王遗明 开题报告.docx

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王遗明开题报告

中北大学

毕业设计开题报告

学生姓名：

王遗明

学号：

1001034241

学院：

机电工程学院

专业：

飞行器制造工程

设计（论文）题目：

飞机钣金件快速精确加工关键技术分析

指导教师:

卢利权

2014年3月9日

毕业论文开题报告

1．结合毕业论文课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

一、本课题研究内容概述与意义

应用在飞机等飞行器材上的钣金零件一般称之为飞机钣金件。

飞机钣金零件具有尺寸大、厚度薄、刚度小、形状复杂、精度要求高的特点，对板材质量的要求也很严格。

其显著特点是大型化、集成化和轻量化，主要包括板类零件和回转类零件，板类零件主要是蒙皮、壁板以及一些多层结构，用来达到保证飞机的气动性能和降低重量的目的。

回转类零件主要是发动机机匣、导管等。

航空钣金结构零件对于提高飞机和发动机性能发挥了重要的作用，其制造技术强烈依赖于航空钣金装备的研发水平，航空钣金装备为钣金成形技术的实现提供了平台，同时，航空钣金新工艺、新技术也促进了装备的发展[1].据统计，一架飞机上，钣金零件的数量达六万多件，制造工时全机总工时的12%左右。

[2]

