Технології авіаційної промисловості

Подальший інтенсивний розвиток технологій авіабудування пов’язаний зі створенням надзвукових літаків, пасажирських літаків нових поколінь, а також із застосуванням в авіабудуванні нержавіючих високоміцних сталей і титанових сплавів.

 Для технологічного  забезпечення виробництва ЛА  розроблені такі процеси, як  виготовлення деталей і моноблочних  елементів конструкцій на верстатах  із числовим програмним керуванням (ЧПУ); електрохімічна й електрофізична, електронно-променева й лазерна обробка поверхонь деталей. 
Розвиток технологій в 80-их р. визначався подальшим розширенням номенклатури виробів авіаційної техніки, підвищенням їхніх експлуатаційних характеристик.

У зв’язку зі збільшенням  розмірів літаків і вертольотів  зросло застосування монолітних великогабаритних деталей (нервюр, шпангоутів, балок, стінок), у тому числі довжиною до 30 м з  високоміцних алюмінієвих сплавів (панелей крила, поясів лонжеронів й  ін.). Усе в більшому обсязі застосовуються зварені й паяні конструкції, а також конструкції з деталями з полімерних композиційних матеріалів. [4]

3. СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЧНІ ПРОЦЕСИ АВІАБУДУВАННЯ

Для технологічного забезпечення, створення й серійного виробництва нової авіаційної техніки сучасна ТА має у своєму розпорядженні сукупність процесів, методів, способів і технічних засобів виготовлення різних видів заготівель, деталей, вузлів й агрегатів на всіх етапах виробництва від заготівельного до оздоблювальної обробки й зборки.

У заготівельному виробництві  застосовуються технології, що забезпечують виготовлення заготівель із високими й стабільними міцними властивостями, з мінімальними припусками на механічну обробку й мінімальною додатковою розмірною обробкою поверхонь.

В області технології лиття  це завдання вирішується шляхом освоєння технологічних процесів точного  сталевого й титанового лиття, у  тому числі лиття під тиском, у  вакуумі, що забезпечують підвищення міцності й щільності виливків, процесів для  одержання тонкостінних виливків, що працюють в умовах високих знакозмінних навантажень, лиття з використанням ефекту спрямованого затвердіння розплаву.

У ковальсько-штампувальному виробництві випуск точних заготівель із високоміцних сталей, титанових  й ін. сплавів забезпечується такими прогресивними процесами, як мало окислювальне і безокисне нагрівання, нагрівання із застосуванням захисно-мастильних покриттів, деформування на високошвидкісних молотах, деформування в ізотермічних умовах й умовах понад пластичності, холодне видавлювання, високошвидкісне штампування, гаряче деформування композиційних і порошкових матеріалів в умовах надвисокого гідростатичного тиску.

Для технології заготівельно-штампувального виробництва характерне одержання  складних деталей із важко деформованих матеріалів, впровадження процесів пластичного деформування замість процесів різання, а також зниження ручних доводочних робіт у результаті виготовлення деталей з аркушів, профільних матеріалів і труб.

Специфічні процеси механічної обробки деталей в авіабудуванні  включають: фрезерування монолітних панелей більших розмірів, фрезерування стільникових заповнювачів, виготовлення лопаток, валів і дисків газових турбін й ін. процеси. Механічна обробка здійснюється на спеціальному й спеціалізованому металорізальному встаткуванні, часто зі ЧПУ. Наприкінці 60-х рр. одержали поширення технологічні процеси розмірного хімічного травлення, електрохімічної й электрофизической обробки. Область їхнього застосування усе більше розширюється.

Розмірне хімічне травлення  застосовується для обробки великогабаритних листових деталей складного профілю (типу обшивань, панелей), для видалення  тонких шарів матеріалу з поверхні деталей з метою зменшення  їхньої маси й шорсткості й підвищення точності, для одержання клинових перетинів деталей.

Важливе місце в ТА займає термічна обробка металів. Специфічною для ТА є термообробка в захисних середовищах і із застосуванням висококонцентрованих джерел нагрівання, у тому числі швидкісна електротермічна обробка тонкостінних корпусних деталей з високоміцних сталей і титанових сплавів; несиметричних сталевих виробів з великою товщиною стінок; поверхонь деталей і вузлів, що працюють в умовах зношування. При виготовленні великогабаритних зварених конструкцій з титанових сплавів застосовується термообробка у вакуумі й аргоні, сполучена з термічним виправленням, з релаксацією пружних напружень. Технологія термообробки розвивається в напрямку вдосконалювання методів зміцнюючої обробки великогабаритних виробів, конструкцій з високоміцних матеріалів, створення принципово нових способів зміцнення, що забезпечують повну реалізацію міцних можливостей матеріалів.

