2019年9月 20 日“增材制造技术与航空航天论坛”,上海飞机制造有限公司的孙小峰做了主题是《激光增材制造在中国商飞公司的应用发展》的报告。


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下面是现场速记:


今天我分享激光增材制造在中国商飞公司的应用及发展,刚才航天几位专家提到了标准规范在我们航空航天应用单位作用非常大,这一点我深表认同,对于民用飞机这一块,除了我们要建标准,建规范,另外很重要的一块工作,作为申请方向规范标准的有效性,这是我今天要讲的一个主题。


关于商飞公司


分分彩计划网页人工版首先借这样一个机会,我把商飞公司基本情况做一个简单的介绍。商飞公司一开始不是造飞机的,是维修飞机的,上世纪50年代成立,70年代参与了运十的研制,可惜后来运十飞机下马了,后面我们和美国麦道公司合作,生产了MD82/83飞机,很可惜麦道公司被波音公司兼并,这个项目也没有了。进入21世纪,中国的民机事业有了崭新的发展空间,后面我们陆续开展了ARJ21,C919和CR929的研制,跟我们有合作的单位,目前商飞公司有两个基地,一个在静安区的大厂,489亩负责生产飞机的生产交付和转包任务,我们重点发展在浦东基地,有4049亩,现在919的组装在那边,在浦东建了ARJ组装线,后面ARJ的生产能力会往浦东这边转,后续我们立项的CR929宽体飞机制造业在浦东。


我们商飞公司想打造六个方面核心能力,一个是总装集成,核心关键零部件的制造,新技术新工业新材料应用研究,民用飞机交付,包括供应链的构建和管理这六大核心能力,我们愿景想努力发展成为最具效力,最值得信赖的一个航空生产制造商。目前三个型号,ARJ21,22家客户596架定单,目前我们已经交付14架,两架运营商,成都航空现在11架飞机在运行,内蒙古3架。分分彩计划网页人工版C919累计28家客户815架定单,目前四架飞机在试飞举证,今年四季度有新的飞机投入试飞工作,CR929也在推进,CR929飞机上面没有增材制造件,C919一开始围绕舱门一圈有23个件,后面陆续增加,现在有30多个件实现了装机。


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中国商飞的增材制造


增材制造对于民机这一块来说还是比较新的工艺,刚才马先生也说了,为了推进增材制造技术在民机上的应用,中国商飞成立增材制造中心,目前挂靠在北研中心,在这个下面我们建立相应的支撑基础,在上飞院,上飞公司和客服公司,根据各个单位的业务重点分别建立应用推进工作室推进相关结构符合性,功能性验证,制造符合性,工艺稳定性验证和维修验证,增材制造它设计的工艺参数特别多,过程控制特别复杂,我们这一块关注材料与设计,设备与工艺,适航审查和生产检测方面,这不仅是我们我们比较关注标准规范的制定,性能评估和一些审查方法,希望能够建立成套的控制文件体系。


中国商飞接触增材制造比较早,从2009年开始,我们大客刚立项不久就开始做这个事情,一开始是北航和西工大跟我们合作,通过送粉工艺做了机头附近的窗框,梁缘条,后面在919的展示样机和样段上使用,因为是主承力件,它的复杂性比较高,适航审查流程特别长,我们后面正式装机先没有走这个,2015年走了围绕舱门一圈23个,包括铰链壁等功能件先走,包括马先生刚才说的设计优化这一块做了很多工作。分分彩计划网页人工版商飞公司接触这一块比较晚一点,我们从2015年才开始做工艺这一块,接触制造工艺本身这一块的工作,后面为了更清楚了解这个工艺,更好与审查方沟通推进这样的应用工作,我们自己这一块形成了一些能力,包括采购了一些SLS的设备SLM设备建立验证平台,进行了一系列验证工作。


增材制造适航工作要点


分分彩计划网页人工版我今天围绕适航介绍商飞公司开展的工作,马先生的报告通过金字塔的图列出来民机这一块要推进这样的新工艺,它面临适航验证的过程,包括需要遵照验证的适航规则,列了很多,商飞公司主要关注几层,包括603条款,是材料,605是制造方法,613是材料的强度性能和材料的设计值,从符合性要求来说涵盖比较宽,包括零件复合要求,材料要求,工艺要求,强度和设计的开发。我们把这几个条款打开来看,从审查方的角度来说它关心哪些东西,在材料方面它会关注申请方是不是有材料的使用经验,是不是已经形成了材料的行业规范和内部专有的材料规范,你的材料是不是有比较明确合适的控制措施,包括你的材料规范是不是已经向审查方报,得到了批准,包括材料测试,你测试环境和参数都是比较关注的。


分分彩计划网页人工版制造方法这一块,包括增材制造的工艺选择,包括审查方申请方是不是有零件制造的经验跟能力,你在增材制造关键工艺参数是不是已经确定,是不是有有效的控制方法,你的工艺规范是不是已经报批,在设备选择和控制这一块是不是有相应的规定,工艺稳定性测试是不是完成,稳定性到底怎么样,产品制造是不是有明确的检验方法。