飞机钣金工艺一架飞机的钣金零件虽然很多，但同种零件的数量却很少，而且材料品种较多。

典型的飞机钣金零件有蒙皮、隔框、壁板、翼肋、导管等[3]。

飞机钣金工艺在制造成产飞机钣金件中具有主导地位。

是使飞机能同时获得高结构效率和优良性能的基础制造技术之一。

目前，国内钣金技术落后，设备陈旧，和先进国家相比有较大差距，不能适应我国航空工业的总体发展，应予以足够重视。

统计资料表明，钣金零件约占飞机零件数量的50％，工艺装备数量约占65％，制造工作量约飞占20％。

钣金工艺是机械制造业的传统技术，是飞机制造工程的支柱工艺之一。

机整体壁板的采用，发展了喷丸成形。

飞机整体组合构件的出现，产生了钛、铝合金超塑成形技术。

大型镜面蒙皮在民用飞机的广泛使用，提出了钣金零件表面完整性要求。

飞机是参与市场竞争的高技术产品，民用飞机尤为突出。

一种飞机的性能、成本、研制周期是提高市场竞争力的三个要素。

据悉，现代歼击机的寿命为8000小时，民用飞机高达6万小时。

就飞机的机体而言，表现在气动外形、结构效率和使用寿命。

机体大部分零件要借助钣金工艺来制造。

只有不断寻求新的钣金成形方法，研制先进的专用设备，才能适应品种、数量多，劳动量大的钣金零件生产，使新的设计构思付诸实现。

综上所述，飞机钣金工艺技术在航空工业中的地位不容轻视[4]。

飞机钣金工艺之所以有别于一般机械制造的钣金工艺，是由飞机的结构特点和生产方式所决定。

钣金零件构成飞机机体的框架和气动外形，零件尺寸大小不一，形状复杂，选材各异，产量不等，品种繁多。

大型飞机约3～5万项钣金零件，而其中的个别项目只有一两件。

零件有较复杂的外形，严格的重量控制和一定的使用寿命要求。

对成形后零件材料的机械性能有确定的指标，与其他行业的钣金零件相比技术要求高，加工难度大。

钣金零件加工以专用设备为主，钣金专用设备是飞机钣金工艺技术发展的标志和工艺技术预研成果的载体。

对零件成形质量有着决定性作用。

这些设备的研制周期长，技术含量大，投资巨额而社会需求少，设备利用率不高。

对非航空产品加工也有相当的适应能力。

国内开发和研制此类设备的安排尚不落实。

目前，飞机工厂钣金专用设备陈旧，工艺技术落后，远不能适应航空产品的发展需要。

飞机钣金零件使用的工装品种多，协调关系复杂，工装制造周期长。

由于钣金零件的刚度小，加工过程变形大，只有使用足够数量的配工装才能满足设计技术要求。

相关工装间的几何信息传递环节多，积累误差大，协调困难。

因此，钣金零件的工装设备成为缩短飞机生产准备周期的重要环节。

为了达到零件设计的各项技术要求，与机械制造其他钣金工艺相比，飞机钣金零件的工艺过程复杂，控制严格。

零件外形、尺寸准确度、边缘状况、表面完整性、成形过程材料的组织结构、力学性能变化等都必需采用相应的工艺措施和动态的检测手段，以满足零件的设计技术条件。

钣金工艺的发展取决于飞机结构的改进、新型材料应用和工艺技术自身的进步。

军用飞机不断提高的战术技术指标，民用飞机安全、长寿、舒适和市场需求；比重小、刚度大、强度高、耐腐蚀材料的使用；钣金工艺和其他加工工艺的相互补充、渗透；加之航空钣金工艺汇集的大量实践经验；各种学科的科学知识和专门技术的采用；将使飞机钣金工艺发展成一门综合性应用技术[5]。

在航天飞行器领域中，液体火箭发动机推力室成形以及产品连接、导管制造中，钣金件起到了关键作用。

航天产品钣金件与普通钣金件相比具有品种多、外形复杂、光洁度高、公差要求严等特点。

而钣金件成型之前．首先要解决的是钣金件的外形展开加工。

钣金件外形展开加工通常采用以下方法：

画线铣削、线切割、等离子切割、氧乙炔火焰切割、模具冲压、高压水切割和CO2激光切割。

每种切割下料方法都有其优缺点。

精度、速度和成本均不同。

在工业生产中都有一定的适用范围[6]。

其中CO2激光切割技术是用聚焦镜将CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化，同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料，并使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动，从而形成一定形状的切缝。

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。

脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。

现代的激光成了人们所幻想追求的“削铁如泥”的“宝剑”。

CO2激光切割技术的明显优点是：

切割质量好、切割速度快、清洁、安全、无污染。

CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。

激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。

特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件，必须掌握和解决以下几项关键技术：

焦点位置控制技术；切割穿孔技术；喷嘴设计及气流控制技术；而水切割技术是指将普通的水经过多级增压后所产生的高能量（380MPa）水流，再通过一个极细的红宝石喷嘴（Φ0.1-0.35mm），以每秒近千米的速度喷射切割，这种切割方式称为超高压水切割。

水切割的用途主要有三个，一是切割非可燃性材料，如大理石、磁砖、玻璃、水泥制品等材料，这是热切割无法加工的材料；二是切割可燃性材料，如钢板、塑料、布料、聚氨酯、木材、皮革、橡胶等，以往的热切割也可以加工这些材料，但容易产生燃烧区和毛刺，但水切割加工不会产生燃烧区和毛刺，被切割材料的物理、机械性能不发生改变，这也是水切割的一大优点；三是切割易燃易爆材料，如弹药和易燃易爆环境内的切割，这是其它加工方法无法取代的。

但一般情况下，能够利用激光、等离子、火焰、线切割、锯、铣削等加工方法基本满足加工工艺要求时，则不宜采用水切割加工，毕竟水切割的运行成本较高，喷嘴、导流套、高压密封件都是进口的耗材，价格较贵。

水切割是一种万能的切割方式，但某些场合下的使用并不是最佳的，所以选择时要做具体分析[7]。

二、国内外飞机钣金技术现状与发展

随着航空工业的发展，钣金零件的大型化和整体化趋势愈来愈明显，大型化也是航空钣金装备发展趋势之一，而一些大型钣金装备也是欧美等国限制我国引进的机电产品，因此，大型航空钣金装备必须走自主开发之路。

航空钣金装备技术是一项重要的国防关键技术，是航空制造技术升级的重要基础，对于促进航空产品的升级换代，提高产品性能，缩短研制周期具有重要支撑作用。

国内航空钣金装备技术经过几十年的发展，其设计与制造水平有了长足的进步，形成了一套完整的体系，为航空工业关键零部件的生产提供了重要支撑，但我国钣金装备在计与制造方面仍与国外有较大差距，还不能完全满足航空工业发展的需求[8]。

