探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术
飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术我们针对飞机蒙皮数字化精确制造和绿色制造的需求,正在研究开发可替代传统化铣工艺的新一代高质高效绿色制造系统(已申请发明专利)。
在新系统上,成形后的蒙皮经过一次装夹即可完成传统化铣工艺中的粗修、铣凹、切边、开孔等工序,消除了多次装夹带来的误差,既提高加工精度又提高生产效率。
另一方面,新系统加工时无污染物排放,加工废屑可回收,电能消耗减少,环保节能效果显著,可实现绿色制造。
航空、航天工业涉及众多学科和专业的深入交叉,是高新技术最为富集的领域。
目前,发达国家为提高先进航空航天产品的综合性能,广泛采用整体结构和大尺度的薄壁件,如飞机的骨架和蒙皮等。
但整体结构和大尺度薄壁件不仅尺寸大,非常容易变形,而且结构复杂,形状精度要求很高,制造难度相当大。
此外,大型薄壁件的外形多数与飞行器的气动性能有关,周边轮廓与其他零部件还有复杂的装配协调关系,装配难度也非常大。
因此多年来,大型航空薄壁件制造技术作为飞机机体制造的六大关键技术之一,一直困扰着航空工业[1]。
另一方面,飞行器制造,特别是大型飞机的制造,属于典型的多品种小批量制造,因此对制造过程的柔性有特别突出的要求。
传统和柔性制造系统(FMS)虽然可实现常规刚性零件的柔性制造,但却难以实现飞行器大型薄壁件的柔性制造。
主要原因是,传统工艺装备无法实现易变形薄壁件的柔性定位、柔性装夹、柔性输送和柔性存储,因此仅靠数控机床本身的柔性和常规自动化物流系统无法实现对这类特殊零件实施高柔性制造,更无法实现系统化的柔性制造(从柔性成型、柔性加工到柔性装配的全过程柔性制造)。
以上两方面问题的叠加和交错影响,使得飞行器大型薄壁件的柔性制造变得非常复杂,已成为航空、航天制造中的重大难题。
业界认为,解决此问题的关键是大型易变形薄壁件的柔性工艺装备技术。
只有高柔性抗变形的新型工艺装备与先进数控机床相配合,才能真正有效解决这一难题。
因此,对柔性工艺装备的理论、方法和实现技术进行深入系统研究,在此基础上加速发展柔性工装产品并加强在实际中推广应用,对解决飞行器制造中的上述关键问题,对促进我国航空、航天工业的发展,具有重要实际意义。
飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用研究

飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用研究摘要:在航空工业中,飞机装配是一个非常关键的环节。
在技术发展的今天,国外的大型飞机制造商利用先进的技术,打破了传统的装配方式,利用单一的产品资料来源建立了数字量尺寸协调体系,对大型飞机装配工艺进行了优化,同时也对装配仿真、虚拟现实、平行工程等虚拟技术进行了研究,并利用柔性装配技术实现了大飞机装配的自动化,极大地提高了装配的效率和质量,成为了今后飞机装配的主要方向。
关键词:柔性装配;飞机装配;应用研究随着科学技术的迅速发展,科研工作得到了越来越多的重视。
航空工业是我国科技进步的主要力量,因此,在飞机组装技术上不断进行革新。
柔性装配是航空工业中一项新兴的技术,它对提高飞机组装的效率和质量有着十分重要的作用。
1.飞机柔性装配概述1.1飞机柔性装配工作内容飞机组装工作严格遵循尺寸、型号和组装工艺的一致性。
在飞机总装全过程中,将几百个工艺装备部件按照工艺和技术要求进行组装,以实现全机件、装备的组装,最终实现了飞机总装。
飞机组装需要大量的大小部件。
每个零件,形状和连接部件都有很多高精度的要求,而且对装配的精确度和完整性也有很高的要求。
所以,在飞机的组装中,要投入大量的人力、物力和资金。
