航空制造工程的案例
激光焊接技術在航空制造中的應用
（5）擴寬激光焊接工藝應用廣度 借鑒國外航空制造成功經驗，建立設計-材料-制造的一體化研發模式，推進激光焊接技術在航空飛機及發動機典型構件上的工程應用，如飛機整體壁板、腹鰭和襟翼等，發動機的各種薄壁機匣、燃燒室部件、葉片等復雜、精密構件，以及加力筒體、擴散器等簡單焊接結構件等。
（6）建立完善的工藝質量標準體系 結合新材料、新結構、新方法及新產品研制及應用進展，逐步建立和完善我國激光焊接工藝、質量標準體系，同時建立并不斷完善焊接工藝數據庫。
（7）加快自動化、智能化進程 結合工業機器人系統、自動送絲系統、視覺傳感跟蹤系統、焊接質量在線檢測、評估及實時控制系統，助推航空產品自動化、智能化制造實現，提升激光焊接工藝自適應控制能力及生產效率。
來源：金屬加工（熱加工）2019年第2期
展開 航空航天高性能制造，激光增材制造技術大有可為
航空航天制造是當今世界科技強國競相發展的重點方向之一，其發展離不開兼具輕量化、難加工、高性能等特征的航空航天金屬構件。激光增材制造技術為高性能金屬構件的設計與制造開辟了新的工藝技術途徑，可解決航空航天等領域發展過程中對材料、結構、工藝、性能及應用等提出的新挑戰。近年來國內外在激光增材制造的新材料制備、新結構設計、高性能/多功能構件形性調控、航空航天應用等方面取得了顯著的研究進展。
研制新型高性能材料是激光增材制造構件力學性能及應用水平提升的基礎保障
金屬激光增材制造過程中易出現孔隙、裂紋、氧化夾雜、熔體球化與飛濺等一系列冶金缺陷，這是由材料的物理和化學特性本質決定的。缺陷會顯著降低激光增材制造構件成形性能。以鋁合金為例，其特殊性質（低密度、低激光吸收率、高熱導率及易氧化性等）決定了其是激光增材制造的典型難加工材料。很多高性能合金較難通過激光增材制造工藝獲得預期的高性能，主要是因材料的成分物性等參數并非專門為激光增材制造而設計，難以適用于激光快速熔化凝固過程及高度非平衡冶金熱力學和動力學行為。
專用面向激光增材制造的Al-Mg-Sc-Zr合金可原位生成Al3(Sc,Zr)納米彌散強化相，成形件抗拉強度高于500 MPa，延伸率超過10%。新型研發的激光增材制造Ti-Cu合金可獲得細小等軸β-Ti晶粒，并具有很高的化學成分均勻性，成形件兼具高抗拉強度（867±8 MPa）和延伸率（14.9±1.9%），如圖1所示。
展開 生產制造 | NCSIMUL助力航空制造業蒙皮安全加工
在航空制造業，蒙皮作為飛機的關鍵氣動結構，如同飛機的“肌膚”，不僅塑造其外形，更直接關系到飛行安全與性能。隨著復合材料在蒙皮制造中的廣泛應用，飛機整體減重目標得以有效推進，然而，隨之而來的高精度加工挑戰亦使生產管理者面臨嚴峻壓力：
? 成本高昂：復合材料本身價格昂貴，加之蒙皮尺寸龐大，單件原材料成本即構成顯著負擔。加工過程中的任何失誤導致報廢，都將帶來巨大的經濟損失。
? 風險嚴峻：用于航空蒙皮加工的大型數控機床結構復雜、附件眾多、造價昂貴。一旦因程序或工藝失誤發生機床碰撞，輕則損毀刀具、夾具及工件，重則導致機床核心部件嚴重損壞，后果不堪設想。
? 平衡之難：如何在確保每塊蒙皮加工質量完美無瑕的同時，杜絕安全事故發生并提升生產效率？這已成為航空制造企業亟待解決的復雜命題。
01
NCSIMUL在蒙皮加工仿真中的應用
海克斯康NCSIMUL為制造企業提供數控加工仿真、優化、后處理一體化解決方案，其專注于機床加工的安全性，并在確保安全的基礎上，提供程序優化及后置處理等一系列高效、實用的解決方案。面對航空制造業的種種痛點，NCSIMUL憑借其卓越和高效的性能，成為航空蒙皮加工領域的“安全衛士”與“增效專家”。
