航空制造技术论文

航空制造技术论文（精选8篇）

1.航空制造技术论文 篇一

激光制造技术在航空领域中的应用

自上世纪70年代大功率激光器件诞生以来,已形成了激光焊接,激光切割、激光打孔、激光表面处理、激光合金化、激光熔覆、激光快速原型制造、金属零件激光直接成形、激光刻槽、激光标记、激光掺杂等十几种应用工艺.众所周知,人类文明进步的历史,都是和制造技术的发展与进步紧密联系在一起的.大功率激光以“光能源”和“光工具”作为新加工手段应用于材料加工,扮演了一个创新尖兵的角色,代表了先进制造业的发展方向,引领制造技术进入激光时代,极大地提升了传统制造业的.技术水平,带来了产品设计、制造工艺和生产观念的巨大变革,并正在引发一场制造技术的革命.

作 者：左铁钏 陈虹 张冬云 杨胶溪 鲍勇  作者单位：北京工业大学国家产学研激光技术中心 刊 名：航空制造技术  ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2008 “”(21) 分类号：V2 关键词： 

 

2.航空制造技术论文 篇二

钛合金的密度低,比强度高,具有较高的热强性和持久强度,对在振动载荷及冲击载荷作用下的裂纹扩展敏感度低,耐蚀性能优良,在航空发动机的风扇以及压气机的叶片、盘、机匣等部位获得了重要应用[1,2,3,4]。发动机的推力和推重比是发动机设计的重要参数。为了提高发动机的推力和推重比,除改进发动机的整体设计外,发展和采用先进的轻质高性能材料与高结构效率的整体、轻量化结构是目前主要的发展趋势。国外相继研发了一系列先进制造技术,现已获得广泛应用以及正在开发的航空发动机钛合金关键部件主要包括钛合金风扇、钛合金整体叶盘、整体叶环、连续纤维增强钛基复合材料叶片和钛合金机匣等。涉及的先进制造技术包括超塑性成形/扩散连接、线性摩擦焊、等温锻造、电子束焊接、精密铸造和精密锻造。这些结构及制造技术的组合应用获得了极好的效果,对V2500、Trent800、Trent900、F-119、EJ200等先进航空发动机的成功制备起到了关键的支撑作用,并将在下一代大推力、高推重比先进发动机的开发中发挥更为重要的作用[5,6,7,8,9,10,11,12]。

1 钛合金宽弦风扇叶片的设计及制造技术

风扇叶片是涡扇发动机最具代表性的重要部件。20世纪60年代,钛合金风扇叶片已经在航空发动机中获得应用,这个时期风扇叶片的特点可归结为以下几点:带凸肩、窄弦、实心结构[5,6]。凸肩又称为阻尼凸台或减振凸台,其结构特征为在风扇叶片上距叶尖约1/3的位置有向两侧伸出的凸台,叶片之间的凸肩相互抵紧形成一个加强环,该设计对增加叶片刚性和自振频率有明显的作用。数十年的应用表明,这种具有凸肩的实心钛合金风扇叶片具有很高的可靠性。叶片的加工主要是通过精密锻造制坯,然后经过多道机加工序得到成品叶片。为了满足高效高负荷高裕度风扇和压气机性能要求,低展弦比的宽弦叶片设计技术得到推广应用。但从性能、强度和工艺等方面来看,带凸肩的实心风扇叶片已经不能适应这种需求,主要有以下几种原因:(1)气流流过凸肩处会产生分离,使气动效率降低;(2)宽弦实心叶片质量过大,带来一系列强度问题;(3)叶片的加工工艺性不好,制造成本过高。为了克服这些问题并适应现代航空发动机的需要,空心结构宽弦叶片应运而生,现在宽弦空心风扇叶片已成为涡扇发动机的标志性技术之一[8,9,10,11]。

1.1 第一代宽弦无凸肩风扇叶片设计及制造技术

风扇宽弦空心叶片的研究工作自钛合金风扇叶片应用之初就已经开始。20世纪80年代初,英国罗-罗(R·R)公司首先成功开发出了新型宽弦、无凸肩、夹芯结构的钛合金风扇叶片,即第一代宽弦空心风扇叶片[9]。这种叶片由2块钛合金面板(分别是叶盆和叶背)和1块蜂窝芯板经过专用的活性扩散连接工艺加工而成。2块面板由钛合金锻坯机加后获得,首先经热蠕变成形,然后采用化铣的方法加工出空腔。蜂窝夹芯块是用钛箔轧成波形后经电阻焊焊成。叶片的最终型面由数控铣切加工获得。这种弦长比原来增加约40%的宽弦风扇叶片在质量和结构完整性两个方面实现了良好的结合。其优点是:由于采用宽弦设计,风扇转子叶片数量减少了1/3;转子质量减轻了10%～30%;与带阻尼凸台相比,蜂窝芯结构具有更优的减振特性;与窄弦风扇叶片相比,叶栅通道面积加大,级效率提高,喘振裕度变宽,寿命延长。这一代风扇叶片首先应用在RB211-535E4发动机上,后又在V2500、RB211-524G、RB211-524H和BR710等发动机上得到应用[5,9]。这些发动机在服役过程中遭受了多次飞鸟撞击事件,最严重的也仅需更换叶片即可,从未发生过鸟撞而导致的安全事故,证明了这种宽弦风扇叶片的结构设计和制造技术的成功。图1为V2500发动机的钛合金风扇叶片。

1.2 第二代宽弦空心风扇叶片的设计及制造技术

在第一代宽弦叶片的基础上,20世纪80年代末90年代初,R·R、PW、GE、SNECMA 等多家公司成功地开发了超塑成形/扩散连接的钛合金宽弦空心风扇叶片,称为第二代宽弦空心风扇叶片[5,9]。

