第四部分-减材制造与增材制造讲课教案

01 课题目的
特征
2.3
约束面：
1，约束面为筋 主拓扑面：
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Hale Waihona Puke Baidu
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）
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
1.0 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。
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。
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。
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
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。
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)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)。
侧拓扑面：
1，指筋的侧面
筋底面：
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
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。
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。
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%。