分分彩计划网页人工版对613也是一样,也有很多关注点,包括零件怎么取样,怎么抽样,材料批次是怎么定义的,你生产批次怎么定义,粉末是不是可以重复使用?如果重复使用你怎么来规定?这些关注的点比较多。


围绕这个我们梳理了一下,围绕增材制造全流程,在材料的设计值,材料整个设计符合性,材料与制造方法,后处理,检测方法和基于工艺的认证,这几块都有比较多的问题需要说明白,需要举证和论证的。这一块国外比国内走的稍微早一点,FAA和EASA对GE,波音和空客经历了相应的论证过程,对于某些零件形成了增材制造认证备忘录,EASA今年跟我们国内的适航审定中心一起,对我们大客进行联合审查,我们商飞团队组织和国内审查方进行了多轮沟通对接,我们自己建的审查工作也在推进。


围绕这些要求,我们商飞公司应对审查方做了哪些应对工作?在原材料方面我们开展了粉末原材料的控制研究,涵盖化学成分,粉末特性,环境控制,粉末批次,材料规范,材料测试,复合材料粉末的混合,粉末控制,控制因素,编制了相应粉末管理受控的标准文件,这是从我始终方来说关注原材料是哪些方面。从材料本身,原材料的制造商也要经历适航的审定过程,整个原材料的制造过程也是需要受控的,从我们来说,从它原材料制造的稳定性来说,经过三轮九批次,三轮十批次稳定性验证。


分分彩计划网页人工版另外设备的鉴定和维护这一块,我们开展了SLM激光熔化设备鉴定、校准、维护测试,验收鉴定方法研究,选取激光熔化设备稳定性试块打印和测试,希望后面有更好的国产设计对民用飞机来搭建。除了材料跟设备,工艺也是审查方非常关注的点,我们围绕工艺进行长期的工艺验证工作,这有我们很多合作单位跟我们一起来做,通过近两三年的工艺验证,我们确定钛合金SLM关键工艺参数应该定在哪一边,根据能量输入的区别不一样,跟形成的缺陷有一定的关系,我们形成了这样一定的认识。


在后处理这一块也是一样,我们开展了比较多的工艺验证,包括热处理跟热等静压工作,对于受力件的稳定性提升有帮助。还有一块是钛合金粉末性能设计值开发延伸,围绕拉伸疲劳,断裂韧性,性能设置,材料批次,构件批次,热处理批次,设备差异,工艺窗口等找到了设计值,基于上面那些基础性工作,我们大客23个舱门连接件,六大类做了典型件的验证,全流程验证工作,目前看下来OK。


围绕典型件验证这一块,我们同时发现,除了上面的材料工艺设备的基础,围绕典型件在结构的设计,支撑结构的设计优化,包括复杂构件的变形控制,表面成型质量的优化还有比较多的工作值得进一步来做。


除了上面钛合金的激光选区熔化工艺,我们在LMD工艺做了一部分工作,我们2019年和北航、西工大合作做了钛合金梁缘条机头窗框测试数据基础上,我们进一步测了技术数据,目前看下来这些数据还不够,后续做的工作量还是挺大。


上面是金属材料这一块,我们针对非金属,SLS工艺开展了相应的研究工作,我们打了一些工装,不是装机件,可以很好发挥增材制造在单件定制这一块的优势,我们打了一些零件的喷环保护工装,激光打印支架和接头。


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增材制造在民用飞机的应用发展方向


从整体来看,我们目前面临的主要问题是如何也对审查方的问题,近期工作重点开展围绕我们想要推的工艺,开展系统化的验证,收集更多的基础数据,来说服那个审查方。分分彩计划网页人工版刚才马先生说我们整个中国商飞公司对如何系统推进增材制造件在民用飞机的应用已经形成了整体规划,我们会先推装机件和功能件,这一块已经破冰,后续的推广相对简单一点。另外推次承力件和主承力件的应用,这一块需要比较长的时间周期。最后是推进整体变革性结构创新。


发展重点我们觉得两个方面:


分分彩计划网页人工版一是工程设计和实验验证,我们围绕一些新的结构,新的工艺开展结构优化设计和结构强度分析方法,包括性能评价和检测方法,适航符合性和可靠性,支持后续的生产。


二是绕工艺优化和生产推进,在增材制造控形控性和表面感性,增材制造,特别是特别复杂的支撑设计和工艺仿真这一块,前面整个装机件破冰之后,后面将面临批生产的问题,增材制造智能车间批生产技术也是作为生产单位需要考虑的重大问题。


通过近十年与增材制造打交道,中国商飞公司认为这个工艺还是比较复杂的工艺,光靠一家单位没有办法完成,中国商飞认为我们还是要再加强自身能力建设,加深自身对技术的认识上继续开放合作的态度,和广大合作伙伴一起对标学习,共同发展。


前期整个开展这些工作离不开好多合作伙伴的帮助,借这次大会的机会,对前期合作伙伴表示感谢,谢谢大家。


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