R·R公司开发的第二代宽弦空心风扇叶片有3层结构,采用钛合金的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺制成[10,11]。叶片芯部与第一代宽弦风扇叶片内部的蜂窝芯板结构不同,采用的是三角形桁架结构,这种结构常在建筑上使用。这种三角形桁架结构具有轻质、承力大的优点,并且叶片质量比蜂窝芯叶片轻约15%。其工艺流程是:先在中间芯板上按设定喷涂止焊剂,然后将面板与芯板焊接封边(留有进气口)后放入与叶片型面相同的模具内并连同模具一起放入压机内加热。升温至SPF/DB温度后,先向模腔内吹入一定压力的氩气保温保压使预定部位进行扩散连接(DB),连接完成后再向层板内腔吹入氩气进行超塑成形(SPF),两层面板在超塑成形状态下变形至所需外形,中间芯板形成格形结构。最终的叶片由取出零件进行表面化铣,最后数控加工出叶根和叶型边缘,得到宽弦空心风扇叶片。该种叶片已经用于B777和A330飞机的“Trent”发动机上,气动设计和制造技术均处于当今世界领先水平。

美国普-惠(PW)公司研制的PW4000系列涡扇发动机的风扇,早期由38片带有凸肩的钛台金窄弦实心叶片构成。PW4084是在PW4000系列基础上研制的增推型发动机,风扇直径增大到2.84m,为了满足发动机对风扇的质量和性能要求,风扇叶片的设计吸取了R·R公司的先进设计经验,改为宽弦无凸肩的空心结构,叶片数量减少到22片。但PW的叶片制造工艺不同于R·R公司,采用的是超塑成形和扩散连接两种独立工艺,而不是超塑成形/扩散连接的一种组合工艺。PW4084风扇叶片的制造过程为:由精锻或其它方式首先制得钛合金叶片坯料,采用铣削的方式加工成两半对称的无芯带肋扁平叶身,然后将两半扁平叶身面对面放入模具内,送入真空炉中施加高温高压进行扩散焊,得到质量均匀无缺陷的叶片毛坯,再应用超塑成形工艺使叶片成形。其工序是将已经扩散连接好的扁平叶坯放入与叶片最终形状相同的模具内,加热至超塑成形状态,在重力及叶片内部吹入氩气的作用下超塑性变形使叶片完全贴模,成形所需气动外形的叶片毛坯,最后数控加工出叶根和叶型。PW公司在研制PW4084发动机的过程中还采用了并行工程的方式,建立起用于包括风扇叶片制造在内的计算机辅助设计、辅助制造的数据系统。

用第二代宽弦空心风扇叶片由于具有气动性能先进、抗振能力较强、质量较轻、加工成本较低等特点,到目前为止,应用第二代宽弦空心风扇叶片制造技术发展的先进大推力、高涵道比发动机的代表包括R·R公司为满足A380而设计的三转子发动机Trent 900(见图2)及PW和GE公司联合成立的发动机联盟公司为A380设计的GP7200发动机。这两种发动机的钛合金风扇叶片都采用空心后掠结构,其制备方法为扩散连接、超塑性成型,类似的技术还用于JSF战斗机的升力风扇及F414、F119、F135、F136 等小涵道比涡扇发动机的风扇叶片的制造上[5,9]。

1.3 钛基复合材料宽弦风扇叶片设计及制造技术

新一代航空航天飞行器结构设计中“选择强化”的设计思想导致出现钛基复合材料——钛合金混杂结构。SiC连续纤维增强的钛基复合材料由于其良好的界面性能及高强、高模量成为新型发动机用部件制备研究开发的重点[12,13,14,15,16]。连续纤维不仅可以提高材料的高温强度和刚度,还可以提高其韧性。这种连续SiC纤维增强的钛基复合材料宽弦风扇叶片,称之为第三代宽弦风扇叶片,PW公司正联合其它一些公司进行相关的研究[5,9]。这是一种刚度更高、质量更轻、耐撞击的空心风扇叶片,可使发动机风扇再减轻约14%。日本进行了SiC(SCS-6)/Ti-15-3实心压气机叶片的研究。

钛基复合材料风扇叶片的制造过程是:首先将制取SiC纤维预制带,其基本方法是将单方向排列的钛丝与SiC纤维编制成纤维布,然后采用叠箔法将钛合金箔和纤维布间隔叠放,按照叶片不同部位的厚度要求确定叠放层数,然后用热等静压法进行SiC纤维预制带的扩散连接。第二步将钛合金和SiC预制带制成TMC楔型面板,经检验合格后,按风扇叶片要求的叠层排序制备叶片毛坯组件,最后采用SPF/DB工艺成形出宽弦空心叶片。

2 钛合金整体叶盘和叶环的设计及制造技术

2.1 钛合金整体叶盘的设计及制造技术

航空燃气涡轮发动机的压气机及风扇转子叶片通常均用其叶身下的榫头装入轮盘轮缘的榫槽中,再用锁紧装置将叶片锁定于轮盘中。20世纪80年代中期,在航空发动机结构设计方面出现了一种称之为“整体叶盘”或简称“叶盘”(Blisk)的结构。整体叶盘结构是将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构,省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置,结构质量减轻、零件数减少,避免了榫头的气流损失,使发动机整体结构大为简化,推重比和可靠性明显提高。据报道,采用整体叶盘可使发动机质量减轻20%～30%,效率提高5%～10%,零件数量减少50%以上。目前在一些新研制的发动机中整体叶盘得到采用[5,6,7,11,13],例如EJ200(用于欧洲战斗机EF2000的发动机)中,三级风扇与高压压气机第一级采用了整体叶盘; GE公司的F414(用于美国海军F/A-18的最新改进型F/A-18E/F)中风扇的2、3级及高压压气机前三级采用了整体叶盘;F-22用的F119发动机,其三级风扇、六级高压压气机全部采用了整体叶盘,有的F119压气机转子也采用ALLOY-C型阻燃钛合金整体叶盘;民用的高涵道比涡轮风扇发动机BR715的增压压气机采用了整体叶盘。另外在一些改进的发动机如F110的延寿型F110-GE-129R中,三级风扇全部改为整体叶盘;F100的延寿型F100-PW-229A三级风扇中的2、3级改用了整体叶盘等。目前,制造整体叶盘主要有以下几种技术。

精密锻造制坯。精密锻造技术已成为高性能发动机广泛采用的制坯方法。国外已经大量采用等温锻造技术制造带叶片的压气机整体叶盘转子,并批量生产各种尺寸的叶身无余量精锻叶片。国内近几年在钛合金发动机钛合金部件的精密锻造制坯方面进展迅速,掌握了钛合金整体叶盘等温锻造关键技术,实现了精锻叶片的工业化生产,并在钛合金双性能盘的制备加工方面有所突破[17,18,19,20,21,22]。图3为英国Doncasters公司生产的钛合金精锻叶片。图4为国内等温锻造的钛合金整体叶盘坯。