在传统的飞机组装中,仅靠一个部件的尺寸和精度是难以实现的。
随着飞机总装技术的不断发展,飞机装配由传统的装配工艺向柔性装配方向发展。
采用柔性装配技术可以解决飞机装配中的装配问题,解决了传统的装配周期长、成本高的问题,大大改善了飞机装配的工作质量和工作效率。
1.2飞机柔性装配工作特点飞机的柔性组装工作具有三大特征。
首先,在飞机的柔性组装中,一般不采用整体框架。
在飞机柔性组装中,装配设计师普遍主张采用结构分散法进行装配骨架的调试,确定其通用条件,利用位置要素实现飞机柔性装配的离散布置。
其次,飞机柔性组装的初始模组均为同一板件,采用集中式模组,能对设备及零件进行支撑、定位、收紧,达到结构设备的自动化控制要求。
大型航空薄壁零件精确绿色制造技术研究

1. 2 飞机外形薄壁壁板数铣加工工艺分析
大型飞机外形壁板的传统工艺除了化铣之外,也 存在采用数铣和喷丸成形结合工艺、成形壁板采用型 面工装真空吸附装夹工艺、成形壁板强行压平数铣工 艺,具体工艺流程及面临的问题分析如下:
图 2 化铣与数铣相结合的工艺流程
化铣工艺及面临的问题分析[8]: ( 1) 化铣的保护膜刻线工艺繁杂: 采用手工刻线 工艺,需要设计制造立体化铣样板,按化铣样板在保护 膜上刻线。化铣样板设计制造流程长,精度底,且刻线 误差较大,效率底。而采用五坐标激光切割机配柔性 夹具能有效解决刻线工艺,实现零件的精确切边、开缺 口和制孔加工。但高昂的设备价格制约着刻线工艺的 推广。
图 3 精确绿色制造加工原理
飞机外形壁板精确绿色制造工艺流程如图 4 所 示 。 [11-12]
图 4 精确绿色制造工艺流程
大型飞机外形壁板的加工工艺流程设计为一次装 夹状态下,在一台设备上完成壁板壁厚减薄、切边、切
通窗、钻孔加工,等效于化铣与切边、钻孔和开通窗相 结合的制造工艺,是数铣替代化铣的最新制造技术,满 足精确制造和绿色制造的要求。
收稿日期: 2014 - 07 - 19; 修回日期: 2014 - 09 - 03 * 基金项目:“高 档 数 控 机 床 与 基 础 制 造 装 备”国 家 科 技 重 大 专 项“国 产 高 档 数 控 机 床 与 数 控 系 统 在 飞 机 筋 肋 梁 等 加 工 单 元 中 的 应 用”
( 2013ZX04001 - 021) 作者简介: 向兵飞( 1986—) ,男,土家族,湖北宜昌人,江西洪都航空工业股份有限公司工程师,硕士,从事航空制造数控加工工艺技术研究,( E -
柔性工装

飞机薄壁杆柔性工装技术0引言随着航空制造技术的飞速发展,在现代飞机设计中,整体机加铝合金薄璧零件的应用越来越广泛,从框、梁、地板到壁板都大量采用整体机加薄璧结构。
整体机加薄璧零件有许多优势,它既可以减轻结构的重量,提高飞机的有效载重,同时也可以增强结构强度,减少连接件数量,提高飞机的疲劳寿命,提高飞机的承载重量,极大地满足现代飞机设计的要求。
但是超长薄壁结构件由于其结构刚度低,加工工艺性差,在切削力、切削热、装夹力作用下易发生加工变形、切削振颤等现象,很难保证加工精度和表面质量的要求,是飞机研制中普遍存在的难题。
关于大型薄壁件加工变形问题,国内研究人员也进行了大量的探索提出了一些实用的方法,但理论研究工作与国外发达国家相比还存在较大差距,到目前为止对大型薄壁零件的加工仍缺乏十分有效的方法,特别是在以飞机蒙皮为代表的大型薄壁曲面零件加工方面,生产厂家一般采用“先加工后成形工艺”,但该方法存在以下严重问题。
经过成形工序后原先加工好的零件周边轮廓和窗孔部位将产生很大变形,使后续总装工序必须通过人工修整才能完成各零件的装配,这种通过人工修整进行总装的方法,不仅效率低而且更为严重的是难以保证精度,往往造成各零件结合部之间的间隙不均匀,对飞行器的气动性能和隐身性能均造成很大影响。
