飞机装配所用钛合金材料制孔技术的研究

航空发动机钛合金筒体加工工艺研究作者：刘晓哲来源：《科技创新与应用》2017年第35期摘要：筒体是发动机上的重要零件，结构复杂，尺寸精度及形位公差要求高。

由于用TC6钛合金材料制成，切削性能较差，其质量直接影响组件的强度及密封性。

文章对钛合金筒体的结构特点、材料特点、工艺特点等进行深入分析，从加工方法的选择、刀具选择、定位装夹等方面介绍了钛合金筒体加工工艺，为同类零件的加工提供参考。

关键词：钛合金筒体；内孔；密封槽中图分类号：V263 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0071-021 概述作动筒主要由筒体、活塞杆组成，在航空发动机上的主要功能是通过活塞杆在筒体内的直线往复运动，将液压能转换成机械能，推动加力燃烧室的调节环移动。

其中作动筒筒体的加工精度对整个组件的运动灵活性和工作可靠性有着直接影响。

因此如何提高作动筒筒体的加工质量是关系到发动机工作可靠性的关键之一。

文中针对航空发动机钛合金作动筒筒体（如图1）的加工工艺进行了梳理和总结。

2 钛合金作动筒筒体工艺分析2.1 材料分析筒体是用TC6钛合金材料制成，钛合金材料由于导热性、塑性较低，弹性模量小等特点，切削性能较差；钛合金磨削时温度高，磨削力大，砂轮黏附现象严重，因此通常工艺上对钛合金材料不选择磨削的加工方法。

由于钛合金自身的切削性能特点，在加工方法的确定、刀具选择、切削参数的选取及切削液的使用方面要考虑很多因素，给工艺路线安排和加工都带来了一定的难度。

2.2 结构与精度分析如图1所示，此钛合金筒体从结构上属于整体结构，零件两端的外部各有一对接嘴，大端内孔部位壁厚较薄，属于薄壁结构，在加工中极易变形，影响加工精度。

2.2.1 内孔分析。

筒体内孔是作动筒的主要工作表面之一，它的尺寸精度、形状精度要求均比较高。

但由于零件属于薄壁件，最小壁厚2mm左右，内孔尺寸精度要求7级，表面粗糙度要求Ra0.20μm，对基准的跳动要求为0.03mm；且零件外部带有接嘴（如图1），这种结构对加工时的定位装夹提出了更高的要求。

产品与技术面向飞机装配自动制孔系统研究现状分析成都航空职业技术学院机电工程学院 唐 越 郑金辉 张 冒飞机结构件机械连接主要采用机械连接方式，机械连接处质量对整个飞机的使用寿命有重要影响。

面向飞机装配的自动制孔系统应用于航空制造工程中的飞机数字化装配中，可以极大提高装配质量和效率。

对国外EI公司和宝捷公司，以及国内北航、南航、成飞、沈飞和上海交大等高校和科研院所制造的典型制孔系统的特点进行介绍，对制孔系统关键技术和发展趋势进行简要介绍，为自动制孔系统的研究提供参考。

飞机结构件的连接是飞机装配中重要的一环，目前主要以机械连接为主，最常用的形式为铆钉连接和螺纹连接。

飞机上有多达数百万连接处，而75%～80%的机体疲劳破坏发生在机身连接处，可见连接质量对飞机整体质量影响之大。

飞机零部件具有大尺寸、高精度、形状复杂等特点，传统飞机装配中的制孔以手工制孔为主，受到人工作业水平的限制，制孔精度差、效率低，难以满足飞机装配质量和效率要求。

以工业机器人技术为基础，加装制孔末端执行器，配合高精度在线检测设备组成的自动制孔系统越来越多地应用到飞机装配中。

制孔系统不仅工作空间大，操作灵活，制孔精度高，且大大提高了装配效率，降低了人工操作强度，是今后飞机装配的发展方向之一。

1.面向飞机装配的自动制孔系统研究现状近年来，航空制造业竞争愈演愈烈，尤其是在大飞机的制造装配行业中。

以波音、空客为代表的航空制造企业越来越多地将自动化和数字化技术应用到了飞机制造和装配中，进一步提高了产品质量，降低了生产成本，缩短了制造装配时间，国外飞机装配已基本实现自动化和数字化。