电子束焊接法。电子束焊接在航空发动机压气机转子组件的制备过程中早已获得广泛应用[23],不过用于整体叶盘的制造则是近年来才开始的。EJ200发动机中的整体叶盘制造就采用了这种方法[7],其基本过程是先将单个叶片用电子束焊接成叶片环,然后用电子束焊接技术将锻造和电解加工成形的轮盘腹板与叶片环焊接成整体叶盘结构。这种整体叶盘结构比传统的榫头连接的叶盘转子结构质量减轻30%,并且可以彻底消除掉榫槽断裂的危险。

五坐标计算机数控加工或电解加工技术。以前认为五坐标数控铣床只适合于铣削加工小型整体叶盘,但R·R公司在加工直径较大、叶片数多的BR715风扇后增压压气机整体叶盘时也采用了这种加工方法,其生产率很高,大致用20多个小时可加工一件叶盘。将电解加工与数控技术相结合的数控电解加工技术特别适合航空发动机中大而薄、刚性差的钛合金风扇叶片等壳体件, 为整体叶盘的制造提供了一种具有快速响应能力的优质、高效、低成本新型加工技术[5,7,24]。电化学加工方法在GE公司得到广泛应用,不仅多种型号发动机的整体叶盘采用了电化学加工方法,燃烧室机匣也采用这一方法加工安装凸台。电化学加工的优点在于:大幅度减少铣削加工的刀具消耗;缩短加工工时,不会有加工残余应力及大的应力集中区等。

线性摩擦焊接(Liner friction welding,LFW)法。线性摩擦焊是一种固态连接技术,类似于扩散连接。线性摩擦焊与扩散连接的不同之处在于:在扩散连接中,连接的工件是在加热炉中达到高温的;而在线性摩擦焊中,工件的高温是通过两配合面间的相互高频振荡摩擦产生的。用线性摩擦焊将叶片焊接在轮盘上,可节省大量叶片的连接件和结构重量。基本过程是:先将叶片夹紧在轮缘的叶根上,然后在设备的驱动下使轮盘周向高速振动,在轮盘叶根和叶片界面产生一个窄的摩擦加热区,当加热区的温度达到要求的温度时即停止振动,在一定压力下叶片与轮盘固定直至固结在一起。这种方法要比用实体毛坯加工更加经济,EJ200 发动机的3级低压压气机的整体叶盘是线性摩擦焊接技术成功应用的标志[6,9,13,25]。目前R·R公司和 MTU公司已用 LFW技术成功地制造了宽弦风扇整体叶盘,并将为JSF(联合攻击机)的发动机提供LFW整体叶盘。R·R 公司为JSF用的升力风扇发动机生产整体叶盘的风扇转子(该转子是目前世界上最大的整体叶盘,其外径为1.27m) 时, 采用整体锻坯用五坐标数控铣床加工, 坯料质量为840kg, 加工后成品件质量为97.6kg, 即材料损耗高达88%;而采用线性摩擦焊时, 焊接后铣去的材料不多, 并且还可缩短加工时间。用LFW技术可从发动机上更换掉被鸟撞损坏的叶片,也可用LFW技术将叶片与用不同材料制造的轮盘焊接在一起,以获得最佳的减重效果。

2.2 钛合金整体叶环的设计及制造技术

为了减轻发动机压气机钛合金盘件的质量,世界知名的航空发动机设计与制造商在发展钛合金整体叶盘的基础上,利用连续纤维增强钛基复合材料密度低、强度高、高温性能好、刚度大等优点,进一步发展了钛基复合材料整体叶环。由于去掉了轮盘部分,加之较轻的支撑结构、较低的轴承载荷或较小的陀螺力矩使整体叶环质量大大减轻[7,13]。图5为钛合金整体叶盘及整体叶环结构示意图。

美国在20世纪80年代就开始了压气机整体叶环的研究工作。20世纪90年代初,IHPTET 计划中 XTC-16 系列核心机压气机的第3和第4级采用SiC纤维增强的钛基复合材料整体叶环,大大减轻了转子质量,如第3级整体叶环转子质量只有4.5kg左右,而同样的镍基合金转子质量为25kg。欧洲4国从20世纪90年代开始研究高强度、大刚性、小密度的SiC纤维增强的钛合金复合材料的整体叶环转子。德国MTU公司研究的SiC纤维增强钛基复合材料整体叶环,已经完成了低循环疲劳旋转试验,计划将其应用到EJ200改进型发动机的前2 级高压压气机上。法国SNECMA 公司也采用基体涂覆纤维的方法制造了SiC纤维增强的钛合金基复合材料压气机整体叶环插件。20世纪90年代中期,与GE公司合作研制的ATEGG验证机XTC76/2 核心机5级高压压气机采用外圈增强的钛基复合材料的压气机转子,满足了高转速和高温的要求,降低了制造成本并且提高了可维护性。日本在1993年启动的先进材料燃气发生器(AMG)研制计划中,采用热压和热等静压方法加工了高压压气机钛基复合材料整体叶环,并成功地完成了破裂试验和循环寿命旋转地坑试验,验证了其破裂强度和目标寿命。在1999年启动的下一代超声速运输机环保推进系统研制(ESPR)计划下,日本开发并验证了采用基体涂覆单丝带工艺加工的碳化硅纤维(SCS-6)增强的钛基(SP-700)复合材料风扇整体叶环转子。