# 構建高精度“數字孿生”加工環境
NCSIMUL的核心優勢在于其構建高度逼真虛擬加工環境的能力：
?精準構建虛擬數控機床（精確到每一個軸、附件、防護門） ；
?無縫導入蒙皮的CAD模型和CAM生成的加工程序 ；
?建立與實際完全一致的虛擬刀具庫（包括尺寸、形狀、夾持）；
?設定毛坯、夾具位置，還原冷卻液等客觀條件。
展開 工程機械設計中的整體結構有限元分析技術
摘要：本文綜述了以北京航空制造工程研究所為技術依托單位的BQCIMS工程的整體結構分析技術，包括：工程背景與需求，基于ANSYS/APDL平臺的結構模型參數化技術，整體結構的子結構分析與自動化分析流程。最后，整體結構分析在汽車起重機與礦用重型汽車設計中的成功應用，證明了這種技術的實用性。
1 工程背景與需求
以北京航空制造工程研究所為技術依托單位的北京起重機器廠CIMS 工程(簡稱BQCIMS工程)，是國家863CIMS工程資助的北京市信息技術推廣示范項目之一。其中，汽車起重機與礦用重型汽車設計中的工程分析是該項目的核心創新技術與提高企業市場快速反映能力的重要手段。北京航空制造工程研究所推廣應用航空結構設計中的先進分析技術與方法[1]，以國際上先進的工程分析平臺—ANSYS系統[2]為基礎，與北京起重機器廠的工程師們緊密合作，利用ANSYS/APDL語言進行二次開發，建立了適應汽車起重機[3]與礦用重型汽車[4]設計的整體結構工程分析方法。
汽車起重機與礦用重型汽車，作為一類“大力神”產品，具有其特殊的作業環境，要求良好的力學性能，包括剛度、應力水平、變形、抗干擾性能等。對于工程設計人員來說，零件、結構件及整機的力學性能如何？會不會因強度不夠造成破壞事故？這些都是他們必須關心和回答的問題。
對于結構件設計來說，一般地說，它是零部件的組合設計。汽車起重機的主要承力結構件是吊臂、轉臺、車架。礦用重型汽車的主要承力骨架是整體車架，它又是許多結構件的組合，包括支撐架、前車架、中車架、尾架及若干子構件。結構件有限元分析是產品設計的基礎性分析。最基本的分析是進行線性應力分析；對于有些結構件，例如吊臂與車架，還要進行穩定性分析，研究結構件失穩(屈曲)的條件。
對于整體結構設計來說，整體分析是工程師面臨的最直接、最重要的問題。
展開 
當國際巨頭進入增材制造領域時，國內航空制造企業將何去何從？
世界三大增材制造專業展覽會之一的TCT亞洲展——亞洲3D打印、增材制造展覽會將于2019年2月21日在上海新國際博覽中心拉開序幕，其中涉及金屬增材制造技術的企業創紀錄地達到了115家，其中包括了GE的增材制造的子公司GE Additive、GKN公司、歐瑞康、通快、DMG MORI等航空加工制造的企業。
對于國內航空制造企業而言，TCT亞洲展能夠一站式幫助獲取增材制造技術迭代情況；了解GKN、歐瑞康等國際航空制造供應鏈企業如何迎接增材制造的挑戰，以及如何應對增材及整個數字化制造對航空制造、維修的變革。
讓我們盤點一下明年TCT亞洲展對航空行業有哪些不容錯過的部分。
2018 年TCT亞洲展現場
下一代金屬增材制造設備登場
目前國內航空領域裝機量較多的金屬3D打印設備，以德國的EOS M280以及英國RenishawAM250為多，是兩家公司在2011年先后推出的基于激光熔融技術開發的增材制造設備。
C919大型客機應急門導向槽零件