对传统飞机装配生产线进行改造，增强国家制造业核心竞争力，自动制孔系统有较大的研究价值和良好的应用前景。

（1）国外研究现状早在2001年，美国EI公司与空客公司联合设计了一套工业机器人制孔系统ONCE（one-sided end effector），该系统主要应用于波音公司超级大黄蜂机翼后缘襟翼的钻孔及锪窝工作，如图1所示，该系统可加工直径范围3.73~9.525mm，孔位精度±1.5mm，锪孔深度精度可达0.0635mm，空间绝对定位精度±0.508mm，制孔精度可以达到H8。

飞机装配中自动制孔技术的应用与研究发布时间：2023-03-21T02:00:40.132Z 来源：《工程管理前沿》2023年1月1期作者：侯海龙[导读] 随着现代航空技术的发展与进步，用户对于飞机的安全性、舒适性、实用性等要求越来越高，如何高质量、高效率的准时性交付就成为了国内航空制造企业的核心竞争力。

与传统手工制孔工艺相比，自动制孔技术在飞机装配中的广泛应用已成必然趋势。

侯海龙（中航西安飞机工业集团股份有限公司，西安，710089）【摘要】随着现代航空技术的发展与进步，用户对于飞机的安全性、舒适性、实用性等要求越来越高，如何高质量、高效率的准时性交付就成为了国内航空制造企业的核心竞争力。

与传统手工制孔工艺相比，自动制孔技术在飞机装配中的广泛应用已成必然趋势。

为提高制孔工作效率和质量，本文重点介绍了半自动制孔和自动制孔技术众多高新科技与飞机制造行业的深度融合。

关键词：随着航空产品更新换代加速和对性能要求不断提升，飞机制造业对飞机装配技术提出了高质量、高效率、低成本的生产要求。

在航空产品的制造、装配过程中，机械连接是目前应用最广泛的连接方式[1]。

制孔质量的好坏则直接影响产品机械连接性能与服役寿命。

自动制孔技术是工艺机械化、自动化的需要，也是飞机自身性能提升的需要。

飞机自动钻铆技术是当今世界飞机自动化装配的先进技术之一，具有钻孔、铆接质量好，生产效率高，劳动条件好，操作者容易掌握等特点。

由于近年来机器人技术的迅猛发展，加之其投资降低、自动化程度高、工作性能稳定、可达性好等优势，在航空制造过程中正得到越来越多的应用。

以波音787、A340、A380、F-22、F-35等为代表的新型飞机，在其制造过程中大量采用机器人进行自动化装配及性能的检测与测试工作，从而极大地提高了飞机的生产效率和质量可靠性。

