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大飞机工程师谈创新丨从图纸到飞机,工艺和工艺员发挥怎样的作用?

大飞机工程师谈创新丨从图纸到飞机,工艺和工艺员发挥怎样的作用? 大飞机
2021-08-17
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设计可以丰富多彩,也可以高大上,但是,非常美好的设计,是否能够制造得出来,这是相当现实的问题。比如,你可以画出一个实心圆球,在里面你也可以画出很多弯弯曲曲的通道,但是,从工艺上能够做出来,而且必须要符合工程图纸,又如何进行测量?这是非常困难的,可能吗?


工艺和工艺员的任务就是要按照图纸,怎样施工,才能够制造出产品,而且要确保制造出来的产品,完全符合设计工程图纸的要求,这是一份责任,更是一项高超的技能。在研制运10飞机时,上海有关部门就制造成功了钛合金带尖的叶片,达到了当时的国际水平,这就是高超的工艺技术水平,但由于后来运10飞机的下马,这项工艺技术也就失传了。



飞机是综合性的系统工程,集高精尖技术。飞机的设计,应该要满足各个方面的要求,其中最主要的就是确保飞机的性能、安全可靠性、工艺性和维护性等方面。而飞机结构的工艺性,则又是飞机设计质量最重要的指标之一。


飞机结构的工艺性是指所设计的产品所具有的基本属性,这一基本属性,在特定产量和生产条件下,能以尽可能低的成本和短的周期制造出来,形成大批量生产,同时又要必须符合使用性和确保飞机的质量。因此,在飞机的技术设计阶段,就应该着重解决各部件结构工艺方面的问题。


首先必须要合理确定设计和工艺分离面,包括分离面的部位、数量、刚度以及装配单元的完整性和系统分离面、结构分离面的一致性。设计应给出足够多的设计分离面和工艺分离面,以满足最高年产量需要的平行作业,改善装配条件。结构设计分离面和工艺分离面对结构重量都有着重大的影响。在结构设计方案中,应综合地确定设计分离面和工艺分离面。例如部件合理地划分为壁板,可改善装配工作中的劳动条件,便于使用自动化铆接。飞机部件结构壁板化的程度是工艺性最重要的指标之一。


其次是提高部件骨架结构布置的工艺性。飞机各部件骨架结构布置,包括梁、长桁、翼肋或框的布置,对结构的工艺性也有很大影响。如机翼或尾翼为直母线外形部件,梁和长桁的轴线应尽量布置在等百分比弦线上,使梁和长桁的纵向外形为直线,这样可简化零件的加工或成形,并易于保证外形的准确度。翼肋轴线应垂直于前梁或后梁轴线,这样可以简化型架的设计和安装。翼肋的腹板平面应垂直于翼弦平面,翼肋弯边应朝向翼根,使翼肋弯边角为钝角,这既有利于零件成形、也便于装配操作和型架的安装。机身的梁和长桁布置应为单曲度,即梁和长桁轴线在综合剖面图上应为射线,使梁和长桁在一个平面内弯曲。


再者是提高结构的整体性,采用整体壁板、整体隔框和翼肋。整体结构主要是在采用数控加工时,能够提高加工效率,同时准确度也大大提高。采用整体结构,零件的数量将显著减少,装配的工作量也相应地减少了很多。由于装配型架结构明显地简化,这样,产品制造的准确度和协调准确度也将显著地提高。更减轻了结构重量。但在设计时,必须要注意整体结构的形状和尺寸,因为在生产过程中,它将受到生产设备和条件等因素的限制。



另外,需要选用合理的连接方法,推荐使用不可拆卸的连接,因铆接的费用低,能用铆接的部位尽量用铆接。螺栓连接件的制造和安装费用比铆接高得多,且螺栓与孔的配合精度要求高,这样所需费用也高。在采用螺栓连接时,要尽量采用较低的配合精度。


同时要选用工艺性好的材料,随着对新飞机性能和结构效率要求的不断提高,新的高强度、低比重材料的不断出现,高强度铝合金、合金钢、钛合金和复合材料的用量在不断增加。因此,在选用材料时,确保满足结构强度要求的前提下,要尽量采用加工性能好的材料。


还要考虑到互换或替换性项目及其技术要求,是否合理,是否可行,是否适应现行的技术基础。更应该考虑在工艺上需要用到的工装支撑点和吊点的位置,并需在图样上进行标识。在飞机的详细设计阶段,要着重解决结构细节中的工艺性问题。要尽可能地采用标准化,规格化的零件和元件,因为这些零件已经经过了生产和使用的考验,除了它们具有稳定的质量外,成本也比较低。要尽可能使设计基准和工艺基准统一。尺寸标注要符合加工工艺要求,使制造时减少尺寸换算和误差积累。要确保零件和尺寸等参数规格化,因为飞机结构内部有很多小零件,如连接角片、角材等,数量很多。但其功能、形状却很类似,这些零件就应该规格化,这样会大量减少零件品种,降低成本。同时,结构的构型和尺寸也要规格化,如长桁缺口、减轻孔、加强筋、圆角半径等,这样就可以减少模具和刀具的品种和数量。要适当地采用补偿件,在具体结构设计中采用设计补偿,如垫片补偿、间隙补偿、球面补偿、螺纹补偿、偏心补偿、重叠补偿等等,以减少装配中的修配工作量,有利于提高装配的准确度和生产效率。有关设计所标注的公差、配合精度、表面粗糙度和技术要求等要求,因为直接影响到制造成本,必须要按客观情况,科学确定。要限制所用原材料、标准件牌号及其规格种类,因为过多的品牌和规格种类必将给生产、供应、使用等方面带来诸多不便。有些新材料、新工艺和新技术等,必须要经过试验并鉴定合格后方可使用,同时要具有相应的工艺标准或生产说明书。



设计和制造是一个整体,应该综合一体化考量。设计是源头,优良的设计,就会有优良的工艺性,便于施工,就能够快速生产出满足客户需求的产品,才有市场的竞争力。上述内容,都是衡量飞机工艺性的先决条件,也是一个称职的工艺员所必须具备的基本素养;因此在飞机的设计过程中,工艺员就应该介入相关的设计工作之中。




编辑丨许淼


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