而明年亮相的最大革命性技術，非全球增材制造的最大獨角獸——Desktop Metal在亞洲的首次出展，該公司目前估值為10億美金，投資者包括Google、通用汽車。Desktop Metal采用的技術叫做結合金屬沉積（BMD），與使用激光器進行打印的SLM技術不同，其是通過擠出液滴再層層堆積的方式構建3D實體的，這一技術更接近于傳統的MIM金屬注射成型技術。由于不會使用粉末進行燒結，其打印價格約為SLM技術的十分之一，而目前推出的Production系列的生產速度會是現有技術的100倍。
展開 2018 航空發動機和燃氣輪機熱端部件制造及維修技術發展最新論壇日程
主論壇日程
2018年10月11日
主持人: 中國工程院管理學部相關領導
09:00-09:10 貴安新區領導致歡迎詞
09:10-09:40
發言題目: 航空發動機及燃氣輪機熱端部件發展戰略研究
發言人: 向巧 中國航發總經理助理、科技委副主任、“兩機”重大專項工程副總設計師、中國工程院院士
09:40-10:10
發言題目: 燃氣輪機發展戰略需求
發言人: 黃維和 中國石油天然氣股份有限公司副總裁、中國工程院院士
10:10-10:25 茶歇
10:25-10:55
發言題目: 航空發動機與鈦合金
發言人: 曹春曉 中國航發北京航空材料研究院研究員、中國科學院院士
10:55-11:25
發言題目: 航空發動機熱端部件測試技術
發言人: 蔣莊德 中國工程院院士
11:25-11:55
發言題目: 熱端部件設計驗證體系發展和問題對策
發言人: 陶智 北京航空航天大學副校長
11:55-12:25
發言題目: 航空發動機渦輪葉片熱障涂層性能表征與評價技術
發言人: 周益春 湘潭大學校長
12:25-13:20 午餐
分論壇日程
2018年10月11日-12日
設計分論壇
2018 年10月11日 13:30-17:45
13:30-14:00
發言題目: 航空發動機和燃氣輪機熱端部件設計驗證體系發展戰略研究報告
展開 包括GE與GKN的115家金屬3D打印關聯企業參展，國內航空制造業洞悉全球增材制造技術的必去展會
世界三大增材制造專業展覽會*之一的TCT亞洲展——亞洲3D打印、增材制造展覽會將于2019年2月21日在上海新國際博覽中心拉開序幕，其中涉及金屬增材制造技術的企業創紀錄地達到了115家，其中包括了GE的增材制造的子公司GE Additive、GKN公司、歐瑞康、通快、DMG MORI等航空加工制造的企業。
對于國內航空制造企業而言，TCT亞洲展能夠一站式幫助獲取增材制造技術迭代情況；了解GKN、歐瑞康等國際航空制造供應鏈企業如何迎接增材制造的挑戰，以及如何應對增材及整個數字化制造對航空制造、維修的變革。
讓我們盤點一下明年TCT亞洲展對航空行業有哪些不容錯過的部分。
01
2018 年TCT亞洲展現場
· 下一代金屬增材制造設備登場 ·
目前國內航空領域裝機量較多的金屬3D打印設備，以德國的EOS M280以及英國RenishawAM250為多，是兩家公司在2011年先后推出的基于激光熔融技術開發的增材制造設備。
02
C919大型客機應急門導向槽零件
而明年亮相的最大革命性技術，非全球增材制造的最大獨角獸——Desktop Metal在亞洲的首次出展，該公司目前估值為10億美金，投資者包括Google、通用汽車。
展開 航空航天制造的數字化未來（免費領資料）
新興數字化技術力爭改善航空航天與國防設計和制造系統，從而實現迅速、高產的交付。
航空航天制造的數字化未來將由幾項關鍵的顛覆性創新和技術打造。
此白皮書重點審視這些因素以及如何將當前航空航天與國防制造運營轉化為經得起未來考驗的工廠。下載白皮書了解更多信息。
點擊鏈接 領取資料
http://t8iw4ulf0hpixn8k.mikecrm.com/JH9pbs7