据国外统计资料表明，采用机器人对飞机部件进行钻孔加工，单台机器人每年可完成100万个紧固件的高质量制孔。

飞机装配中的先进制孔技术与装备探究随着航空航天事业的不断发展，飞机装配技术也在不断的更新和进步。

制孔技术作为飞机装配中的重要环节，对飞机的安全性和性能起着至关重要的作用。

本文将探讨飞机装配中的先进制孔技术与装备，以期更好地理解当今飞机装配领域的最新发展和趋势。

先进制孔技术是指在飞机装配中，采用先进的技术和装备来进行飞机零部件的孔洞加工。

随着飞机使用材料的不断更新和发展，传统的孔加工技术已经不能满足飞机装配的需要，先进制孔技术的出现为飞机装配提供了更加高效、精密和自动化的解决方案。

在这方面，先进的数控机床、激光加工设备、超声波加工设备等成为飞机制孔技术的主要装备。

数控机床是飞机制孔技术中不可或缺的一部分。

它能够根据预先输入的程序，自动完成零部件的孔洞加工，具有加工速度快、精度高、稳定性好的特点。

在飞机装配中，各种材料的孔洞加工都需要数控机床来完成。

为了适应飞机轻量化的趋势，新型的数控机床还在不断的研发和推广，以满足更高的加工精度和效率需求。

激光加工设备是另一种先进的制孔技术装备，它能够利用激光束对各种材料进行精密的加工，具有非接触加工、无切削力和热影响小等优点。

在飞机装配中，激光加工设备可以对各种复杂形状的孔洞进行加工，而且还可以实现多孔同时加工，提高了加工效率。

激光加工还可以用于对材料表面进行刻蚀处理，提高了零部件的耐腐蚀性和表面质量。

超声波加工设备是近年来出现的一种新型制孔技术装备。

它利用超声波的振动作用来进行材料的加工，具有加工速度快、加工力小、加工质量高等特点。

在飞机装配中，超声波加工常用于对复杂材料的孔洞加工，如碳纤维复合材料、钛合金等。

这些材料传统的孔加工技术往往难以胜任，而超声波加工设备则能够轻松应对，成为飞机装配中的重要装备之一。

除了以上提到的装备之外，飞机装配中的先进制孔技术还涉及到一系列的加工工艺和技术。

自动化加工线可以实现对零部件的连续加工，提高了生产效率。

先进的刀具技术和刀具涂层技术可以提高刀具的使用寿命和加工质量。

波音737飞机48段上不同夹层材料中高精度孔的加工摘要：在公司转包生产的波音737飞机48段项目中，有一些承受载荷较大的结构采用钛合金与铝合金材料结合使用的方式。

在这些结构上紧固件为高锁螺栓或螺栓，孔径精度高，加工难度大。

经过在波音737飞机48段项目上的应用，现已探索出一套此类孔较为成熟的加工方法。

本文论述了不同夹层材料（钛合金、铝合金）中高精度孔的加工方法，工艺参数及实际应用情况。

关键词：高精度孔、啄钻、夹层材料一、引言1．48段结构简介48段在飞机机身结构上处于尾部，因此也称尾段。

从机身1016站位到1156站位。

1016站位前与机身47段通过224个螺栓相连，1156站位后与尾锥通过托板螺母可拆卸连接（见图1）。

尾段总长（不含尾锥）140”（3556mm），尾段最大直径117”（2970mm）。

在1016站位压力加强框、1088站位加强框上装有垂尾固定接头，1156站位加强框上装有水平安定面中心段（得克萨斯星）转动交点及升降舵操纵机构交点。

2．1088站位框不同夹层材料高精度孔位处结构简介1088站位加强框为重要的承力隔框，主要承受垂尾载荷，垂尾大部分载荷通过后梁接头传递给整体框和破损安全框。

因此结构较为复杂，包括最大厚度大约0.75"钛合金垂尾接头在内的多层不同材料零件(最多达6层，最外侧为铝合金辅助缘条、内侧为钛合金垂尾接头，中间为整体框及破损安全框)。

结构上大量采用大直径高锁螺栓等紧固件，结构厚度大，孔径公差要求高，为0.001"(0.0254mm)，因此钻制这些高精度螺栓孔/高锁螺栓孔难度高、工作量大。

产品上共四组垂尾接头。

垂尾接头采用框前、后两个单独零件的分离结构，垂尾接头上总共56个紧固件，其中公称直径0.625"的紧固件8个，0.500"的紧固件16个，0.375"的紧固件孔32个。

由于承受很大载荷，因此紧固件与孔之间为小间隙紧公差配合。

先进航空钛合金材料研究进展摘要：钛及钛合金具有良好的综合性能，在航空航天、石油化工、生物医学、环境保护等领域的应用都很广泛，有较高的比强度，良好的耐腐蚀、耐高温等性能，在金属材料王国中被称为“全能金属”，是继铁、铝之后极具发展前景的“第三金属”和“战略金属”，作为高性能航空航天结构的关键材料，其性能对飞行器结构、质量、效率、服役可靠性和使用寿命都具有重要的作用。