纤维增强钛基复合材料部件的制备方法主要有两种:一种是叠箔法,在合金箔板之间排列铺放单向纤维束制成叠层板,然后用扩散连接方法将叠层板固结成整体构件;另一种方法是按要求采用在表面涂有基体金属的单根长丝制成长丝缠绕结构,然后用扩散连接方法将长丝缠绕的结构固结成整体构件。目前正在研究的整体叶环结构制造技术是一种用单长丝缠绕金属基复合材料结构的制造技术[11,16]。用单根长丝增强的钛基复合材料制造的整体叶环是用直径约为140μm、长度为10km以上的SiC连续长丝在钛合金基体上缠绕成形而成。长纤维束排列铺放已经实现计算机控制的自动铺放,专用的纤维束自动铺放机可以把单根或多根纤维束材料缠绕在旋转芯轴上,也可将多根纤维束在张力近乎为零的情况下直接铺放到模具表面。用连续单根SiC长丝增强的钛合金金属基复合材料制造的压气机整体叶环转子相比常规的钛合金叶环结构可以减少70%的转动质量,而且可以提高高温性能。目前,国外多家结构正在原型发动机上对SiC纤维增强的钛基复合材料部件的性能进行评估。另外,在IHPTET计划第2阶段中的新核心机压气机上将采用高温钛合金Ti1100钛合金代替Ti6Al4V制造整体叶环,而压气机静子将采用TiAl金属间化合物制造,由此可使耐热性能提高到700～800℃,减轻50%的结构质量,同时不易着火。Ti1100钛合金整体叶环结构的制造技术尚未见资料报道,估计采用锻坯加多坐标数控加工电解加工技术制造[13]。

可以预见,这种连选纤维增强的钛基复合材料在21世纪高推重比、高性能发动机中的应用具有很大潜力,可以大幅度提高发动机的性能;未来发动机的低压压气机叶片和静子叶片、压气机整体叶环以及压气机机匣也将广泛采用这种复合材料制造[11,16,26]。

3 钛合金机匣的精密成形设计及制造技术

航空发动机中的钛合金机匣主要包括风扇机匣、中介机匣及压气机机匣。所涉及的精密成形技术主要包括精密铸造、精密塑性成形和粉末成形。精密铸造技术已经在国外许多大型薄壁机匣件的制造中获得应用。CFM-569、CF6-80、F110-X发动机的风扇机匣,RB199、P8W2037、F100发动机的中介机匣,T700、P8W4000、CFM-56发动机的压气机机匣都使用了钛合金精铸件。F100发动机的整个发动机用了25种,130多个 Ti-6Al-4V精铸件,用以取代原来的钢制零件,使每个发动机质量减少14kg。目前,大型复杂的发动机中间机匣式风扇框架基本采用Ti-6Al-4V及Ti6242精铸件。

目前高性能的钛合金大型整体精铸件大多数都是采用真空电弧熔炼(VAM)或感应凝壳熔炼(ISM)+熔模精密铸造的方法,并采用金属面层陶瓷型壳或氧化物面层陶瓷型壳浇注。美国PCC公司为GE90发动机风扇轮毂制造的钛合金精铸件的尺寸为:直径2 m,铸造尺寸公差可达±0.13mm,最小壁厚达1.0～2.0mm。目前我国中小型铸件的研制技术已达到国际先进水平,在精密铸造所涉及的型壳制造、凝固与充型等理论及模拟研究、热等静压等方面都具有良好的基础,大型复杂精铸件的研制技术也日趋成熟,已能够生产出最大1m 的大型薄壁复杂铸件[27,28,29,30,31,32,33,34,35]。不过总体看大型涡扇发动机的中介机匣精密铸造、焊接及加工技术还有待于深入研究。

模锻与轧制是制造钛合金机匣环件的传统方法,为了提高材料利用率、组织性能均匀稳定性及流线的完整性,精密等温锻造和精密轧制获得应用。国内最近也在多种型号发动机的机匣制造中采用了等温锻造的方法[36]。粉末成形技术是目前正在开发的一种机匣制备技术,在ADAM DARP 的近净成形热等静压演示项目中,法国Aubert & Duval公司采用粉末成形的方式为R-R公司的V2500发动机的压气机机匣制造出钛合金。

4 结束语

据预测,我国未来20年,仅150座级干线就需要约800架客机,加上其他用途的大型飞机,军民共需用大涵道比涡扇发动机约2750台,总价值达3000亿元左右。我国航空动力行业与世界先进水平相比,差距仍然较大,尤其在大涵道比涡扇发动机技术方面,基础非常薄弱,技术储备缺乏,大量关键技术尚未突破和掌握,没有工程经验,材料尤其是工艺差距很大,试验设备不配套,短期内完全自行研发出先进的大涵道比涡扇发动机困难很大。但是,研制大型飞机及其发动机是国家在新世纪作出的具有重大战略意义的决策。国家已经把大型飞机列为重大专项工程,而且要求最终配装具有自主知识产权的大涵道比涡扇发动机,这是必须实现的国家战略目标。发动机是飞机的心脏,大涵道比涡扇发动机是自主研制大型飞机的关键,发动机技术不突破,就无法掌握大型飞机研制的主动权。

钛合金宽弦风扇、整体叶盘和整体叶环及机匣制备技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,基于这种状况,我们应当尽早安排计划,进行相关的攻关研究,加以突破。

摘要：钛合金具有优异的各项性能,在航空发动机的关键部件中得到了重要应用。通过介绍世界知名飞机发动机制造公司的钛合金宽弦风扇叶片设计及制造技术、钛合金整体叶盘和叶环设计及制造技术以及钛合金机匣精密成型设计及制造技术的发展现状,指出钛合金宽弦风扇及整体叶盘、整体叶环制备技术和钛合金机匣精密成型技术是我国新型高性能航空发动机开发所必需掌握的关键技术,应当尽早突破。

3.航空制造技术论文 篇三

英国《经济学人》杂志2012年制作专题论述了当今全球范围内工业领域正在经历的第三次革命，认为这次革命是一种建立在互联网和新材料、新能源相结合的工业革命，它以“制造业数字化”为核心，并将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。新材料、新工艺、新机器人、新的网络协同制造服务，生产会更加经济、高效、灵活、精简。3D打印技术作为“第三次工业革命的重要标志”，被认为是推动新一轮工业革命的重要契机，已经引起全世界的广泛关注。3D打印技术作为具有前沿性、先导性的新兴技术，正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。3D打印技术将以其革命性的“制造灵活性”和“大幅节省原材料”在制造业掀起一场革命，它最适合应用于多品种、小批量、结构复杂、原材料价值量高的结构制造领域，因此有望在航空制造领域获得广泛应用。