聯通航空航天設計與制造
航空航天與國防領域的創新將徹底改變我們生活和旅行的方式。在數字化生態系統中聯通航空航天設計與制造，對于建造經得起未來考驗的工廠而言至關重要。
為使設計與制造互聯的優勢最大化，必須在整個過程中運行數字線程，而數字線程提供了萬事萬物均存在其中的同一生態系統。其中包括從基于模型的系統工程到項目規劃、產品設計和工程、驗證管理、供應商管理、智能制造和產品支持（維護、維修和大修）這整個過程。
航空航天制造趨勢
根據航空航天制造趨勢，編織數字線程以及時、經濟且可持續發展的方式顛覆制造，此舉至關重要。能夠聯通人員、系統和數據的數字化生態系統必不可少。這種聯通性正是智能工程得以推動、而不只是跟上行業發展的原因所在。
影響航空航天數字化制造的重要趨勢和發展包括人工智能、自動化、仿真、大數據、物聯網 (IoT)、增強現實、增材制造、云、水平/垂直軟件集成。所有這些技術都正在引入現有航空航天與國防項目，或者已經在項目中幫助開發那些能夠改變我們未來生活方式的新功能。
飛機制造過程的數字化
在如今這樣前所未有的創新和變革年代，系統需要針對設計變更提高速度、效率且易于定制。為了滿足不斷增長的開發需求，必須探索數字化技術以確保從初始設計階段到批量生產這整個流程盡可能無縫。
飛機制造過程的數字化正在徹底改變航空航天與國防行業的方方面面。
展開 民用航空發動機制造用到不少鍛壓技術
航空航天制造技術水平和生產能力是一個國家制造實力和水平的綜合體現，得到世界各國的高度重視和優先發展。為實現航空航天制造的轉型與升級，需在制造數字化、智能化上下功夫。金屬加工雜志社發揮自身優勢，為航空航天領域的企業與用戶搭建了一個有效對接的平臺，于2020年5月24日下午2點舉辦了“2020航空航天先進制造技術在線論壇”，圍繞 “ 數字化、智能化，助推高質高效發展 ”的主題深入展開，特別邀請到了航空工業、中國航發、航天科工等單位的重磅專家及裝備企業代表作精彩的專題報告，并實時在線互動答疑。別開生面的專業直播吸引到了大量航空航天領域的業內人士，實際觀看累計量超過1.7萬人次，獲得了觀眾一致好評。
航空發動機是飛機的“心臟”，直接決定了飛機的性能。因為其涉及幾乎所有高精尖的設計、研發、制造工藝，被譽為航空工業“皇冠”上的明珠，中國航發南方工業有限公司研究員級高工劉青海總工藝師此次論壇與我們分享了民用飛機航空發動機制造技術及其發展。他在報告中指出：航空發動機的先進性是衡量一個國家科技、工業、經濟和國力的重要標志，作為世界上具有航空發動機獨立設計、制造的國家之一，我國目前已經建成完整的發動機設計、研發、制造體系。未來，隨著材料、制造等基礎工業的發展，航空發動機將迎來新的飛躍。
展開 航空制造業中的電子束焊接
在我國，電子束焊接技術已廣泛應用于汽車工業、齒輪加工業、精密儀器及電子儀表制造業、電工電能領域和航空航天領域的制造及維修業。我國重型汽車集團在“七五”期間，采用電子束焊接方法成功實現了奧地利引進項目的板材沖壓貨車橋殼的生產。在中國南方航空動力機械公司，許多航空發動機關鍵零部件和民品生產都使用了電子束焊接技術。
目前全世界已有幾千臺設備在核工業、航空宇航工業、精密加工業及重型機械等工業部門應用。在電子束焊接設備的研制開發上具有實力的國家及公司有：德國的PTR精密技術有限公司、英國的劍橋真空工程有限公司及英國接研究所( TWI) 、法國的TECH2META 公司以及烏克蘭的巴頓電焊研究所等。上述幾家公司及研究所的電子束焊接設備在國際上都有較高的知名度，所研發的電子束焊機各有其適用性及特點。其中烏克蘭巴頓研究所生產的中高壓電子束焊機，技術成熟，性能穩定，在前蘇聯的航空宇航焊接試驗中得到了成功的實踐應用。
