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航空工业 引领机床产业升级

导读: 目前,我国航空制造业中加工飞机关键件的机床设备主要还是依赖于进口,而这些机床装备都属于难以从国外进口或者国外不向我国出口的产品,因此大飞机项目对提升我国高端机床的国产化技术水平提出了迫切要求。

  自“运十”下马到大飞机项目启动,虽然延宕20余年,却足以让一代民航人的“飞天梦”不再遥不可及。 2008年5月11日,负责自主研制我国大飞机的项目公司——中国商用飞机有限责任公司在上海成立,该公司注册资本达190亿元。整个研制过程将历时10年以上,对拉动相关产业的增长起到积极作用。

  作为装备制造业的“工作母机”,机床工具行业担负着为大型客机制造提供优良装备的使命。中航技国际工贸公司总经理张辉认为,航空工业需要有更多自己的装备制造产品,这是国家行为,要有企业去响应。同时,国家也要去积极引导。

  闻“机”起舞

  为适应我国航空工业发展需要, 2008年底我国航空工业体制进行了新的改革,将原航空工业一集团和二集团合并重组为新的中国航空工业集团公司,表明了国家要集中资源和精力发展以大飞机为代表的高新航空产业的坚定意志和决心。根据有关预算,从大飞机前期的研发费用到生产能力建设,再到产品最终投放市场,相关投入总体上将超过 2000亿元。

  航空航天工业产品零件的特点是耐高温、高强度、难加工,同时合金材料和复合材料多、复杂结构件多、工艺要求高。大飞机的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或锻件,都是重则几百公斤甚至数吨的大块头,得用重型、超重型机床加工。

  大飞机立项之后,中国的装备制造企业闻“机”起舞,围绕着大飞机项目,展开了各方面的工作。机床行业就是其中之一,希望在“大飞机”项目中获得提高产品档次、提升产业能级的机会。

  毛坯75%~95%的材料都需要被车磨镗铣掉,因此需要大型、高速、精密、多轴的高性能数控落地铣床、加工中心;发动机加工需要用精密加工中心和坐标镗铣加工中心;还需要大量高刚性、高效率的专用机床和柔性自动生产线。

  除机床外,国产的多通道模块化数控系统问世,可同时实现铣、磨、钻等 16个以上工序的加工及动作,特别是一次装卡技术极大地提高了工件加工精度。

  此外,机床行业不仅要为飞机制造厂设计、制造、安装机床、柔性生产线和加工中心,还要争取为飞机制造厂提供咨询建议、设备成套、工程承包和交钥匙工程等一揽子服务。因此,大飞机制造给了机床工具行业难得的发展机遇,机床行业或将借机实现腾飞。

  需求各有侧重

  现代飞机为满足高速、高机动、高负载和远航程等性能要求,大量地采用新技术、新结构、新材料,其零件越来越向尺寸大型化、型面复杂化、结构轻量化、材料多元化和制造精密化发展。如飞机机身结构件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁条以及航空发动机的关键件机匣、各类叶片和整体叶盘等,其轮廓大而形状各异。

  由于现代航空制造业所面临的通常都是多品种、小批量、短生产周期的生产任务,因此要求工艺系统有较高的响应速度。航空制造业需机械加工的典型零件主要有机身结构件、发动机关键件、起落架零件及机载产品零件等。由于它们的结构和性能要求各异,对机床工具的需求也各有侧重。

  飞机机身结构件主要有梁、框、肋、壁板等零件,此类零件大多为铝合金或钛合金材料,一般外形轮廓尺寸都很大,属薄壁多腔的整体框架结构,机械切削去除量大,表面质量要求高。加工此类零件需要大型、重型机床装备,要求工作台承重10吨以上,有效行程在15米以上的高刚性机床。

  而飞机发动机关键零部件有压气机、燃烧室、涡轮等。此类产品的零件多为高温合金或耐高温的复合材料,一般为异型环状结构,刚性差,精度高,型面复杂,加工难度大。加工此类零件需要大、中型多功能、高精度数控机床,要求设备具有较高的柔性,优良的数控系统,在线测量功能强大,工位多,刀具库容量大,如大型精密数控立式车削中心,五轴联动加工中心及多轴数控龙门铣,另外还需针对发动机叶轮开发高性能叶轮加工专用机床。

  飞机起落架一般采用高强度钢的锻造毛坯经机械加工而成。锻造起落架的毛坯需要万吨级压力机,毛坯的加工需要中、大型数控落地镗铣床、五轴联动龙门加工中心等设备。机载产品零件种类繁多,结构复杂,材料多样,性能各异。加工此类零件需要中、小型高精度的多功能数控复合机床及高速数控铣床,如高精度的立、卧式加工中心及高精度的车、铣、磨复合加工中心等机床设备。

  高端缺口

  中国大飞机立项后,数控机床行业开始积极研制生产大飞机零部件的机床,华中数控是国内从事数控系统研发和生产的企业,五轴联动数控龙门铣床,能加工飞机涡轮等复杂机器部件。湖北省机床行业的两大龙头企业武重与华中数控,也酝酿在产、学、研上开展合作,为生产大飞机提供高质量的加工机床。

  “大型客机的零部件数量有300万~ 500万之多。”北京航空航天大学飞行器制造工程系教授刘继红在接受本报记者采访时曾表示,“大飞机”项目将推动装备制造业的发展,加快高档机械装备的研制步伐。

