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获奖项目展示
1 0TH CAIEC · 三等奖
兴航航空:大飞机蒙皮及组合壁板高质量、低成本、绿色化批量制造工艺及设备技术
西安兴航航空自主研发大飞机蒙皮及壁板制造核心工艺与装备,已成功应用于C919等多个型号,实现高质量、低成本与绿色化生产。
1. 公司简介
西安兴航航空科技股份有限公司成立于2011年,位于西安市阎良区航空基地航空一路55号,是国产大飞机金属结构件及组件的主要供应商(是波音、空客飞机金属结构件的供应商)和高端智能装备的研发制造商,现有员工1200余人(其中设备及工艺研发人员130余人),生产面积7万余平方米。
兴航公司分别与国家数控系统工程技术研究中心、西北工业大学机电学院、上海飞机制造有限公司制造技术工程中心、西安市国家航空产业基地企业联合会共建设的4所联合实验室,依托各自资源优势展开全面科研合作,推动产出航空领域的标志性成果。兴航公司坚持关键技术自主创新、核心装备自主可控,实现大飞机零部件的低成本制造,助力国产大飞机商业成功。
2. 项目简介
大飞机蒙皮及组合壁板高质量、低成本、绿色化批量制造工艺及设备组合技术包括:
(1)用于飞机蒙皮下陷自适应铣切的加工技术及其设备,核心技术由自研的测量和补偿系统、五轴数控机床及装夹系统组成,其工作原理是使用装夹系统将零件牢固装夹,由五轴数控机床在测量和补偿系统的控制下对零件进行自适应加工,使用该新型工艺是铣切复杂双曲铝合金薄壁结构件下陷的最佳选择。
(2)用于飞机组合壁板自动钻铆装配及自动封包涂胶的工艺技术及设备,核心技术包括:
① 首创含集成式钻铆头的自动钻铆机,可实现智能视觉定位,并一次完成壁板夹紧、钻孔、插钉及铆接工序,并具备自动选钉及换刀等辅助功能;
② 首创的封包涂胶机在涂胶头配合机器人情况下,可实现自动定位、配料(混合)、送料、取模、成形及脱模等功能。
3. 项目亮点
兴航公司开发的一套具有自主知识产权的包含自适应铣切技术、集成式自动钻铆机及自动封包涂胶机在内的大飞机蒙皮及组合壁板高质量、低成本、绿色化批量制造工艺及设备组合技术,做到了核心技术自主可控,彻底解决了大飞机蒙皮及组合壁板产能瓶颈,也解决了核心技术被卡脖子问题。
用于飞机蒙皮下陷自适应铣切的加工技术及其设备均采用兴航公司自研的测量和补偿系统、AC摆头、高速电主轴及装夹系统,核心技术及设备国产化率高(已申请4项专利,含发明)。
兴航公司于2023年首次将自适应铣切技术应用到了C919飞机蒙皮制造上,蒙皮零件加工后壁厚精度控制在±0.05mm范围内,表面粗糙度为Ra0.4,满足客户技术要求(壁厚精度为±0.1mm,表面粗糙度为Ra1.6)。该技术通过了洪都航空首件蒙皮自适应加工鉴定,得到了客户一直好评。
兴航公司于2023年建设了国内首条绿色化低成本规模化的飞机蒙皮生产线,该生产线线克服了传统化铣加工的污染问题、镜像铣加工的弱刚性问题和高成本问题(设备成本只有镜像铣的1/10左右),提高了蒙皮下陷加工效率和加工后蒙皮表面光度及壁厚尺寸精度。新工艺将下陷铣切与轮廓铣切两道工序集中在一道工序上,一次加工完成,减少了一次机身蒙皮周转,缩短了加工周期,相应降低了蒙皮制造成本。该生产线可广泛应用于C919等民用飞机机身蒙皮的下陷和轮廓铣切,该技术及生产线也得到了国家有关部委的专项资金支持。
兴航公司已为C919后机身上最复杂的四块双曲蒙皮独家批量供货,2024年交付80块双曲蒙皮,2025年计划交付200块双曲蒙皮。该产线可满足3360块/年各类型蒙皮批产需求。同时,兴航公司开始陆续为洪都C919大飞机12项机身蒙皮、昌飞14项机翼前缘蒙皮批量供货及为江苏铁锚C919风挡边框独家供货。兴航公司也将该技术应用于商业火箭贮箱的蒙皮、顶盖瓜瓣及整体顶盖上以及箱间段壁板上,并已为两个商业航天客户进行了相关工艺试验,目前已为其中一个客户批量供货。
用于飞机组合壁板自动钻铆装配及自动封包涂胶的工艺及设备技术,采用了首创的配置了集成式钻铆头的自动钻铆机及首创的封包涂胶机,核心技术及设备国产化率高(已申请5项专利,含发明)。
兴航公司开发出了六款集成式自动钻铆机。该系列钻铆机由采用成熟通用技术的机身,在五轴联动技术基础上法人控制系统及集成式钻铆头(自主国内首创且独家拥有的核心功能部件三大部分组成。
集成式钻铆机的钻铆头特点是功能集成化程度高,结构尺寸小、重量轻,可靠性高、稳定性好,能够极大提高钻铆作业效率。多功能集成式钻铆头及设备典型结构等核心技术国产化的同时也降低了制造成本,设备较国内外同类产品更具成本及性能优势。兴航公司可根据批产需求建立自动钻铆生产线。
目前,兴航公司已收到成都电子科技大学成都学院一台某型自动钻铆机的订单,以及一家商业航天客户的一台机身组合壁板自动钻铆机意向订单,现正在商务洽谈;同时几家商业火箭企业也有意向采购。
自动封包涂胶机的采用先进3D相机识别所有涂胶部位,视觉软件自动生成位置点云并规划作业路径,机器人按系统提供的路径进行涂胶。核心技术及设备国产化率高兴航公司(已申请2项专利,含发明)。自动封包技术优势在于:
① 方式
手工传统工艺:手工刮刀刮涂,手工注胶器注胶及蘸胶;
自动涂胶工艺:机器人自动涂胶。
② 质量
手工传统工艺:封包形状不规则、大小不一,易造成部件超重(涂胶质量直接影响飞机部件可靠性和安全性);
自动涂胶工艺:封包形状规则一致性好。
③ 精度
手工传统工艺:低(涂胶量、涂胶位置和厚度等);
自动涂胶工艺:高。
④ 效率
手工传统工艺:低(C919机翼壁板上需要上万个紧固件需要封包涂胶密封);
自动涂胶工艺:高(效率可提高50%以上)。
⑤ 成本
手工传统工艺:密封胶浪费严重,需大量涂胶工;
自动涂胶工艺:密封胶架次消耗量 可以有效控制(自动涂胶可节省胶材料30%以上)。
⑥ 危害
手工传统工艺:对操作人员健康有害;
自动涂胶工艺:无(制造业提倡绿色制造)。
⑦ 效益
手工传统工艺:低;
自动涂胶工艺:高(提高大飞机壁板装配效率约5%,每年增加产值约3000万元)。
该技术可广泛应用于大飞机梁、框、机身壁板机及机翼壁板紧固件封包涂胶工序上。后续,兴航公司将联合中航西飞、中国商飞进行工艺优化研究,包括工艺参数优化、密封胶料改进、设备智能化等方面研究,开发系列化产品,扩大该工艺应用范围。兴航公司的涂胶技术及设备受到西飞、商飞相关专家高度认可,目前兴航公司正与客户洽谈合作。
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