铝合金使用量高达到81%，有＂空中巨无霸＂之 称的A380飞机的结构材料中铝合金占66%。其中，铝合金主要用来制作航空 航天产品的受力结构件，如隔框、大梁、翼肋、巧条、起落架等零件。
减材制造与增材制造
目录
1 航空制造业特点 2 航空增材制造分析
1 航空制造业特点
1.0 引言
对于一个国家来说，航空航天工业是制造业最为重要的组成部分 之一，也是科技含量最高的制造领域之一，体现了国防科技工业现代 化水平和国家现代制造业实力，在国防现代化和国民经济发展中有着 举足轻重的作用。
为了对所加工零件有更深入的了解，现对其进行分析。
侧拓扑面：
1，指筋的侧面 2，通常由平面、圆柱面或曲面 组成 3，构成槽腔侧面、或轮廓侧面， 其加工受到所处部位的影响
筋底面： 1，筋的底面 2，通常多为平面 3，筋底面在筋的侧面加工中限定了筋侧 面加工的范围
2.3 带筋件的分析 1 加工内容
5
1)顶面的加工 筋特征都需要加工筋顶部分 1，筋特征加工中最主要的部分， 2，飞机结构件筋特征的数控编程中编 程占很大的比例。 3，是筋特征加工中情况最多，工艺最 复杂的部分。
2)约束面的加工 在一部分筋中，存在约束面需要单独加 工， 1，为了精加工约束面 2，在筋顶面上加工出足够的空间，为 之后筋顶面加工的进刀做准备。
3)筋侧面的加工 往往在铣槽腔内壁面或铣轮廓面时顺带 完成 (只有在开口筋或独立筋中，若筋的强 度不够，筋的侧面才需要单独加工)。
01 课题目的
特征
2.3
约束面：
1，约束面为筋 主拓ห้องสมุดไป่ตู้面：
带筋两2，件端约的的束总端面体面通特常点分析12，，指通筋常顶由面平，
为槽腔的侧壁面， 面、圆柱面或
一般为一些平面 自由曲面组成，
或直纹面
3，筋特征的
3，常常需要单 主要加工区域
独进行加工
拓扑边： 1，指筋边 2，由主拓扑面与侧拓扑面相 交的两条凸边列组成， 3，筋顶面加工刀轨计算的原 始驱动几何元素，也是筋特征 合并的依据）