3D打印技术（3D Printing）是快速成型技术（Rapid Prototyping Manufacturing）的一种，也叫做增材制造（ Additive Manufacturing）。基本原理是把一个通过设计或者扫描等方式做好的3D模型按照某一坐标轴切成无限多个剖面，然后一层一层打印出来并按原来的位置堆积到一起，形成一个实体的立体模型。3D打印技术使用的方法有很多种，表1给出了美国科技政策研究所对3D打印技术按过程、主要厂商、所用材料和典型市场进行的分类。

国内外3D打印技术及产业发展情况

世界主要国家竞相从战略高度重视发展3D打印

3D打印技术的历史由来已久。1986年，美国3D System公司推出了第一款工业化的“3D打印”设备，1990年开始销售，短短几年中，形成了巨大的市场。近年来，美国以企业和大学及科研机构等半政府半民间的组织为主导力量，明显加大加快了对3D打印技术研发的组织力度。2009年，以美国相关大学为主的“增材制造路线（RAM）研讨会”就未来5～10年的技术发展进行了广泛的讨论，并发表了较有影响的路线图研讨报告。根据这一报告的建议，由爱迪生焊接研究所（EWI）牵头于2010年成立“增材制造共同体AMC（Additive Manufacturing Consortium）”，试图将相关的制造商与供应商同大学与研究机构联结成为一个互动良性促进发展的生态组织，共同解决3D打印技术中还存在着的大量问题。AMC目前已有30余家企业、研究所、大学、军方和政府等机构成员，以金属材料的增材制造技术为主，每季度活动一次。目前，AMC整合EWI及其成员的设备、技术和专业知识，初步构成了一个分布式、网络化的增材制造“国家实验平台中心NTBC（National Test Bed Center）”。AMC和NTBC的使命就是提高3D打印增材制造技术的成熟度，促进相应的产业投资，在全美范围内将这一新兴的制造方式早日转化为主流的制造方式。自2011年起，AMC每年都向其会员发布增材制造的现状报告。此外，近3年来美国政府、军方及企业还多次组织3D打印技术的有奖挑战大赛，希望以此加速相关技术的发展、应用和普及。

尽管美国在3D打印的整体技术上领先全球，但在基础研究设施、研发组织和政府支持上，欧盟明显领先。首先，欧盟在政府研发方面的投入要大于美国（不计不公开的国防军事投入），著名的大型合作项目包括英国的增材制造创新中心、欧盟第六框架项目大航空航天组件快速生产Rapolac（Rapid Production of Large Aerospace Components），全程专注航空航天的SMD（Shaped Metal Deposition）技术等。其次，欧洲工业界也主动组织形成3D打印产业群，开发增材制造的市场。一度形成原始创新技术源于美国，但其后的研发和应用及商业化却是由欧盟等国家完成的局面。此外其他一些国家也都竞相从国家战略高度重视发展增材制造业，澳大利亚近期制定了金属堆积制造路线，南非正在扶持基于激光的大型堆积制造机器的开发，日本也在着力推动堆积制造技术的推广应用。

3D打印行业处于迅速兼并与整合过程中，专利成为竞争的重要武器

2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元。目前，快速成型技术的市场应用份额如图1所示，其中航空航天约占8%。目前，全球有两家3D打印机制造巨头，分别为3D System 和Stratasys，均在美国上市，2011年营业收入分别为2.3亿美元和1.6亿美元。3D Systems公司自2009以来已连续收购了25家公司，并于2011年11月收购了3D打印技术的最早发明者和最初专利拥有者Z Corporation公司之后，一举奠定了在3D打印领域的龙头地位。Stratasys公司继2011年5月收购Solidscape公司之后，又于2012年4月与以色列著名3D打印系统提供商Objet宣布合并。当前，国际3D打印行业正处于迅速兼并与整合过程中，行业巨头正在加速崛起。

3D打印行业巨头积极展开收购行动，在扩大公司规模的同时也吸收了大量的相关专利，并以此专利优势，在专利上限制对手的发展。目前全球拥有3D打印专利前5名的公司见图2、表2。

从2005年开始，3D Systems利用自己的专利优势成功狙击了纳博特斯克的7项专利申请。2012年底，3D Systems又控告Formlabs公司推出的初级3D打印机涉嫌侵犯其专利技术。

我国3D打印的技术水平基本与国际同步，但在产业化方面严重落后

20世纪90年代初，我国开始推进增材制造设备，即3D打印机的研发，在快速成型技术方面取得了长足进展。我国的华中科技大学、清华大学、西安交通大学、北京隆源公司、中航重机激光和南京航空航天大学等单位，于上世纪90 年代初率先开发快速成型设备，以及进行相关技术的研究、开发、推广和应用。其中，清华大学成功开发了无木模铸造工艺 （Patternless Casting Manufacturing），即采用逐点喷洒粘结剂和催化剂的方法来实现铸造沙粒间的粘结。华中科技大学研发出世界最大激光快速制造装备，使得我国在快速制造领域达到世界领先水平。西安交通大学研制出了激光快速成型设备LPS、SPS 系列成型机，并成功推向国内外市场。在国家科技部领导和组织下先后成立了近10家旨在推广应用快速成型技术的“快速原型制造技术生产力促进中心”，863/CIMS 主题专家组还将快速成形技术纳入目标产品发展项目。可以说我国在典型的快速成形设备、软件、材料等方面的研究和产业化方面获得了重大进展，我国快速成形技术的研究工作基本与国际同步。但在快速成形技术新设备研发和应用方面我国则落后于国外。国外快速成形技术在航空领域有超过8%的应用量，而我国在这方面的应用量则非常低。据估计，3D打印设备在我国企业级装机量在400台左右，2010年以来年增速均为70%左右，市场规模超过1亿元。

3D打印技术在航空领域的应用情况

欧美已将3D打印技术视为提升航空航天领域水平的关键支撑技术之一。3D打印技术在航空领域的应用主要集中在3类：1）外形验证，整机和零部件外形评估和测试、验证；2） 直接产品制造，例如无人机的机翼、云台、油箱、保护罩等，美国一些大飞机中也有多个零部件采用3D打印直接制造；3） 精密熔模铸造的原型制造，采用精密浇铸工艺来制作部件前的原型等。