Зміцнююча обробка в ТА необхідна при виготовленні великої номенклатури алюмінієвих, сталевих і титанових деталей, що працюють у широкому діапазоні навантажень і температур, а також для забезпечення надійної роботи контактуючих поверхонь рухливих і нерухомих з’єднань, у тому числі поверхонь наскрізних і глухих отворів. Використаються різні методи поверхневого пластичного деформування – пнемо-динамічний, ударно-барабанний, гідробеструйний, а також методи розкочування, обкатування, алмазного вигладжування, глибокого пластичного деформування. Удосконалювання зміцнюючої обробки спрямовано на підвищення продуктивності встаткування й поліпшення якості; одним з напрямків є застосування програмного керування процесами.

Зборка в загальній  трудомісткості виготовлення авіаційної техніки становить 40-50%. Задану точність і взаємозамінність складових частин ЛА забезпечують методи вв’язування  геометричних параметрів: еталонні, програмні. Висока якість зборки частин ЛА, що включають великогабаритні деталі, дає застосування їхньої попередньої комплектації. Точність стикування відсіків й агрегатів й їхня взаємозамінність гарантуються обробкою отворів і поверхонь рознімань і стиків в обробних стендах. Удосконалювання технології зборки спрямовано на скорочення підгінних робіт, на підвищення рівня механізації й автоматизації складальних процесів, а також на підвищення точності й поліпшення якості аеродинамічних поверхонь ЛА.

Для одержання з’єднань елементів конструкцій ЛА найбільше  широко застосовуються установка болтів, різні способи клепки й зварювання, пайка, склеювання. З’єднання обшивання  з елементами каркаса й з’єднання  елементів каркаса виконуються  клепкою або контактним зварюванням.

Клепка відкритих конструкцій  типу плоских каркасних вузлів і  панелей ведеться на стаціонарних пресах й автоматах. При зборці закритих конструкцій застосовується ударна клепка пневматичними молотками, клепка переносними пресами, з’єднання  заклепками з однобічним підходом і  ненаголошеною клепкою болтами-заклепками. У технології клепки спостерігається  скорочення обсягу ударної клепки, у тому числі шляхом розширення області  застосування контактного зварювання, однобічної пресової й автоматичної клепки заклепками-стрижнями з одночасним утворенням двох замикаючих головок.

Зборка із застосуванням  зварювання характерна для технології автомобілебудування. При цьому використаються висококонцентровані джерела тепла, що забезпечують найменшу зону термічного впливу й мінімальні залишкові деформації. До числа цих процесів ставляться електронно-променеве, плазмове  й лазерне зварювання сталевих і титанових деталей – обшивань, оболонок, роторів, панелей, рам, балок, стійок шасі, ємностей, відсіків і т.д. Плоскі каркасні вузли й панелі фюзеляжу, а також стільникові панелі з титанових сплавів і жароміцних сталей виготовляються із застосуванням крапкового й роликового зварювання, а кільцеві заготівлі – контактним зварюванням на стикових машинах. В області технології одержання зварених з’єднань освоюються способи зварювання у твердій фазі (дифузійним, магнітно-імпульсна, вибухом й ін.), а також методи зниження деформацій зварених конструкцій. Створено перші гнучкі інтегровані технології й спеціальне устаткування, що дозволяє на одному робочому місці виконувати всю підготовку під зварювання, зварювання й зональну термічну обробку з контролем якості.

Ефективним способом одержання  нероз’ємних з’єднань деталей з  високолегованих жароміцних сталей і титанових сплавів є високотемпературна пайка, застосовувана при виготовленні вузлів ГТД (камер згоряння, турбін, компресорів високого тиску), панелей  зі стільниковим заповнювачем й ін. вузлів.

Технологічні процеси  склеювання застосовуються при зборці вузлів й агрегатів зі стільниковими  заповнювачами, з гофрованим заповнювачем, при з’єднанні деталей з металу, скла, гуми, пластмас, при кріпленні теплозахисних покриттів. Склеювання використається також у комбінованих з’єднаннях (клеєсварних, клеєклепаних, клеєболтових й ін.). За допомогою склеювання здійснюється виготовлення лопат гвинтів вертольотів, обшивання й панелей фюзеляжу, панелей хвостових частин крила й оперення, секцій і панелей передкрилків, закрилків і гальмових щитків.