新发展起来的“先成形后加工工艺”为解决传统的“先加工后成形工艺”存在的问题开辟了新的途径。
但是实施这一新工艺时碰到一大难题成形后的半成品为刚度极差的弹性薄壁件且其表面轮廓为自由曲面,传统的针对刚性体的六点定位原理不适用于这类弹性体曲面零件,无法根据现有理论设计制造相应的工艺装备。
由此严重影响机械加工的正常进行,目前解决此问题的技术途径主要有两条:1刚性途径。
弹性体曲面刚性定位技术按此得到的工装定位,支承曲面不具有可变性,因此一种工装只能用于一种零件,这将大幅度降低制造柔性和效率,同时也涉及大量刚性工装的存放,维护,管理等问题。
2柔性途径。
飞机柔性装配工装设计研究

飞机柔性装配工装设计研究摘要:为了提升飞机装配工装设计精准度,分析柔性装配工装技术的应用。
分别介绍柔性装配工装技术、柔性装配工装发展现状,制定飞机柔性装配工装设计方案,保证柔性装配工装设计质量,以期能够为今后飞机柔性装配工装设计工作的实施提供有价值的参考经验。
关键词:飞机;柔性装配工装技术;定位器;执行末端飞机装配是将各零件或组合件按产品技术要求相互准确定位,并用规定的连接方法装配成部件或产品的过程。
通常在飞机部件装配时需要使用刚性装配工装。
如果产品设计方案发生改变,刚性装配工装调整可能会导致大量人力和物力消耗。
同时,当前市场环境不断变化,对于飞机装配工装的需求也发生了一些改变。
为了能够缩短装配工装设计、制造周期,需要采用先进的技术。
柔性装配工装技术在当前飞机装配中有非常广泛的应用,可以适应不同的装配环境,也可以在形状、尺寸不统一的情况下进行多部件装配。
为此,下面重点围绕飞机柔性装配工装设计展开讨论。
一、飞机柔性装配工装概述飞机装配工装主要有刚性工装和柔性工装这两种结构形式,其中柔性工装具有模块化、数字化的特点,能够重复利用。
在设计环节可以缩短设计周期,使得后续制造环节工装数量较少。
除此之外,工装响应产品变化效率也比较快,是当前飞机装配工装比较常用的一种结构形式[1]。
柔性工装在应用过程中,需要搭配集成管理系统生成工装理论驱动数据,将数据解析之后便可以获得数控系统动作指令,将该指令传输到柔性工装数控系统中。
此时系统接收指令,针对所有定位器调形轨迹进行计算。
完成定位器调形操作之后,采用在线检测系统测量定位器所在位置,测量所得数据传输到离线编程和仿真管理系统当中,通过该系统对比实测数据和理论数据,明确当前柔性装配工装与设计要求是否一致。
二、飞机柔性装配工装设计现状目前,工业行业在转型升级的关键时期,加强了对飞机柔性装配工装设计的重视,纷纷采用先进工艺与技术,不仅能够保证柔性装配工装质量,发挥现代技术的优势,还能够提升柔性装配工装工作速度[2]。
浅谈飞机柔性装配技术

浅谈飞机柔性装配技术【摘要】本文结合国内现阶段飞机生产装配情况,并与国外先进装配工艺进行比较,探讨了飞机数字化生产阶段采用柔性装配技术的优势与发展前景。
【关键词】数字化;柔性化装配;技术0 背景飞机装配是将大量零件按图纸进行定位与连接的过程,是飞机制造的重要环节之一,其工作量约占整个飞机制造劳动工作量的一半左右。
在传统的飞机装配过程中,需要用特定的工装型架来保证装配精度,由于飞机气动外形的差异,导致型架是唯一的。
伴随用户需求的不断变化与丰富,飞机装配生产线也将越来越“丰富”。
传统的“硬性”装配生产线在未来将受到挑战,这种“一对一”的装配模式,其配套专用型架的设计、生产和调试周期很长,且体积大、成本高、占地面积大,不利于产品的研制与快速布局生产。
随着近年来飞机设计行业内数字化、信息化的推进,越来越多的零件将抛开传统的基于模线样板的模拟量传递走向数字化信息传递之路。
而采用传统的型架进行人工装配的方式,自动化和柔性化水平低,已无法满足精确化制造装配的要求。