  “飞机本身就是一个装备,由很多其他装备制造出来。”他说,“在研制‘大飞机’的过程中需要成套的大型精密高档数控机床,比如组成机翼的大型结构件就需要机床具有多轴联动和高速加工性能。据了解,现代飞机的主要承力结构如梁、框、肋和大型壁板等整体结构件的毛坯都是板材或锻件,重则几百公斤甚至数吨,但毛坯的很多材料将被加工掉,因此加工工作量极大,飞机采用高速数控加工技术是一种趋势。

  目前,我国的大型精密高档数控机床的能力亟须提高。《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》将高档数控机床列为16个重大发展专项之一。“高档机床也需要基础元器件的支撑,比如传感器、高速精密主轴、齿轮等,在这方面,我国相关企业与国外也存在差距,有很大的提升空间。”刘继红说,科技部“十一五”科技支撑计划中,就将包括上述元器件在内的众多基础元器件,列为机械制造技术突破和发展的重点。

  为适应航空工业的发展,我国装备制造业已经取得一些成果,比如研制成功面向飞机大型板类件加工的横梁移动式龙门五轴加工中心,能对飞机机翼、涡轮、螺旋桨进行深加工。

  值得一提的是, 8万吨重型模锻液压机的立项则初步体现了“大飞机”项目对装备制造业的拉动。作为支撑国家大型飞机自主研制所急需的关键重型装备,该模锻液压机项目建设方案除了有利于“大飞机”的研制,对我国大型锻压设备和大型盘件、结构件的制造也起到了推动作用。

  亟待升级

  航空工业一直是引领机床工具发展的主要行业,也是机床工具的消费大户。大飞机项目的实施,对我国机床工具行业提出了新的挑战。

  虽然我国已成功研制了支线飞机,但与大飞机相比,其制造装备还不能满足大飞机对超重型和重型零件的复杂、高效、复合加工的需求。航空各制造企业都面临着大型加工设备的升级选择。

  目前,我国航空制造业中加工飞机关键件的机床设备主要还是依赖于进口,而这些机床装备都属于难以从国外进口或者国外不向我国出口的产品,因此大飞机项目对提升我国高端机床的国产化技术水平提出了迫切要求。

  业内人士认为,应大力发展多功能的复合机床。虽然目前有的加工中心已实现能将车、铣、镗、磨、抛光等多种机加工工序复合在一台机床上,但这仍不能完全满足未来航空关键零件的加工。而将机械加工与激光、电、化学、超声波等不同机理的加工方法进行复合,兼备多种不同工艺特点的复合加工机床在今后的航空航天制造业中将有广阔的发展应用前景。

  此外,协调机床主机与数控系统、功能部件、切削刀具和测量装备的平衡发展,完善产品功能,提高关键配套设备自主开发和制造能力也是刻不容缓的。装备服务于工艺,为实现工艺与装备的紧密融合,机床企业必须了解和熟悉用户工艺,关注用户制造工艺技术发展的动态,准确地为产品进行市场定位,研发满足用户要求的新装备。力争在提供给用户机床设备的同时,也提供工艺技术上的整体解决方案,以提升企业和产品的竞争力。

  同时,重视系统设计,融入信息技术,推行数字化制造,大力提高机床装备的制造工艺水平和整机的可靠性及稳定性。在机床装备研发技术路线上,坚持以数字化为主体,以集成化为手段,以复合化为特色,以高速化、精密化和绿色化为目标,突出自动化、网络化,并最终实现智能化。

  他山之石

  国家重大装备的发展需求,给机床工具产业的发展指明了方向。针对航空航天装备的需求与发展特点,如何满足航空航天工业对制造装备的需求,更好地服务于航空航天工业是机床工具企业必须解决的问题。

  中航技国际工贸公司总经理张辉根据他的观察向记者介绍说,很多国外设备制造企业设立了专门为航空生产企业服务的开发部门,他们从一种型号飞机研制的初始阶段就开始介入,搜集航空制造企业的需求信息,向产品设计部门转达这些信息,然后在机床上开发专门应用于航空零件生产的程序,并跟踪航空制造业的发展趋势,分析这种趋势,将其转变为本公司的技术储备。很多国外的设备制造企业还在中国设置了航空客户销售经理,专职负责中国航空制造市场的销售,以加强与航空制造企业的联系,反馈航空制造市场的需求。

  国外的发展经验证明,航空工业的发展有其自身规律,一定是需求引导、市场引导的。由国家投资,学校和设备制造企业提供产品供航空企业试用是国外通行的做法,这也是国家意志在航空工业中的体现,现在国外航空工业中使用的很多先进的机床等装备都是由国家投资生产的,是国家出资金来引导市场。

  我国也一直在提倡要考虑自己生产制造设备,但航空工业需求的设备很特殊,机床的设计完全是根据其生产加工的零件来确定的,常常是一种专业机床只加工一种或一类零件。出于成本、经济效益、风险等方面的考虑,国内机床设备生产商往往不善抓住这种机会,其原因主要是欠缺开创、合作意识。

  张辉认为,从航空工业的高技术领先性以及我国航空工业的现状来看,要求我国在航空工业的技改采购中,必须在供应商管理和全寿命采购两方面开展工作,以提高采购管理水平,让航空制造企业用户采购到质量稳定,价格合理,服务完善的设备,从而提高航空制造企业产品的研发和制造能力,提升核心竞争力,实现航空工业的产业进步。


 

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