[發明專利]一種飛機金屬整體結構制造方法

有效

• 申請號: 201110041275.6
• 申請日: 2011-02-17
• 公開（公告）號: CN102133698A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 楊健
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

技術領域

本發明屬于航空制造領域，涉及一種對飛機金屬整體結構進行制造的方法。

背景技術

現代飛機對使用性能、可靠性和安全性的要求越來越高，為此，采用金屬整體結構成為一種趨勢，尤其是大型飛機，金屬整體結構對提高飛機壽命、減輕結構重量、提高飛機可靠性等具有顯著效益。

對于金屬整體結構，目前主要有以下兩種技術途徑：一是傳統鍛造技術，對于金屬整體結構，采用傳統鍛造技術對原材料、鍛造設備等要求高，即要求原材料規格大，鍛造設備具有足夠的打擊能力，同時厚大截面鍛件的鍛造工藝和熱處理工藝實施與控制復雜，且后續機械加工量非常大，導致材料利用率非常低(10％)，機械加工去除的材料無法再作為航空材料回收使用。從以上各方面考慮，對于平整的結構采用該技術經濟性較好，而將平整部分和局部突出部分都采用該技術制造則沒有優勢且經濟性差。另外，如果缺乏大規格材料，需要投入大量經費進行研制和投入設備，研制時間很長，無法及時滿足飛機生產需要，即使研制成功，由于規格的增大，導致材料出現內部缺陷的幾率必將增大，同時大規格材料由于變形抗力增大，容易出現變形不充分、組織不均勻等問題，導致性能低于小規格材料；如果鍛造設備噸位不足，還需要引進或改造設備，同樣需要投入大量經費和時間，不利于生產。二是激光快速成形技術，該技術采用激光熔覆的方法將粉材按照結構特征進行堆積，獲得近形體。其優點在于激光設備只需一次投入，對于金屬結構成形無需大規格原材料及專用工模具；該技術的缺點在于以激光束作為熱源，通過快速加熱和冷卻的極端非平衡條件下才能獲得致密組織與優異性能，由于激光光斑尺寸有限，所以要求粉材同步送入量不能太大，進而導致成形速率慢，對于大體積平整結構成形需要堆積的時間非常長，不利于發揮該技術的優勢。因此，對于具有大體積平整部分和局部突出部分的金屬整體結構利用上述兩種技術進行組合制造非常適用，即能夠確保金屬整體結構的一體化制造，同時滿足飛機的性能要求。

發明內容

本發明的目的：本普通發明的目的是提出一種組合制造方法，它可以克服傳統制造技術的弊端，彌補大規格原材料及大噸位鍛造設備的不足，提高材料利用率，縮短加工周期，降低飛機金屬整體結構的制造成本，同時滿足飛機設計要求。

本發明的技術方案：

一種飛機金屬整體結構制造方法，包括以下步驟：

1)根據金屬整體結構形式，將金屬整體結構劃分為平整部分及突出部分；

2)選取合適規格的棒材，對棒材進行自由鍛造，獲得平整部分；

3)對平整部分進行粗加工，獲得可實施激光快速成形的基體表面；

4)采用激光快速成形工藝，在平整部分基體表面上對與棒材同牌號的粉材進行熔覆堆積，獲得金屬整體結構上突出部分的近形體；

5)按零件圖紙對金屬整體結構進行機械加工，去除平整部分及突出部分的多余材料；

6)對已經成型的金屬整體結構進行熱處理和表面處理。

本發明的優點：1)高柔性，自由鍛造不需模具，激光成形不需工夾具，不受大規格原材料及大型鍛鑄設備限制，制造實現數字化、智能化和無紙化；2)精密性，適用于成形大型/空腔(心)/薄壁類結構零件，能夠實現產品近凈成形；3)高品質，高能激光的快速溶化和凝固可獲得致密組織和良好的綜合性能；4)低成本，材料利用率高，后續機械加工量小，從原材料到零件的整個制造周期短。

附圖說明：

圖1是自由鍛造方法加工某飛機典型結構的示意圖；

圖2是本方法加工某飛機典型結構的示意圖。

具體實施方式：下面對本普通發明做進一步詳細說明。圖1是一種飛機典型結構(零件總厚度300mm，其中單邊突出部分高度與中間平整部分高度各為100mm)，如果單純采用常規自由鍛造工藝，需要鍛造圖2所示長方體所包容的實體部分，對于這樣一個大厚度截面的鍛件，存在以下問題：一是對原材料規格需要增大；二是需要的鍛造設備噸位增大，且鍛件厚度大，需要的鍛造火次多，容易出現變形不充分和組織不均勻，無法保證鍛件性能；三是鍛造完成后需要進行大量的機械加工，去除多余材料。從以上看，采用常規鍛造技術制造該整體結構，不僅對原材料、設備要求高，且鍛造和后續加工周期長，費用昂貴，尤其對于稀有金屬。

采用本發明提出的制造方法，主要步驟如下：

1)根據金屬整體結構形式，將金屬整體結構劃分為平整部分及突出部分；

2)選取合適規格的棒材，對棒材進行自由鍛造，獲得平整部分，也即圖3所示長方體所包容的實體部分；棒材可以根據不同金屬結構的需求選擇不同規格的棒材。