国外应用情况

波音公司已经利用3D打印技术制造了大约300种不同的飞机零部件，包括将冷空气导入电子设备的形状复杂导管。目前波音公司和霍尼韦尔正在研究利用3D打印技术打印出机翼等更大型的产品。

空客在A380客舱里使用3D打印的行李架，“台风”战斗机中也使用了3D打印的空调系统。空客公司最近提出“透明飞机概念”计划，制定了一张“路线图”，从打印飞机的小部件开始，一步一步发展，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。“概念飞机”本身有许多令人眼花缭乱的复杂系统，比如仿生的弯曲机身，能让乘客看到周围蓝天白云的透明机壳等，传统制造手段难以使用，3D打印或许是一条捷径。

GE航空2012年11月20日收购了一家名为Morris Technologies的3D打印企业，计划利用后者3D打印技术打印LEAP发动机组件。GE把这次收购看作是对新制造技术的投资，认为具备处理新兴材料与复杂设计的工艺制造开发能力，对GE的未来至关重要。

美国空军对3D打印也报以厚望，近日与3D Systems签约，投资29.5亿美元用于其开发打印F-35战机部件和其他武器系统的3D打印系统。

国内应用情况

中航重机激光技术团队早在2000年前后，就已经开始投入“3D激光焊接快速成型技术”研发。目前，中航重机激光产品已经应用于我国多款新型飞机上，并起到关键作用。除了军用飞机，中航重机激光还在开拓世界最先进四代航空发动机最核心技术之一——整体叶盘应用市场，以及大型水面水下舰艇市场。

北航同我国主要飞机设计研究所等单位“产学研”紧密合作，瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，历经17年研究在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，并已在飞机大型构件生产中研发出五代、10余型装备系统，已经受近十年的工程实际应用考验，使我国成为迄今世界上唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。2013年1月18日，王华明联合研发团队凭“3D激光快速成型技术”获国家技术发明一等奖。3D打印对生产方式的变革

相比较传统制造业，3D打印在制造模式、流程、供应链等方面发生巨大变化。1）定制成为新标准。制造模式上，过去是生产线规模化生产，今后则可能更多的是数字化、个性化、分散化的定制生产，不再需要库存大量零部件，也不需要大量生产。2）缩短上市时间。3D打印无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期。3）更优越的产品性能。3D打印的产品是自然无缝连接，结构之间的稳固性和连接强度要高于焊接等传统方法。4）开放式的产品设计。3D打印产品设计者与消费者之间可以通过互动改进产品，这个互动是双向的，消费者也可以自己设计产品。5）改变离岸经济模式。3D打印对产品供应链有重大影响，选择生产地时，劳动力成本不再那么重要，而是考虑如何接近消费者，传统过程的供应链就变得短了，使得传统的离岸经济模式得以改变。

3D打印产业的未来发展前景

对于3D打印未来的发展前景，业界普遍看好。作为全国工业的主管部门，工信部准备组织研究制订3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定，研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。据报道科技部的3D打印相关战略规划也正在研究制定中，近期即将公布。高德纳（ Gartner ）公司2012年的新兴技术炒作周期报告判断：3D打印技术目前正在进入概念炒作的高峰阶段，在5～10年的时间内将迎来发展高峰（见图3）。

据Wohlers Associates报告分析，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增速。2011年3D打印产业的市场规模为17亿美元，到2016年产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元，其中零部件制造将占80%。而对于快速成型应用领域，则市场更为广阔。2012年，全世界快速成型制造的产值估计为230亿美元，2015年产值将会达到350亿美元。

不过3D打印技术要进一步扩展其产业应用空间，目前仍面临着一些瓶颈和挑战：一是成本方面，现有3D打印机造价仍普遍较为昂贵，给其进一步普及应用带来了困难。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，而且安全方面也存在一定隐患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度还不尽如人意，打印效率还远不适应大规模生产的需求，而且受打印机工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突。四是产业环境方面，3D打印技术的普及将使产品更容易被复制和扩散，制造业面对的盗版风险大增，现有知识产权保护机制难以适应产业未来发展的需求。

3D打印技术未来发展的主要趋势

随着智能制造的进一步发展成熟，新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域，3D打印技术也将被推向更高的层面。未来，3D打印技术的发展将体现出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趋势。

提升3D打印的速度、效率和精度，开拓并行打印、连续打印、大件打印、多材料打印的工艺方法，提高成品的表面质量、力学和物理性能，以实现直接面向产品的制造；开发更为多样的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、纳米材料、非均质材料及复合材料等，特别是金属材料直接成型技术有可能成为今后研究与应用的又一个热点；3D打印机的体积小型化、桌面化，成本更低廉，操作更简便，更加适应分布化生产、设计与制造一体化的需求以及家庭日常应用的需求；软件集成化，实现CAD/CAPP/RP的一体化，使设计软件和生产控制软件能够无缝对接，实现设计者直接联网控制的远程在线制造。

航空制造业整合3D打印技术的建议

我国是制造业大国，3D打印技术对中国诸多企业将是颠覆性的变革。我国航空制造业必须未雨绸缪，积极为迎接此技术革命做好准备。

（1）推进“产学研用”结合，拓展应用领域，延伸产业链，提高产业化程度。

（2）改变产品，如研发现有产品的数字版及3D打印所需相应的硬软件。

（3）改变制造过程和方法，将现有制造系统智能化自动化，引入3D制造系统，形成复合体系。增材制造和减材制造相辅相成，复合制造体系在今后将成为主流。

（4）改变商业模式。这一次新工业革命要求完全不同的价值获取与盈利模式，及相关的流程设计，资源配置和组织机构的形式。

（5）提前专利布局，在发展初期就要将目光放长远，不能满足于现有已经被国外企业掌握的核心技术，而是要更多的走自己的专利之路，努力发展创新技术，抢占技术先机，积极进行合理的专利布局，包括国际市场专利布局，同时摆脱对国外3D打印耗材的依赖，避免陷入不必要的专利泥潭，争取在未来的市场竞争中占据有利地位。

（5）GE收购3D打印企业，某种程度上给航空企业提供了借鉴：通过一些资本化运作手段，兼并收购一些具有核心技术的3D打印企业，以核心制造能力为重点，打造航空企业自身的价值元宝曲线，或许是在这次工业革命中实现快速赶超的有效途径。

（作者单位系中国航空工业发展研究中心）

参考文献

[1] Gartner Inc，Hype Cycle for Emerging Technologies 2012[R].2012.

