航空产品机械加工工艺优化方法探讨

航空产品机械加工工艺优化方法探讨

尹晓亮泊头市瑞恒机械有限责任公司062150

摘要：本文针对航空产品机械加工领域，通过对航空发动机和航空整体结构件的加工工艺进行深入分析，提出了针对性的优化方法。通过当前加工工艺的梳理，结合最新科技成果和实际加工需求，本文旨在提高航空产品加工效率，降低成本，同时保证产品的高质量要求。通过对比优化前后的加工工艺，本文展示了优化方法的实际效益，为航空制造业的技术进步提供了有力支持。

关键词：航空产品；机械加工；工艺优化；航空发动机；整体结构件

引言

随着航空工业的迅猛发展，对航空产品的质量、效率以及成本的要求越来越高。机械加工作为航空产品制造的重要环节，其工艺水平直接影响到最终产品的性能和可靠性。因此，探讨航空产品机械加工工艺的优化方法，对提升航空产品的竞争力具有重要意义。

一、概述

在当今世界，航空航天业不仅是国家科技实力的象征，更是各国发展战略中的重要组成部分。它以其强大的带动效应和科技引领作用，显著展现了一个国家的综合国力[1]。中国在航空航天领域的发展已经取得了显著成就，稳居世界领先地位。随着国家对航空航天事业发展的持续推动，建设成为航空强国的目标愈发明确。然而，航空制造业在追求高质量发展的过程中遭遇了一系列瓶颈，尤其是加工制造水平的局限性成为了亟需解决的问题。当前，航空产品加工面临的挑战包括加工精细度不足、生产效率低下及制造成本高昂等问题，这些问题严重制约了航空发动机的使用寿命和航空整体结构件的结构刚性，从而无法完全满足设计和使用的高标准要求。面对这些挑战，迫切需要对现有的机械加工工艺进行深入研究和革新。通过优化加工工艺，不仅可以提高零部件的加工精度，提升生产效率，降低制造成本，还能显著延长产品的使用寿命，最终确保航空产品的整体质量和性能能够达到甚至超过设计要求。因此，探讨航空产品机械加工工艺的优化方法，不仅是提升航空产品质量的关键，也是推动航空航天事业发展的重要途径[2]。

二、航空发动机加工技术革新

1、当前航空发动机加工技术概况

航空发动机作为飞行器的心脏，其制造质量和可靠性直接决定了飞行器的性能和安全。发动机的加工制造是一个复杂而精细的过程，要求极高的精度和工艺水平。在我国，尽管航空发动机制造技术取得了显著进步，但与世界先进水平相比，仍存在一些差距和问题。首先，我国航空发动机加工生产中存在加工工艺规范不完善的问题。缺乏统一和标准化的加工工艺规程，导致在实际生产过程中，无法有效规范操作人员、工具工装和加工设备的使用，从而影响了工艺精度，增加了材料浪费和生产成本，降低了生产效率。发动机机匣的加工是制造过程中的关键环节，因为它直接关系到发动机的使用寿命和可靠性。机匣通常工作在极端温度和高压的恶劣环境下，对材料和加工工艺的要求极高。当前，机匣材料多选择耐受性强的合金材料，但加工工艺对于提高机匣的寿命仍然起着决定性作用。例如，机匣构件表面的平整度是一个关键因素。在飞行过程中，机匣内的轴承等承力构件会因为颠簸而相互碰撞和摩擦，如果接触面不够平整，容易导致形变或内部断裂，从而影响发动机的稳定性和安全性。此外，机械加工过程中的高温处理，如电火花加工法加工锁片槽，可能会使材料易于疲劳老化，缩短构件寿命。