1 国内外研究现状飞机的数字化装配技术于20世纪90年代在欧美等航空制造业发达国家开始使用,柔性装配技术是近几年才逐渐在航空制造业开始研究和部分应用于生产。
国外飞机制造技术表明,采用柔性能够装配是缩短生产周期,降低生产成本的有效措施。
它能克服传统飞机制造业模线-样板法在模拟量协调体系下需要大量实物工装且应用单一,制造周期长,费用高,厂房利用率低等缺点,它通过与柔性工装、自动化制孔设备、数控钻铆或自动铆接等设备的集成可组成自动化,数字化的柔性装配系统,能明显缩短装配周期,提高和稳定装配质量。
据悉,在装配中使用了体现柔性工装特点的龙门钻削系统技术的X-35战机,其制造周期缩短了三分之二,工装由350件减少至19件,制造成本降低了一半。
其采用的激光定位,电磁驱动能实现精密制孔,不仅能降低钻孔出错率,而且大大降低了工具和工装。
目前,北航与沈飞合作,在国内研制出首个针对壁板类组件的柔性装配工艺装备—数控柔性多点装配型架。
飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术摘要:我国的综合国力不断上升,带动了航天事业的发展。
然而,在其中使用的大型薄壁件制造技术是许多国家的航天工业人员以及相关行业技术人员一直在研究的问题。
现阶段我国研究出来能够将绿色理念与飞机蒙皮数字化精确制造相结合的制造系统,并且这种制造系统具有质量高、效率高的特点,可以取代带有传统性质的铣工艺,大大的提高了生产效率。
关键词:飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术前言:传统工艺随着时代的发展而变化,现已出现的新型高效绿色制造系统可以弥补传统工艺中存在的不足。
在这种方式下,已经成形的蒙皮只需要进行一次装夹,便可以实现粗修、铣凹、切边等一些常见的步骤,有效的减少了传统工艺中会出现的误差,因此大大的提高了制造加工的精度。
由于其中贯穿了绿色的概念,所以这种系统还具有环保的特点,可以减少对环境的污染。
1.刚性技术与柔性技术的区别在实际加工制造过程中,成形后的半成品属于弹性薄壁件,其具有较差的刚度,并且表面轮廓是一种自由曲面,而在运用高效绿色制造系统时,会因为刚性体中使用的传统六点定位原理无法有效应用在此种弹性体曲面零件中,从而导致正常的机械加工环节开展存在一定的干扰。
所以,人们现在开发并使用的刚性途径与柔性途径,对上述的困扰有一定的帮助。
1.1.刚性途径这种途径也被称之为弹性体曲面刚性定位技术,使用该项技术能够保证工装定位或是支撑曲面保持良好的不可变性,所以使用该项技术时,一般是一种工装不能同时使用在多种零件上,因此,加工制造的效率缓慢,并且在制造柔性上也有一定的影响。
此外,对于后续的刚性工装在储存、管理方面还有较高的要求。
1.2.柔性途径它也被称为弹性体曲面柔性定位技术,这种技术是借助调整与控制的方法,在生产工装定位或支撑曲面环节中,是实现动态化生产的过程。
由于是动态化生产,所以在生产效率以及制造柔性等方面比刚性途径占有很大灵活性以及优势。
使用此种技术生产出来的产品具有较高的精度,因为它可以采用信息化的途径,有效校正误差,进而降低误差。
飞机数字化柔性精准装配技术研究及应用

飞机数字化柔性精准装配技术研究及应用2.中航西飞民机与转包项目部西安710089摘要:大型薄壁件是构成机身、机翼外形的主要部件,其厚度一般在(2~3)mm,主要加工形式包括蒙皮成形、铣边和钻孔等加工工艺。
飞机舱门是飞机机身的重要组成部分之一,属于典型的大型薄壁件,飞机上通常设有多种舱门,用以实现载人、载货等用途。
由于传统工艺在加工飞机舱门蒙皮时采用的是托板式刚性夹具,此类工装仅能满足当前舱门蒙皮的夹具工装,而随着航空行业的快速发展,飞机的制造多为中小批量制造,从而导致了我国航空企业生产效率低及资源的严重浪费。