電子束焊接技術可以高效獲得高質量、大深寬比的焊縫，在航空航天等領域發揮著不可替代的作用，是宇宙空間焊接的唯一可行的焊接方法。經歷50年的發展，其應用領域已經從最初的“高精尖”行業逐步擴展到民用領域，在工業生產中發揮著重要的作用。
展開 航空發動機制造為什么這么難？
航空發動機制造為什么這么難？
航空發動機的原理如此簡潔，吸氣-壓縮-混合點燃-噴出，小學生都能懂。可是為什么實際研發和生產的時候如此的困難，世界上只有美國英國俄羅斯做得出靠譜的航空發動機，這里的難點在哪里，是材料？內部管子設計？還是什么原因？
首先確實限制發動機生產的主要因素在于生產過程而不是理論研究。更完備的理論研究卻能提高航發的效率，二者都是相輔相承，航發的工作原理確實就是一個熱力學過程，但是這一個過程中有上百個其他過程，需要大國之力幾十年的的數據積累，設計實驗找數據這就是一個無盡艱巨的任務了。然而航空發動機被譽為工業皇冠卻不是自己吹出來的。
挑最極端的部件說，限制航發批量生產的主要原因在制造工藝和整體工業大環境。熱力學流程圖畫一畫，再加些理想條件算個數，看上去不是很難，一看高壓渦輪那兒的溫度2500K, 乍一看也就那樣，比天體物理動不動幾億上兆的能量差遠了。但是這是材料科學多年來最頭疼的問題，高壓渦輪，幾個瓷碗大的部件大約占發動機制造成本的百分之二十，工作溫度超過了任意，任意材料的熔點。為什么它厲害？為了保證材料溫度低于熔點，高壓渦輪葉片必須處在一個動態平衡中，就是導入熱量與導出熱量的大小和方向都有嚴格要求，其材料是少數國家有量產能力的鎳基超合金，晶胞已經很復雜，為了控制導熱方向，航發公司需要將整個結構制成單晶體，方向一致。制成一塊規則形狀的已經無比復雜，但為了控制溫度還不夠，一般渦輪葉片就做模具做出樣子就好，但航發高壓渦輪的結構是空心的，復雜的曲面上布滿散熱孔，才能讓其在浸沒在超高溫流體的工作狀態下不至于融化。外表面還要仰仗陶瓷復合材料涂層絕熱。
通俗類比一下就是，這兒有一塊冰，得讓它在高壓水蒸氣中運行幾千小時。
展開 
航空發動機寬弦空心風扇葉片制造研究綜述
而國內針對復合材料風扇葉片的制造研究尚處在摸索階段，主要對于制造過程中的鋪疊參數或是纖維預制體的參數、固化參數等的各項參數邊界控制的認知。
鈦合金風扇葉片制造技術與復合材料風扇葉片制造技術的發展將相互促進。鈦合金風扇葉片在一定條件下會因為強度不足造成葉片疲勞斷裂，復合材料風扇葉片耐沖擊性能、耐摩擦性能薄弱，容易受到意外外來物體的影響和損壞，裂紋擴展迅速從而影響整個發動機的服役性能，金 屬材料裂紋擴展的延緩性相較于復合材料仍是一大優勢。此外，復合材料仍存在著腐蝕問題，其環保回收仍然是一個挑戰，還應當針對復合材料風扇葉片開展大量工藝、材料試驗。未來鈦合金風扇葉片仍是軍用航空領域風扇葉片的主流方案。
鈦合金寬弦空心風扇葉片是典型的空心加強結構零件，要求具備完整的空心減重結構及準確的外部氣動掠形結構，成形工藝復雜，其制造 綜合運用了擴散連接/熱成形以及數控加工、無損檢測等組合工藝技術，此種組合成形工藝技術可以充分發揮鈦合金成形復雜構件控形、控性的優勢。高強度高疲勞性能的結構及其穩定可控的制造等是新一代鈦合金寬弦空心風扇葉片的迫切需求。但是超塑成形/擴散連接（SPF/DB）工藝仍存在葉片內部變形不可控、超塑過程變形量過大、設計不確定性因素多等缺點，尋找一種新型結構鈦合金寬弦空心風扇葉片及其成形技術成為了所有航空企業主要探索的領域之一。
鈦合金寬弦空心風扇葉片制造已經成為我國發展大型航空發動機卡脖子問題，國外對于相關技術嚴格封鎖。