[2] Wohlers Associates Inc.Wohlers Report 2012[R].2012.

[3] 王雪莹. 3D 打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业，2012，（26），3-5.

[4] 古丽萍.蓄势待发的3D 打印机及其发展[J].数码印刷，2011，（10），64-67.

4.航空制造技术论文 篇四

电子束加工是利用高能量密度的电子束对材料进行加工处理的方法，电子束作为一种热源，通过调整其能量密度、束斑直径、束流作用时间和材料本身的热物理特性，可以产生加热、熔化和汽化等多种加热效果。电子束加工包括焊接、打孔、热处理、表面加工、熔炼、镀膜、物理气相沉积、雕刻以及电子束曝光等，其中电子束焊接是发展最快、应用最广泛的一种电子束加工技术。电子束加工的特点是功率密度大，能在瞬间将能量传给工件，而且电子束的能量和位置可以用电磁场精确和迅速地调节，实现计算机控制。因此，电子束加工技术广泛应用于制造加工的许多领域，如航天、电子、汽车、核工业等，是一种重要的加工方法。

近年来，随着电磁场控制技术的发展，并结合电子束在磁场中易控的特点，开发了一种新型的电子束加工方法――快速扫描电子束加工技术。这种通过电磁场的控制实现电子束的快速偏转扫描的方法越来越显出其技术的优势，在航空航天制造领域中获得了广泛的应用。

快速扫描电子束加工技术原理与特点

快速扫描电子束加工技术的原理如图1 所示，就是通过对电子枪偏转线圈和聚焦线圈的控制，使电子束在工件上按特定的轨迹、速率和能量快速偏转而实现快速扫描电子束加工。由于电子束几乎没有质量和惯性，可以实现非接触的偏转，而且通过电压控制，可以在不同的位置切换时控制束流通断，这样，束流就可以在构件的不同位置以极高的频率切换。由于材料的热惯性，通过束流与材料的相互作用，在这些位置上就会同时产生冶金效果，实现电子束的扫描加工。如果在不同的束流之间改变聚焦位置或者束流强度，则可以实现多功能加工技术，如多束流加工技术、电子束“毛化”技术以及电子束快速成型技术等。

（1）多束流电子束加工(Multibeam Technology)是指采用2束以上的电子束对材料或结构进行处理和加工的一种方法。多束流电子束可以由多个电子枪产生，也可以由1个电子枪通过电磁场的控制而产生。电子束在不同的位置快速移动，由于移动的频率很高从而产生多束的效果。本文所提到的多束流电子束都是指由1个电子枪通过电磁场控制而产生的多束。

（2）电子束“毛化” 技术（Electron Beam Surfi-sculpt）是英国焊接研究所（TWI）Bruce Dance 等人近年来发明的一种新型电子束加工技术，它借助于电磁场对电子束的复杂扫描控制而在金属材料表面产生特殊的成形效果。其基本过程是在真空环境中，通过快速响应偏转线圈和复杂信号控制程序精确控制电子束流，使其按照某种特定的方式、特定的规律、一定的速度和能量作用于材料表面，并在材料表面形成金属的微小熔池。一旦材料开始形成熔池，电子束将通过磁场的扫描控制被迅速转移到其他位置，而熔化的液态金属在表面张力及金属蒸汽压力的共同作用下，向束流移动相反的方向流动，并在熔池后方快速冷却、凝固。随着束流的重复扫描，熔池前端的金属被继续转移到熔池后端，经过不断的堆积、冷却、凝固，逐渐形成一定形状和大小的“凸起”（毛刺），产生表面“毛化”的效果，而在熔池前端形成很小的凹坑或者凹槽状的“刻蚀”。

本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布（3）电子束快速成型技术（Electron Beam Melting，EBM）是一种集成了计算机、数控、电子束和新材料等技术而发展起来的先进制造技术。电子束在计算机的控制下按零件截面轮廓的信息有选择地熔化金属粉末，并通过层层堆积，直至整个零件全部熔化完成；最后，去除多余的粉末便得到所需的三维产品。与激光及等离子束快速成型相比，电子束快速成型技术具有能量利用率高、加工速度快、运行成本低、高真空保护等优点，是高性能复杂粉末冶金件的理想快速制造技术。

快速扫描电子束加工技术的国内外现状 多束流加工技术

电子束扫描技术早在20世纪70 年代就已经用于消除电子束焊接缺陷，但是由于控制技术的限制，最近才开始用于多束流焊接和其他加工技术。德国Steigerwald、PTR和Pro-beam等公司都进行过相关研究，主要是在束流偏转设备方面；Aachen大学的焊接研究所在这方面的研究也比较多，主要是在多束流的束流品质、能量分配及加工过程中热、力、冶金的相互作用方面。英国焊接研究所的Oliver Nello等人设计和建立了可编程偏转系统，该系统具有使电子束在X、Y轴快速偏转并以相似的速度调节电子束焦点（Z轴）的能力，可用于电子束多束流焊接过程应力变形控制的研究。

在国内，北京航空制造工程研究所“十一五”期间在国家自然科学基金（多束流电子束加工的热效应）的基础上搭建了多束流技术试验平台，开展了多束流扫描控制技术的研究，并用于电子束焊接过程中应力和变形的动态控制，降低了试件的焊接残余应力，从而减小最终变形。上海交通大学曾对扫描轨迹可控的电子束加工技术进行研究，初步实现了扫描方式的灵活控制，并尝试进行了一些相关的试验，但由于试验设备等条件的限制，比较侧重于理论方面的验证和控制平台的搭建，相应系统有待于进一步优化和完善，工程应用研究也有待于进一步的开展。电子束“毛化”技术

