专利名称：一种飞机金属整体结构制造方法
技术领域：
本发明属于航空制造领域，涉及一种对飞机金属整体结构进行制造的方法。
背景技术：
现代飞机对使用性能、可靠性和安全性的要求越来越高，为此，采用金属整体结构 成为一种趋势，尤其是大型飞机，金属整体结构对提高飞机寿命、减轻结构重量、提高飞机 可靠性等具有显著效益。对于金属整体结构，目前主要有以下两种技术途径一是传统锻造技术，对于金属 整体结构，采用传统锻造技术对原材料、锻造设备等要求高，即要求原材料规格大，锻造设 备具有足够的打击能力，同时厚大截面锻件的锻造工艺和热处理工艺实施与控制复杂，且 后续机械加工量非常大，导致材料利用率非常低(10% )，机械加工去除的材料无法再作为 航空材料回收使用。从以上各方面考虑，对于平整的结构采用该技术经济性较好，而将平整 部分和局部突出部分都采用该技术制造则没有优势且经济性差。另外，如果缺乏大规格材 料，需要投入大量经费进行研制和投入设备，研制时间很长，无法及时满足飞机生产需要， 即使研制成功，由于规格的增大，导致材料出现内部缺陷的几率必将增大，同时大规格材料 由于变形抗力增大，容易出现变形不充分、组织不均勻等问题，导致性能低于小规格材料; 如果锻造设备吨位不足，还需要引进或改造设备，同样需要投入大量经费和时间，不利于生 产。二是激光快速成形技术，该技术采用激光熔覆的方法将粉材按照结构特征进行堆积，获 得近形体。其优点在于激光设备只需一次投入，对于金属结构成形无需大规格原材料及专 用工模具；该技术的缺点在于以激光束作为热源，通过快速加热和冷却的极端非平衡条件 下才能获得致密组织与优异性能，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，进而导致成形速率慢，对于大体积平整结构成形需要堆积的时间非常长，不利于发挥 该技术的优势。因此，对于具有大体积平整部分和局部突出部分的金属整体结构利用上述 两种技术进行组合制造非常适用，即能够确保金属整体结构的一体化制造，同时满足飞机 的性能要求。
发明内容
本发明的目的本普通发明的目的是提出一种组合制造方法，它可以克服传统制 造技术的弊端，弥补大规格原材料及大吨位锻造设备的不足，提高材料利用率，缩短加工周 期，降低飞机金属整体结构的制造成本，同时满足飞机设计要求。本发明的技术方案一种飞机金属整体结构制造方法，包括以下步骤1)根据金属整体结构形式，将金属整体结构划分为平整部分及突出部分；2)选取合适规格的棒材，对棒材进行自由锻造，获得平整部分；3)对平整部分进行粗加工，获得可实施激光快速成形的基体表面；4)采用激光快速成形工艺，在平整部分基体表面上对与棒材同牌号的粉材进行熔覆堆积，获得金属整体结构上突出部分的近形体；5)按零件图纸对金属整体结构进行机械加工，去除平整部分及突出部分的多余材 料；6)对已经成型的金属整体结构进行热处理和表面处理。本发明的优点1)高柔性，自由锻造不需模具，激光成形不需工夹具，不受大规格 原材料及大型锻铸设备限制，制造实现数字化、智能化和无纸化；2)精密性，适用于成形大 型/空腔(心)/薄壁类结构零件，能够实现产品近净成形；3)高品质，高能激光的快速溶化 和凝固可获得致密组织和良好的综合性能；4)低成本，材料利用率高，后续机械加工量小， 从原材料到零件的整个制造周期短。
图1是自由锻造方法加工某飞机典型结构的示意图；图2是本方法加工某飞机典型结构的示意图。
具体实施例方式下面对本普通发明做进一步详细说明。图1是一种飞机典型结构 (零件总厚度300mm，其中单边突出部分高度与中间平整部分高度各为100mm)，如果单纯采 用常规自由锻造工艺，需要锻造图2所示长方体所包容的实体部分，对于这样一个大厚度 截面的锻件，存在以下问题一是对原材料规格需要增大；二是需要的锻造设备吨位增大， 且锻件厚度大，需要的锻造火次多，容易出现变形不充分和组织不均勻，无法保证锻件性 能；三是锻造完成后需要进行大量的机械加工，去除多余材料。从以上看，采用常规锻造技 术制造该整体结构，不仅对原材料、设备要求高，且锻造和后续加工周期长，费用昂贵，尤其 对于稀有金属。采用本发明提出的制造方法，主要步骤如下1)根据金属整体结构形式，将金属整体结构划分为平整部分及突出部分；2)选取合适规格的棒材，对棒材进行自由锻造，获得平整部分，也即图3所示长方 体所包容的实体部分；棒材可以根据不同金属结构的需求选择不同规格的棒材。3)对自由锻件进行粗加工，获得可实施激光快速成形的基体表面；4)采用激光快速成形工艺制造图4所示上下突出部分，具体通过激光熔覆的方法 将粉末材料逐层堆积，获得近形体；5)按零件图纸进行机械加工，去除两部分的多余材料；6)按零件图纸要求进行后续处理。由此可见，与常规自由锻造方法相比，采用本方法对图1所示某飞机典型结构进 行加工，仅需IOOmm厚度棒材，而采用自由锻造方法，则需要300mm棒材，因此采用本方法可 以节约70%以上的材料。
权利要求
1. 一种飞机金属整体结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤1)根据金属整体结构形式，将金属整体结构划分为平整部分及突出部分；2)选取合适规格的棒材，对棒材进行自由锻造，获得平整部分；3)对平整部分进行粗加工，获得可实施激光快速成形的基体表面；4)采用激光快速成形工艺，在平整部分基体表面上对与棒材同牌号的粉材进行熔覆堆 积，获得金属整体结构上突出部分的近形体；5)按零件图纸对金属整体结构进行机械加工，去除平整部分及突出部分的多余材料；6)对已经成型的金属整体结构进行热处理和表面处理。
全文摘要
本发明属于航空制造领域，涉及一种对飞机金属整体结构进行制造的方法。本方法对金属整体结构平整部分先采用自由锻造的方法进行加工，对于凸出部分，采用激光熔覆的方法进行堆积。本发明具有高柔性，自由锻造不需模具，激光成形不需工夹具，不受大规格原材料及大型锻铸设备限制，制造实现数字化、智能化和无纸化；本发明还具有精密性，适用于成形大型/空腔(心)/薄壁类结构零件，能够实现产品近净成形；本发明具有高品质，高能激光的快速溶化和凝固可获得致密组织和良好的综合性能；此外，本发明能够降低成本，材料利用率高，后续机械加工量小，从原材料到零件的整个制造周期短。
文档编号B23P15/00GK102133698SQ20111004127
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月17日 优先权日2011年2月17日
发明者杨健 申请人:中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所