基于此，文章对先进航空钛合金材料研究进展进行了分析，以供参考。

关键词：航空材料；钛合金；应用研究1钛合金材料的特点分析钛合金作为应用广泛的结构材料，比铝、钢强度高，而且在海水中有较好的抗腐蚀和耐低温的性能。

目前，飞机的机架、起落架、机身蒙皮以及发动机的叶片等制造材料的选择，主要来源于钛合金及其复合材料，基于钛合金的发展水平，可以作为判断先进水平检测的重要指标。

随着钛合金用量的不断增加，其应用也越来越广泛。

由于钛的无毒、质轻、耐腐蚀、强度高以及较好的生物相容性等特点，可以作为植入人体的植入物和手术机械等材料；鉴于其良好的结构弹性，可以用来减轻设备的质量，提高性能，增加寿命。

例如Ti6Al4V制造的榴弹炮座，质量降低了31%，采用钛合金代替轧制均质钢，在制造坦克其它部件的过程中，减重可达420kg以上。

钛合金在航海领域也有很好的发展前景，其耐蚀性、高比强度、无磁等特性使得其在发动机、螺旋桨、声纳系统等装置的应用极为广泛。

2航空钛合金材料的应用与研究2.1高温钛合金高温钛合金的发展为航空燃气轮机推重比的研究作出了巨大贡献。

美国科学家在1954年成功研发出使用高温达到350℃的α+β两相型高温钛合金，在航空领域得到了广泛的应用。

之后，在航空科技进一步发展的指引下，具有更高使用温度、更长使用寿命的高温钛合金被世界各国相继研究。

目前，英国的IMI834、美国的Ti-1100、俄罗斯的BT18Y和BT36等高温钛合金可稳定应用于600℃以上，在T55-712及Trent700等航空发动机上被成功应用[4]。

钛合金材料及其新技术在C919飞机上的应用引言：C919飞机作为中国自主研发的大飞机项目，其设计理念和技术水平在不断提升，其中钛合金材料的广泛应用是C919飞机成为世界一流大飞机的重要因素之一、本文将主要探讨钛合金材料及其新技术在C919飞机上的应用。

一、钛合金材料的特点钛合金是一种具有低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和耐高温性能的金属材料。