展開 這不是我認識的航空制造機器人！
飛機的制造和裝配是一項浩大的工程，幾百萬個零件要一一的組裝到它所應該在的位置。這個過程，缺少不了機器人的幫忙。隨著工業機器人技術的不斷發展，除了我們常見的一些，如鉆鉚，焊接機器人外，在航空制造領域也出現了許多我們從未見過的機器人。本期圖集，小編和大家一起看一看，在飛機制造過程中都應用了哪些機器人。
自動化制孔、裝配機器人
傳統手工制孔是以風鉆鉆孔為主，存在孔位精度低，加工工序長，加工質量控制困難等缺點。因此制孔成為航空制造領域最早應用自動化技術的環節，同時也是最廣泛，最成熟的機器人技術。
機器人正在進行飛機身上的制孔、裝配
空客A320德國漢堡新總裝線上的鉆孔和填充機器人
波音777機身的自動制孔機器人
波音787生產線上的裝配機器人，進行鉆孔和緊固
鉆孔爬行機器人爬上飛機機身側面
維修、檢測機器人
在機器人末端加裝測量頭即可構成機器人檢測系統。與傳統檢測系統相比，機器人檢測系統具有靈活性好、重復精度高的特點，避免了傳統傳感器支撐軸過多的缺點，節省了大量空間和工作量。目前，機器人檢測已應用于孔徑測量、外形檢測和無損探傷等方面。
空客無人駕駛飛機機器人檢查系統
機器人手臂進行無損檢測
美國宇航局建造的飛機復合材料機身自動檢測系統
飛機維修人員正在用機器人對機身檢查
檢測飛機零部件
GE發電機上的檢測機器人
復合材料自動檢測系統
空中機器人，自動化視覺檢測程序。飛機在空中巡查，執行全面診斷Cobot在任何天氣或光照條件下。
展開 航空航天領域的增材制造（3D打印）仿真
在這里，對航空航天領域的某精密零部件的增材制造（3D打印）過程，進行仿真模擬，描述其在制造完成前后的變形情況。
首先，對模型劃分網格。如下，分別是初始模型及劃分后得到的笛卡爾網格。網格尺寸均為1.25mm。
由于增材制造的過程，物質的沉積是一個逐漸累加的，所以需要將網格沿著激光路徑進行逐層分離。
隨后設置相應的材料參數及激光功率速度等等，提交Marc求解器進行求解計算。得到制造完成，冷卻后的模型，與原CAD/CAM模型的變形對比。
仿真動畫，如下圖所示。
歡迎交流。
航空制造推動新概念機器人發展（上）
01
目前，航空制造商正在越來越多地采用機器人來替代以往由人類和笨重設備來承擔的單調工作和復雜任務，絕大部分機器人本質上與汽車裝配流水線上的工業機器人一樣。然而近年來，空客、波音、洛馬等制造商正在研究將新概念機器人引入裝配線，從事更加有挑戰性的工作。未來，航空制造中的工業機器人將向新構型靈巧機器人和自主式協作機器人等新概念機器人發展。
一、新概念機器人及其關鍵技術
航空制造的特點決定了必須針對特定部件和工藝定制開發制造機器人，當前還有一些領域亟待新型機器人解決方案以提升效率和精度，如狹小空間裝配、極端尺寸裝配；同時，還存在一些不能完全由機器人替代人類完成的任務，需要人類和機器人在同一區域共同工作。本文以簡單原則將新概念機器人分為兩類，即新構型靈巧機器人和自主式協作機器人，兩者之間依具體任務也可能存在交叉。
1、新構型靈巧機器人
面向航空制造的新構型靈巧機器人主要包括柔性關節機器人和并聯運動機器人，它們最大的特征就在于不同于傳統工業機器人的構型，以獲得更大的運動自由度。
柔性關節也被稱為“蛇形臂”，一般可以驅動30倍于直徑的臂長，其挑戰在于如何輸送能量，以及在緊湊的結構中實現高動力輸出。就像胳膊中筋把肌肉連接到骨關節一樣，蛇形臂采用不銹鋼線纜連接機器人的各個關節，將機器人基座內多達50個無刷換向直流電機的機械動力輸送進蛇形臂，在產生足夠扭矩的同時讓每個關節可以獨立旋轉90度角。
展開 