目前，国内航空钣金装备以引进设备为主、国内研制为辅。

引进设备的性能稳定可靠，操作方便，故障少，且专业化程度高，呈系列化，基本可以满足国内航空钣金件的制造要求。

同时，随着国内设计方法和手段的进步以及整体制造水平和控制水平的提高，加之元器件采购的国际化及其系统开放性，并通过对引进机床的使用、消化与吸收，国内航空钣金装备的设计、制造以及性能水平均有了大幅度的提升，具备了各种航空钣金装备的研发能力和制造条件，具体体现在以下几个方面：

（1）随着对钣金成形理论研究的深入以及有限元技术的发展，设计方法和手段的不断完善，可以实现对主要承载部件的精确建模和有限元分析，使其结构布局以及结构的材料和应力分布更趋合理，提高了设备的可靠性。

（2）国内结构件（特别是大型结构件）的制造能力和加工精度显著提高，设备的整机精度也显著提高。

（3）国内外控制系统较为成熟，国外控制系统不仅针对用户需求开发了专用模块，而且具有良好的开放性，用户可以根据自己的设计要求进行二次开发，完全可以满足航空钣金装备的控制要求。

（4）航空钣金装备的驱动系统主要有液压驱动、机械驱动和电机直接驱动几种，这些驱动系统与其他装备行业相一致，其设计理论与方法、制造技术较为成熟。

特别是国内的液压系统的“跑、冒、滴、漏”现象基本解决，液压元器件质量大为提高，有些高品质元器件也可以通过国际化采购，伺服油缸的制造精度也大为提高，可以满足航空钣金设备的系统稳定性以及动/静态特性要求。

（5）国内航空钣金制造技术经过几十年的研究与探索，工艺方法与理论不断完善，特别是航空钣金数字化制造也取得了初步成果，积累了丰富的工艺经验与诀窍，为航空钣金装备的参数与结构优化、改造与改型奠定了坚实的基础[9]。

国内航空钣金装备技术的进步不仅强烈依赖于设计水平和制造水平的提高，而且与其专业化程度等诸多因素有关，与国外相比仍有不小的差距，国外航空钣金设备制造公司专业化程度高，有一支专业化的设计队伍，形成了一整套的设计、制造与调试体系；国内没有像通用压力机那样形成专业化的生产厂家，仅是个别研究院所针对航空钣金的需求开展了一些研制工作，研究和单位人员分散，工艺适应性较差，产品集成化程度较低，不利于航空钣金设备整体水平的提高；国内航空钣金设备水平受到一些关键部件的制约，如超塑成形设备和热成形设备的金属平台和陶瓷平台、喷丸成形设备的弹丸流量控制器以及大型构件的加工等[10]。

随着航空工业的发展，钣金零件的大型化和整体化趋势愈来愈明显，大型化也是航空钣金装备发展趋势之一，而一些大型钣金装备也是欧美等国限制我国引进的机电产品，因此，大型航空钣金装备必须走自主开发之路。

同时，国内航空钣金装备的研制与生产基本上根据用户要求而定，各单位甚至同一单位研制的设备没有形成系列，不同型号设备参数范围或相互重叠过多，或差距过大，没有形成合理的级差，不利于钣金设备整体水平的提高。

针对航空工业发展过程出现的新技术、新工艺以及新材料与新结构，一方面，要不断改进现有设备，以提高设备的加工能力，如通过在热成形设备上增加侧缸，可以实现一些空间钣金构件的成形；另一方面，要充分利用新技术与新工艺来促进新装备的研发，多点成形就是一个例证[11]。

大型板类三维曲面的成形通常要采用模具成形或手工制造方式来实现，模具成形时，一个产品的生产往往需要数十套甚至数百套模具，模具的设计制造与调试等需要投入大量的费用，而且生产准备周期很长。