其具有优秀的比强度和比刚度，比重仅为4.5g/cm³左右，约为钢的一半。

此外，钛合金材料还有较高的熔点、良好的可焊性和机械加工性能等优点。

二、C919飞机上的钛合金材料应用1.结构件C919飞机利用钛合金制造部分机身结构件，如前压舱壁、机轮舱盖以及飞机尾翼等。

由于钛合金具有优异的强度和刚度，能够承受大气压力和飞行时的动力负荷，因此能够确保飞机的结构稳定性和安全性。

2.引擎部件C919飞机的发动机部件中，也广泛使用了钛合金材料。

钛合金由于抗高温性能好，可以用于制造发动机叶片、涡轮盘等关键部件，提高了发动机的工作效率和寿命，提升了飞机的整体性能。

3.内饰装饰件1.热成形技术C919飞机上采用了钛合金热成形技术，通过控制合金的变形温度和速率，实现了复杂形状的零部件制造。

这种技术能够提高零部件的加工效率和质量，降低成本，并且节约了材料。

2.焊接技术C919飞机钛合金的焊接技术也得到了大幅度提升。

传统的钛合金焊接存在焊接热裂纹和变形等问题，而新技术中采用了激光焊接和等离子焊接等先进方法，使焊接接头更加牢固，提高了结构的强度和可靠性。

3.三维打印技术随着三维打印技术的发展，C919飞机也在钛合金零部件制造中开始应用。

三维打印技术能够将设计数据直接转化为实体零件，减少了加工工序，提高了制造效率。

同时，三维打印技术还能够制造复杂形状的零部件，实现更好的结构优化和性能集成。

结论：钛合金材料及其新技术在C919飞机上的应用可以显著提升其性能和舒适度。

随着钛合金材料应用技术的不断创新和发展，C919飞机将继续在设计理念和技术水平上不断突破，成为国际市场竞争力强的大型客机。

钛合金材料在航空航天领域中的应用研究航空航天领域是一个极具挑战性的领域，要求材料具有高强度、高刚度、高耐腐蚀性和低密度等特性。

而钛合金材料正好满足这些要求，因此在航空航天领域得到了广泛应用。

本文将介绍钛合金材料在航空航天领域中的应用研究。

一、概述钛合金材料是指钛作为基本元素、加入其他合金元素制成的一类合金材料，具有优异的物理和化学性质。

钛合金材料已经得到了广泛应用，包括航空航天、医疗、运动器材、高档餐具等领域。

其中航空航天领域是钛合金材料非常重要的应用领域之一。

二、钛合金材料的应用1.航空发动机制造航空发动机是飞机的核心部件之一，具有高温、高压、高速等特点。

因此需要使用具有高强度、抗腐蚀性、高耐热性等特性的材料。

钛合金材料正好符合这些要求，可以被用于制造发动机的叶轮、轴承、进气道等重要部分。

2.航空器制造钛合金材料可以被用于制造飞机的机身、燃油箱、起落架等部分，这些部分需要具有高强度、抗腐蚀性和轻质化的特性。

使用钛合金材料制造这些部分可以减轻飞机的质量、提高飞机的飞行性能。

3.卫星制造卫星是航天探测器的一部分，需要具有较高的强度、轻质化和抗腐蚀性等特性。

钛合金材料可以被用于制造卫星的天线支架、电池支架、反推装置等部分，可以减轻卫星的总重量、提高卫星的信号传输能力。

4.宇航装备制造大型的宇航探测器需要具有强大的推力和稳定性，而这样的探测器需要使用具有高强度、耐热性、轻质化和抗腐蚀性等特性的材料。

因此，钛合金材料可以被用于制造宇航探测器的燃气轮机、传感器、反推装置等部分。

三、结论钛合金材料在航空航天领域中具有广泛应用，可以被用于制造飞机、卫星、宇航探测器等高端设备。

钛合金材料具有高强度、高刚度、高耐腐蚀性和低密度等特性，这些特性使得钛合金材料成为航空航天领域中不可缺少的材料之一。

除了航空航天领域外，钛合金材料还有其他广泛的应用领域，未来钛合金材料也将继续被广泛应用于各类高端材料制造中。

飞机装配制孔装备的探究与分析飞机结构件通常尺寸庞大，结构复杂，装配制孔很难在通用数控加工设备上进行，往往需要开发大型专用数控设备。

经过几十年的发展，国内外开发出了多种专用制孔设备。

1.手工制孔。

手工制孔即工人通过手持工具完成制孔加工。

通常采用的制孔工具包括气钻、手电钻等，其中以气钻使用居多。

手工制孔对加工设备依赖性低，对工件的适应性强，有一定灵活性，是飞机装配中最为原始的制孔方法。

但由于其存在生产效率低，加工质量不稳定，操作者劳动强度大等缺点，已不能满足现代飞机装配的制孔需求。

2.半自动制孔。

半自动制孔是指采用带有自动进给功能的手持工具完成的制孔。

由于手工制孔方法存在很多不足，一些公司改进了手持气动工具，集成了自动进给机构与定位固定工装，实现了飞机结构件装配的半自动化制孔。

自动进给制孔工具需要配合专用工装夹具使用，制孔前在对应部位安装自动进给钻的工装（如钻模板等），再通过人工将自动进给钻与其对接，一个孔加工好之后人工移动自动进给钻到另一个位置。

和手工制孔相比，半自动制孔加工过程中不再需要人手把持，切削力和制孔工具自重由工装承受，加工过程更加平稳，制孔质量提高，一致性更好，劳动强度降低。

采用自动进给钻的半自动制孔技术在国内外飞机装配中，尤其是大直径孔加工中获得了较多应用，是当前的主要制孔方法之一。

瑞典NOVATOR公司开发了螺旋铣孔自动进给制孔工具，其操作方法与传统自动进给钻基本相同。

NOVATOR公司开发的螺旋铣孔设备已经被波音公司批量采购，用于波音787飞机的生产中，并取得了良好的加工效果。

与传统自动进给钻相比，采用螺旋铣孔原理的自动进给制孔设备对大直径孔的加工能力更强，无需“钻—扩—铰”的复杂工艺，一次加工即可达到精度与质量要求，生产效率更高。

半自动制孔方式自动化程度低限制了生产效率；但由于这种制孔装置相对简单、成本低、技术成熟，在今后相当长的时间内仍将是飞机装配中有推广应用价值的重要制孔方法。