据统计,专用夹具的研制占了整个飞机研发周期的(30~50)%,因此开发可重构的柔性工装系统以适应不同尺寸和不同类型的飞机舱门蒙皮工件的装夹,对于提高飞机研发效率以及节约资源上具有重要的意义。
关键词:飞机;数字化;柔性;装配技术引言飞机产品在制造过程中,其零部件的种类和数量非常多,整机结构复杂,装配耗时且成本高。
同时,构成飞机主体结构的零部件多为钣金件,尺寸较大、质量轻,在装配的过程中容易发生变形。
因此,为保证飞机的装配质量,必须确保待装配零部件的结构外形与安装位置准确,这就需要在装配过程中大量使用专用的装配工艺装备。
装配工艺装备是指飞机产品在由组件、部件装配到总装配的过程中,用以控制其几何参数所用的具有定位功能的专用装备,即产品制造过程中所需的刀具、夹具、模具、量具等工具的总称,在飞机、汽车、轨道机车等制造领域中被广泛应用。
其中,装配型架作为装配工装中的一种重要装配定位夹具,具有独立的定位系统,用于飞机部件、段件、组件等装配单元的定位和夹紧,是飞机装配的重要辅助装置,一般分为骨架、定位件、夹紧件和辅助设备4个部分。
1设备故障预测与健康管理技术特点设备故障预测与健康管理系统本质上是物联网、大数据、人工智能及计算云等新一代信息技术发展的产物,以模型和数据为核心,在对设备运行状态和实际工况感知基础上对设备性能和故障进行实时评估,以预测故障发展趋势,并对设备剩余使用寿命进行估计,最终结合现场资源信息自主提供对应的有效的设备维护保障决策,实现故障快速诊断与恢复,助力先进生产力快速形成,加快产品生产过程。
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探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术
摘要航天和航空工业牵涉到非常多专业和学科,属于富集高新技术的行业。
当今,发达国家为了使先进航天航空产品的性能提高,普遍地应用大尺度与整体构造的薄壁件,像是飞机的蒙皮与骨架。
为此,本文阐述了飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术。
关键词飞行器;薄壁件;制造;柔性工装
当前形势下,全面地分析柔性工装的技术、方法、理论,且以此作为前提条件研发与应用柔性工装产品,有利于飞行器制造一系列问题的解决,以及推动国内航天和航空工业的进步,有着重大的现实价值。
1 离散单元面组成可变定位/支承曲面的实现技术
为了结合弹性曲面定位原理对有着柔性飞行器薄壁件工装进行开发,务必处理工装定位/支承曲面生成柔性问题。
处理这种问题的技术和原理是,借助M×N 个离散小单元面阵列包络的形成组合而成对应工件表面的工装定位/支承表面。
因为这样是离散的工装定位/支承表面,能够调节所有的单元面。
为此,基于计算机的控制影响之下,能够跟要求使异样的定位/支承包络曲面形成,即能准确地支承和定位形状不一的大型薄壁件。
如此一来,一种工装能够加工各种工件,进而使弹性大型薄壁件的柔性制造实现[1]。
2 基于弹性曲面定位原理的技术
飞行器大型薄壁件是弹性的大尺度零件,以及其属于自由表面曲面的表面,跟通常的机械产品具备的容易定位的常规表面(圆柱面、平面等)不同,传统的面向刚体的六点定位原理难以对定位这种工件的问题进行有效的解决,也难以根据如此的原理对弹性曲面工件柔性工装系统进行设计。
为了处理这种问题,要求分析面向弹性的大型薄壁件弹性曲面定位原理,且结合原理开来开发飞行器薄壁件柔性工装。
为此,解决六点定位原理的不足之处,创建新型的面向弹性大型薄壁件弹性曲面定位原理,这属于开发柔性工装务必处理的理论性问题。
具备了这种理论,才能够有效地突破飞行器薄壁件制造的柔性工装技术[2]。
3 动态地调度与理想地规划定位/支承阵列布局技术