尤其在小批量、多品种的大型板类件生产中，模具费用和生产周期的题更为突出。

有些小批量的大型板材制品不得不采用落后的手工成形方式。

为了解决这个问题，提出了多点成形概念，其基本思想是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体（或称冲头），在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成，这是一种能够迅速适应产品更新换代、自动化程度高、适应性广的新成形技术。

多点成形机正是为了适应多点成形技术而发展的先进制造设备，是以计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试（CAD/CAM/CAT）技术为主要手段的高技术集成系统[12]。

钣金设备涉及蒙皮拉形设备、喷丸成形设备、超塑成形设备、热成形设备、旋压成形设备、压弯成形设备以及管材成形与连接设备。

国内航空钣金装备经过40多年的发展，设计水平和制造水平明显提高，钣金设备的品种逐渐趋于完备，特别是随着国际化采购渠道的畅通，设计理念和方法的进步，国内个别的航空钣金设备基本接近国际水平，且具有良好的性价比，具备了参与国际竞争的能力与水平。

但从总体来看，国内航空钣金设备的技术水平无疑仍存在明显的差距，远不能满足航空工业发展的需要。

因而，为加速航空钣金装备技术的进步，需要设计、制造、工艺等各方协调一致，统筹高校、研究院所和企业各方资源，制定行业规划，建立专业的研发基地，这样必定会有利于航空钣金装备整体水平的提升[13]。

参考文献

【1】谢向利《航空制造技术》期刊2009年第一期中国航空科技集团

【2】总委会主编航空制造工程手册—飞机钣金分册航空工业出版社

【3】翟平飞机钣金成型原理与工艺西北大学出版社

【4】王海宇飞机钣金工艺学西北工业大学出版社

【5】北京航空制造工程研究所航空基础技术丛书航空工业出版社

【6】李钰马继升《火箭推进》期刊2005年04期

【7】尚文杰王忠振钣金件加工工艺中国机械出版社

【8】《航空材料学报》中航工业北京航空材料研究院、中国航空学会主办

【9】《航空精密制造技术》北京航空精密机械研究所

【10】翟平飞机钣金成型原理与工艺西北大学出版社

【11】中国锻压协会机械工业出版社

【12】申开智模具设计与制造化学工业出版社

【13】侯红亮国内航空钣金装备技术现状与发展中国航天科技集团

毕业论文开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一、本课题要研究的问题

以飞机钣金件为对象，对钣金件快速精确加工关键技术进行分析，完成激光加工系统设计，最后确定最佳的加工方案。

（1）飞机上的钣金零件总数虽然很多，但同种零件的数量却很少，而且材料品种较多。

大概可以分为板材零件、管材零件和型材零件三大类。

（2）了解飞机钣金零件，了解各种钣金零件的制作材料、实际用途、制造工艺和流程；分析零件尺寸，了解零件的加工精度，制造公差；了解零件的力学性能

（3）查找有关钣金件加工工艺的书籍，了解钣金件在加工过程中的特点。

和其他几种钣金件快速精确加工的方法，例如有高压水切割，模具冲压，以及激光切割等等。

（4）根据所选则的几种钣金件加工方法，分别对飞机钣金件进行加工。

最后对它们的加工适用范围，优缺点，技术特点进行比较

二、解决问题的手段

一、分析飞机钣金件尺寸，根据飞机板金件图纸进行钣金加工方法初步设计

二、查找有关钣金成形、机械制造工程原理、画法几何和激光加工技术、先进制造技术等相关资料，熟悉AutoCAD、SolidWorks绘图软件，进行快速精确加工关键技术分析

三、选择拉形工艺、激光加工等钣金件快速精确加工工艺方案对飞机钣金件进行加工设计

四、根据要求，完成激光加工系统设计

五、进行各种工艺方案的分析比较和钣金件快速精确加工关键技术分析和计算，总结出各方案的优缺点，选择最佳的加工方案

六、查找相关外文资料，并且进行翻译

毕业论文开题报告

指导教师意见：

指导教师：

年月日

所在学院审查意见：

负责人：

年月日