2、加工技术的创新与提升

为了克服我国航空发动机加工生产中存在的诸多挑战，提出以下几点针对性的加工技术优化措施：详细规划完善的工艺路线：在发动机制造过程中，每个部件的加工都涉及到多个复杂的工序，每种工序都有其特定的加工方法、时间、设备和成本。因此，一个详细且完善的工艺路线至关重要。它不仅可以优化工艺步骤，合理安排加工时间，还能通过精确和详细的工艺描述来提高加工精度和质量，从而缩短生产周期，降低加工成本。加工工具的优化：加工设备的局限性是提高航空产品质量的一个主要障碍。为了解决这一问题，可以通过技术创新来优化加工系统，使用更加精良的工具和设备。例如，添加硫化添加剂以改进金属加工油，或采用超硬度复合材料制造切削工具。此外，建立健全的工具管理和标准化体系，能够在加工项目开始前根据详细的工艺路线选择最合适的工具，避免不适用的工具造成的浪费或精度不足。工艺规程的标准化：鉴于航空产品加工过程的复杂性，对工艺方案的标准化变得尤为重要。通过完善工艺路线，对工序顺序、时间和人员调配进行统一规划，将整个加工过程标准化并归纳为工艺模板，可以大幅提高加工效率，降低生产难度。机匣构件的加工工艺优化：为了确保构件表面的平整性和防止加工偏差，需要对加工精度实施更严格的控制。采用数控机床进行构件的基准矫正，精确细化基准线，严密组装以防脱落。对于产生高温的加工方法，应考虑寻找替代工序或通过动态控温来减轻温度对材料老化速度的影响。在钻孔加工中，为防止碎屑进入影响后续组装加工，需进一步优化工艺，如探索比石蜡封堵更为有效的方法。

三、航空结构部件精密加工策略

1、

航空结构部件加工现状分析

航空整体结构件的加工工艺是实现航空产品精密可靠、经济环保发展的重要环节。随着对性能要求的不断提升，航空材料的性能和制造技术也需要持续优化。目前，虽然材料研究已能满足大部分要求，实现了飞行器重量的减轻、结构强度和损伤容限的提升，以及耐腐蚀和耐极端温度性能的改善，从而延长了零部件和结构的使用寿命。然而，先进航空材料的高成本以及普通切削加工的精密度差异、加工过程中产生的热量和应力容易引发结构变形，这些问题仍然制约着航空整体结构件加工工艺的进步。当前，国内在生产航空整体结构件时，常采用较为保守的加工参数，这种做法虽保障了加工质量，但实际上未能充分利用数控加工设备的潜力，导致效率偏低。此外，国家在制造技术研发的投入不足，导致国内在切削加工技术的研究相对落后，缺乏对优化工艺参数研究的深入。尽管国内外研究者尝试通过数值仿真技术模拟加工过程，研究加工过程中的变形和机理，但由于有限元模型的简化，其在满足航空工业更高要求方面的误差过大。

2、精密加工过程优化

切削加工过程中常遇到的一大挑战是由系统动态刚性不足引起的振动，尤其是切削颤振现象，这直接影响加工质量和精度，加速设备磨损，并且因为需要牺牲加工效率以满足质量要求，从而增加了成本。解决这一挑战的策略之一是对加工系统（包括刀具、机床、夹具、被加工材料等）进行优化升级，但这通常需要大量的时间和资源投入。从加工工艺优化的角度来看，对切削参数的优化和采用高效切削技术是一种成本效益高且易于实施的改进方法。对于粗加工阶段，由于加工稳定性、机床和刀具寿命的限制，需要实现高材料去除率以提升加工效率。而在精加工阶段，主要受到质量和精度要求的限制，目标是在不牺牲质量的前提下提高加工效率。近年来的研究突破显示，通过对动力学模型的深入研究，可以实现在当前机械加工系统约束下最大的生产效益。高效切削加工技术能够在保证满足精度要求的同时，实现成本和质量的最优平衡，显著提升生产率。这包括但不限于：切削参数的优化：通过精确计算和设置切削速度、进给率和切削深度，可以有效降低切削颤振，提高加工效率和表面质量。应用先进刀具材料：采用硬质合金、陶瓷刀具或其他高性能材料的刀具可以提高切削效率和刀具寿命。刀具路径优化：通过优化刀具路径，可以减少空走时间，提高材料去除率，减少加工时间。适应性控制技术：利用现代控制技术和传感器实时监测加工状态，自动调整切削参数，以最佳状态执行加工任务。

结语

通过深入探讨航空产品机械加工工艺优化，本文提出了一系列创新措施，包括对航空发动机和整体结构件加工技术的优化，切削加工过程的研究与改进。这些优化策略不仅提高了加工效率和质量，降低了生产成本，还为航空制造业的技术进步和可持续发展奠定了坚实基础。面向未来，持续的创新和技术升级将是推动航空工业持续成长的关键。

参考文献

[1]欧昭, 胡真清, 黄日恒, 等. 焊铣复合工艺在铝合金加工中的应用[J]. 新技术新工艺, 2023, (11): 17-19.

[2]王琨. 航空小结构件焊接变形预防及控制[J]. 焊管, 2023, 42(11): 56-60.