
飛機蒙皮是決定飛機疲勞壽命主承載的鈑金件,占機身面積的80%,整機重量的21%。金屬大型蒙皮在保證結構強度和光滑耐腐蝕的安全性條件下,追求極薄壁厚,以提升飛行器的有效載荷,提高飛行器的運營經濟性。
蒙皮尺寸大(C919機身蒙皮尺寸達6米×2米)、厚度?。ㄗ钚”诤?.2mm)、形面不貼模(貼模間隙大于1mm)的弱剛性易變形不規(guī)則特點,導致其壁厚精度(±0.1mm)、孔位置精度±0.3mm和銑邊精度(±0.5mm)難以控制,是國際公認的制造技術難題。
在傳統航空制造業(yè)中,蒙皮零件的加工主要采用上世紀50年代發(fā)明的化學腐蝕銑工藝,化銑工藝精度低、污染重、能耗高,且無法加工高性能材料和矯正成形壁厚精度,阻礙了新技術在航空航天飛行器上的應用,蒙皮加工已成為提升飛行器制造水平的瓶頸工藝。
上世紀90年代,國內外有嘗試采用“五軸龍門機床+真空吸附工裝”的機械加工方案生產。該技術依賴真空吸附模胎,適應范圍狹窄,無法加工雙面蒙皮,大尺寸、雙曲面蒙皮難以有效吸附,無法采用高速加工策略,效率低下;加工過程中容易出現厚度失控和脫模失穩(wěn)的情況,壁厚波動達0.1~0.5mm,需要大量人工打磨拋光;每種蒙皮均需研制相應模胎,每架大飛機多達200余張形狀各異的蒙皮,需要投入大量模胎,并進行頻繁更換,投入成本高,且隨著飛機機型的不斷改進,原有模胎無法適應新蒙皮,成為廢鐵,需要繼續(xù)追加投入。范圍窄、效率低、精度不穩(wěn)定、投入大、轉型難導致該技術路線先后被國內外主機生產廠商所摒棄。
圖 化學銑削
圖 真空吸附+五軸機械銑削
圖 局部不貼模3mm以上
雙五軸鏡像銑技術是航空蒙皮加工的最新一代技術,具有加工效率更高、加工質量更優(yōu)、綜合應用成本更低、智能化程度更高的特點。鏡像銑裝備通過掃描補償和銑切壁厚質量閉環(huán)控制等技術,實現了蒙皮零件的一次裝夾完成雙面減薄銑切、裝配孔、開窗和銑邊等多道工序,全流程數字化加工。
國際上僅法國Dufieux公司(13501282025)和西班牙M.Torres公司(13522079385)擁有鏡像銑產品;
其中,法國Dufieux公司的鏡像銑產品優(yōu)越性已被空客公司使用驗證,目前空客公司已經大規(guī)模使用鏡像銑工藝并逐步淘汰化銑工藝,所有空客前機身和客艙部分100%采用鏡像銑生產,但進口價格昂貴,單臺價格高達1億元。
西班牙M.Torres公司蒙皮銑削設備只能在線裝夾蒙皮零件,在裝夾上消耗的時間是加工過程的數倍,同時為了避免排架和蒙皮鏡像銑機床后面的頂撐裝置發(fā)生干涉碰撞,必須將整張蒙皮分區(qū)域分工步加工,在機裝夾和分步加工制約了整體的生產效率。
上海拓璞(15910974236)經過多年自主研發(fā),突破了航空航天大型曲面蒙皮/箱底的雙五軸鏡像銑削技術,成為國內唯一自主掌握鏡像銑技術的企業(yè),上海拓璞新一代鏡像銑產品加工速度能夠達到F15000mm/min以上,全區(qū)域整體加工,切寬10~18mm,銑切厚度一次到位,典型蒙皮大件加工時間可從五軸機械銑的30小時縮短到3小時以內,多臺組線全流程僅需1名人員,效率達到國際一線水平,售價僅國外品牌一半,具有顯著的效率和成本優(yōu)勢,綜合使用成本優(yōu)于傳統化銑和五軸機械銑削;
鏡像銑技術是新一代的柔性加工技術,具有柔性化裝夾和自適應加工的特點,能夠適應雙曲蒙皮、雙面蒙皮等不同類型不同特征蒙皮加工需求,一臺鏡像銑設備能夠加工行程范圍內的不同類型蒙皮,無需額外工裝投入,迅速適應飛機機型改進轉型需求,實現了飛行器產品原型設計的快速研發(fā)和批量生產轉換。
圖 鏡像削削
圖 6000*2000*1.2mm鏡像銑蒙皮
鏡像銑裝備生產蒙皮的95%壁厚精度±0.03mm,整體壁厚精度±0.08mm,銑邊精度±0.5mm,制孔位置精度±0.3mm,表面粗糙度Ra0.08~0.6um,重量公差±0.5%,質量穩(wěn)定可靠。
采用鏡像銑技術生產的火箭燃料貯箱箱底,較傳統五軸瓜瓣銑箱底方案,強度提升200%以上,極大提升了蒙皮類薄壁零件的加工品質和性能,新型火箭燃料貯箱箱底生產均采用鏡像銑技術與裝備。
突破了C919鋁鋰合金蒙皮難以化銑的重大工藝攻關難題,全面達到了質量要求,解決了軍機S形雙面蒙皮雙面輪廓精度配準的難題,正反雙面輪廓形狀及位置精度全面達到要求,鏡像銑試件的疲勞壽命是化銑試件的2倍,已實現批量加工和裝機應用,并加工了9m×2m的超大型蒙皮,實現了飛機蒙皮數字化產線批量生產,推動了我國飛機蒙皮加工技術的升級換代。
鏡像銑技術與裝備已廣泛投產應用于國產大飛機、探月工程等多個國家級重點項目中,穩(wěn)定量產多種型號的飛機、火箭蒙皮。鏡像銑技術與裝備助力強大祖國的航空航天事業(yè)從高空向深空進發(fā),達到更高更快更強的目標。