为了有效地应用定位/支承单元总数(系统资源),尽量地控制变形的工件,要求分析最为理想的规划,从而科学地布局分布的定位/支承曲面包络点。
这种技术的实质是基于工艺人员与理论模型的热值,分析与预测加工过程中的工件受热变形与受力变形等要素,从而对最为理想的定位/支承单元布局进行求解。
在运行的时候,有效地借助动态变形控制技术,结合工装与工件的温度改变和受力现状等状况,动态地调度布局的柔性定位/支承曲面包络点,也就是结合实际的工件改变现状,动态地调整定位/支承点位置,进而减小变形形成的加工误差。
4 实现一体化的定位/支承/固定技术
大型薄壁件的固定、支承、定位不可分割,要求实施一体化的技术。
而借助万向真空吸头(有着支承和定位的作用)属于有效的处理措施。
能够旋转很大角度的万向真空吸盘安装在真空吸头上,这种吸盘能够自主地接触工件与变化方向,进而自动地适应固定薄壁曲面工件。
精密定位元件安装在真空吸头的中心,这是为了固定工件。
真空吸头主体是能够旋转各种方向的精密机械构造,传感设备与真空管路安装在里面。
在一系列真空吸头上安装工件之后,先是借助外部压力或者是工件的自重确保真空吸盘自动地进行调整适应,确保工件法线和吸盘轴线的统一性,有效地贴合工件和吸盘。
再借助吸头当中的定位元件对加工空间当中工件的位置进行约束,从而整体支撑和定位工件。
最后,通过计算机对真空吸附系统进行控制,从而固定工件。
5 无基准自动定位技术
不少时候,通过拉形工艺形成的薄壁件半成品都缺少定位孔(精确定位基准),这为以后的切边和开窗等切削加工非常不利。
为了处理这种情况,能够借助无基准自动定位系统实现定位的自动化。
无基准自动定位系统的组成部分是执行设备、引导定位软件、传感器阵列、控制计算机、处理信息单元等,传感阵列的组成部分是M×N 个定位传感球。
传感球在真空吸头当中,用于检测工件跟它的接触。
传感球阵列能够得到工件接触点的状态信息与分布信息。
定位引导软件的功能是分析传感信息,且结合弹性曲面定位原理对信息进行求解调整。
控制计算机结合信息的调整来协调工装或者是工件,就能够在定位/ 支承阵列精确地定位工件。
6 信息集成以及网络化控制技术
基于阵列式构造的薄壁件制造柔性工装系统的组成是数十个上百个定位/支承单元。
倘若每一个单元的运动部件是2——3个,那么要求开展的运动轴数是数百个,这样就具备了非常大的控制系统规模。
倘若借助点至点通信控制,那么不但难以维护、施工系数高、费用多,而且接插件多喝接线量大,这会导致系统难以稳定地运行。
新发展的实时以太网技术为处理柔性工装系统的信息集成与通信控制提供了新的方式。
实时以太网基于太网构造的物理层,数据链路层借助帧格式(跟以太网一样),有着非常显著的经济和技术优势。
因为历经几十年技术市场推动和竞争考验,在世界领域以太网依旧处在优势位置,变成了当前计算机网络事实上跟主流上的一致性指标。
以太网通信速率不但有前兆,还有万兆,以及有着费用少、稳定性强、通用性良好的特点。
为此,实时以太网立足于发展的以太网能够使柔性工装系统的高效控制与信息通信问题解决。
在这个前提条件下,还能够确保飞行器制造企业 E 网到底的实现,也就是其能够向企业场地装置控制层持续延伸,从而有效地集成监测、生产、技术、管理、控制等,最终跟企业的ERP系统及时地连接物流运输、质量控制、数据采集,在相同的网络下对一致的技术数据库与生产数据库进行访问,不但实现生产控制和上层管理,而且使企业的运行效益提升[3]。
7 结语
总而言之,针对制造飞行器大型薄壁件而言,工艺装备的功能十分重要,甚至起着决定性的影响作用。
飞行器制造技术将来的发展方向是集成装配与制造的全过程数字化柔性制造技术,希望业界引起高度的关注,以及增加开发和应用的投入,从而加速研发和抢占技术先机。
参考文献
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