У технології авіаційної промисловості значний обсяг робіт пов’язаний із забезпеченням герметизації різних вузлів, паливних і повітряних відсіків, рухливих і нерухомих рознімань агрегатів, клепаних і болтових з’єднань. Удосконалювання технологій склеювання й герметизації спрямована на підвищення рівня механізації й автоматизації процесів, на зменшення маси клеїв і герметиків у виробах, на підвищення надійності й ресурсу герметичних виробів. При виготовленні вузлів і складових частин ЛА з полімерних композиційних матеріалів застосовуються методи намотування, викладення, пультрузії із просочених сполучної односпрямованої або тканої стрічок з волокон вуглецю, скла або кевлара для виготовлення типових вузлів – обшивань, оболонок, панелей, рулів, лонжеронів, стулок, кришок люків і т.п.

Важлива складова частина  технології авіабудування – випробування й контроль якості виробів. Для випробувань ЛА, двигунів й агрегатів застосовуються автоматизовані процеси виміру й реєстрації параметрів, як правило, з використанням ЕОМ. Не руйнуючий контроль литих деталей, зварених і паяних з’єднань ведеться методами радіаційної дефектоскопії. Якість крапкового електрозварювання безпосередньо в процесі її виконання контролюється УЗ методом. Нероз’ємні з’єднання деталей з композиційних матеріалів контролюються радіографічним й акустичним методами. Розвиток технології в цій області йде в напрямку підвищення точності, об’єктивності й оперативності оцінки якості виробів.

Прогрес авіаційної техніки  в значній мірі залежить від досягнутого  рівня й перспектив розвитку ТА. Подальше вдосконалювання технологій авіаційної промисловості пов’язане з розвитком лазерної технології й таких методів поверхневої обробки, як іонна імплантація, детонаційне й ін. види напилювання, докорінно поліпшуючі експлуатаційні характеристики конструкцій.

Велике значення при розробці технологічних процесів в авіабудуванні  має автоматизація інженерної праці, у тому числі на основі використання ЕОМ, САПР й АСУТП. Одним з напрямків  розвитку технологій і авіаційного виробництва є створення й широке застосування гнучких автоматизованих виробництв (ГАП) – організаційно-технічних систем, що дозволяють в умовах дрібносерійного багато номенклатурного виробництва в короткий строк налагодити випуск нової продукції.

Відмінною рисою ГАП у  порівнянні із традиційним неавтоматизованим  виробництвом є його здатність забезпечувати  виконання основних принципів масового потокового виробництва – безперервності, ритмічності й пропорційності в  умовах випуску великої номенклатури виробів малими серіями. Для ГАП  характерне використання встаткування зі ЧПУ й електронних обчислювальних і керуючих машин для ведення  технологічних процесів, а також  використання різних засобів для  автоматизації всіх проектно-конструкторських і розрахункових робіт. Принципово новими компонентами ГАП є також  такі, що легко (гнучко) перебудовують багато номенклатурно-автоматизовані ділянки технологічної підготовки виробництва й пошуково-інформаційної системи підготовки й реалізації змінно-добових завдань.

У виробничу частину ГАП  входить автоматизоване технологічне встаткування основного виробництва (верстати зі ЧПУ, прес-автомати, складальні або контрольні автомати й т.п.), а також засобу завантаження-вивантаження й нагромадження заготівель, деталей, матеріалів або напівфабрикатів, автоматизовані пристрої комплектації, автоматизовані транспортно-складські системи, що поєднують у єдине ціле ділянки основного й допоміжного виробництв.

Для виконання транспортних, навантажувальних, а в ряді випадків й основних технологічних операцій використаються маніпулятори (промислові роботи). Ділянки технологічної підготовки виробництва будуються так само, як і ділянки основного виробництва  – за принципом багато номенклатурних і гнучко автоматизованих виробництв, що перебудовують, на яких виготовляються інструмент, пристосування й технологічне оснащення, необхідне для тривалого функціонування ГАП.

Відповідне металорізальне й ін. устаткування поєднується в  гнучку виробничу систему, керовану ЕОМ. До обов’язкових функцій ГАП  ставляться автоматичне диспетчерування, автоматизоване проектування й розрахунок всіх керуючих технологічними процесами програм (обробки, зборки й ін.).

У ГАП автоматизовані розрахунок плану завантаження встаткування й  облік фактичної його реалізації за допомогою АСУ; проектно-конструкторські  й розрахункові роботи, здійснювані  програмно-обчислювальними комплексами. До технічних засобів комплексів ставляться міні- і мікро- ЕВМ із периферійними пристроями, а також все програмне й математичне забезпечення ГАП.