自发明电子束“毛化”技术以来，英国焊接研究所在该领域开展了大量的研究工作，开发了成熟的电子束“毛化”设备，而且在工艺研究方面也取得了长足的进步。通过控制电子束的工艺参数(包括电子束的加速电压、电流和聚焦)，加上特殊的扫描波形，即可在不同的金属（如不锈钢、钛合金及铝合金等）上产生各种不同的表面，包括高宽比大的尖峰突起、蜂窝结构、无毛刺的孔穴、刀刃、通道、旋涡和网纹。

对任何纹理的结构，都可以通过改变尺寸、形状、入射角和特征分布来定制客户所需的表面。目前已经成功制备尺寸从10μm~20mm的毛刺。图2是电子束毛化的几种表面形貌。该技术不仅能够加工其他工艺无法实现的表面造型，而且在真空操作下可以避免表面污染。

在国内，有关电子束“毛化”技9术的研究刚刚起步，北京航空制造工程研究所在现有电子束焊接设备和电子束加工技术的基础上率先开展研究，通过分析电子本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布 束“毛化”技术的原理，设计了快速偏转扫描线圈，搭建了电子束扫描控制系统，实现了电子束“毛化”技术，并在不同的金属表面产生不同的毛化形貌，见图3。3 电子束快速成型技术

相对于激光及等离子快速成型，电子束快速成型出现较晚，但自2001年瑞典Arcam公司确立电子束快速制造技术以来，该技术凭借在粉末近净成型精度、效率、成本及零件性能等方面的独特优势，在国外很快成为研究前沿。美国北卡罗来纳州大学、英国华威大学、德国纽伦堡大学、波音公司、美国Synergeering集团、德国Fruth Innovative Technologien公司及瑞典VOLVO公司积极开展了相关研究工作。研究表明，EBM能显著地减少生产时间并降低生产成本，尤其适合形状复杂金属部件的小批量生产，任何外表奇异复杂的金属部件都可以一次快速成型。其技术与设备被用于生产零部件的直接制造业，并在航空制造、汽车制造、医疗植入物及模具制造等领域均有出色表现。

目前，国内航空航天、汽车及生物医学等领域对复杂结构及多孔结构有巨大需求，但由于电子束快速成型设备及工艺还不成熟，暂时无法满足航空航天高性能复杂零件实际应用要求。清华大学进行过电子束选区快速成型技术研究，并购买了1 台中压的国产电子束设备，将其真空室进行改造，增加Z 向工作台，安装铺粉系统，利用电磁场的控制使电子束按照预定的轨迹进行逐行扫描，从而实现简单的三维零件的快速成型。由于束流品质（如束斑品质、束流稳定性、聚焦效果等）的影响，电子束扫描控制的精度和灵活性还有待进一步提高，制作试件的质量检测和力学性能也正在研究中。

快速扫描电子束加工技术的应用 多束流电子束加工技术

多束流电子束加工技术主要应用于多束流焊接技术，用于提高焊接效率，减少焊接变形，改善难熔易裂材料的焊接性、焊缝性能等。多束流电子束的应用可以方便、迅速（通过电磁场非接触地控制几乎没有质量的电子运动）地调节电子束加工过程中的热量分布，从而对其力学过程和冶金过程进行动态控制，减小应力和变形，防止焊接过程中的热裂倾向，形成高质量的加工部件。图4是德国Pro-beam 公司采用3束电子束同时焊接的实例，结果表明与单束电子束焊接相比，此种方式可以明显减小齿轮焊接变形，而且大大提高了加工效率。

另外，多束流电子束加工技术还可用于异种材料的连接：通过调节不同位置的停留时间，控制在不同区域的能量输入。例如，接头一边的材料熔化，而另一边的材料仍处于加热状态（扩散焊），这样就可以实现固态不完全熔化的异种材料的有效连接。可见，多束流电子束加工技术在多方面都有很大的应用潜力。电子束“毛化”技术

英国焊接研究所正在研究将电子束“毛化”技术应用到金属与的连接技术上，将这种技术称为Comeld技术。该技术先通过电子束“毛化”在金属表面上形成毛本文由振动流化床干燥机http://czcbgz.com 双锥回转真空干燥机czcbgz.com 联合整理发布 刺，预处理后将复合材料置于金属上，通过加温、加压共同固化，即可得到这种金属和复材连接的Comeld接头，如图5 所示。

根据TWI的研究，这种Comeld接头比传统的同尺寸接头能承受更高的载荷，断裂前吸收的能量也远高于后者，而且可以通过优化毛刺的结构及分布形式提高这种接头的韧性。此项技术在未来金属与复合材料连接领域有着重要的应用。

另外，电子束“毛化”技术还可以用在金属材料的表面改性如涂层制备上，如图

6、图7所示。这种表面处理技术在促进基质与涂层的粘合方面具有非常广阔的应用前景。它可以通过增加表面粗糙度来增加涂层附着力，避免分层。毛刺的形状与尺寸可以影响涂层的微观组织，甚至可以改变涂层表面上的裂纹生长机理。同时，凹入特征改善了同邻接部件的机械互锁，而突出特征有助于关节界面均匀分布应力。该技术的灵活性还可应用于定制特殊表面，例如，将突起特征排列在最大应力的方向，或者改变结构特征的密度使部件上应力均匀分布。由于该工艺在真空下完成，生成的表面非常洁净，有助于连接应用。3 电子束快速成型技术

电子束快速成型技术一经面世即引起各国众多科研机构以及制造业界的高度重视，目前已有美国、德国、意大利及日本一些高技术公司和科研机构将该技术用于机械制造业以及航空航天、汽车和医疗植入器材等领域。美国Calcam公司采用电子束快速制造技术制备出了全致密、力学性能优于锻件的Ti6Al4V叶轮部件。瑞典Arcam公司采用电子束快速成型技术制造了特殊的钛合金点阵结构及复杂的部件，见图8和图9。

国内在无法获得设备及相关技术的条件下进行自主开发研究，在钛合金电子束快速成型研究方面取得了较大的进展。西北有色金属研究院多孔材料国家重点实验室开展了电子束快速成型工艺的研究工作，在钛及钛合金复杂结构及多孔结构的电子束快速制造工艺、应力及变形控制方面积累了实践经验，并制造出复杂的钛合金叶轮样件。

结束语

快速扫描电子束加工技术在国外已经相当成熟，在航空航天、汽车、医疗等方面的应用也越来越广泛。国内众多研究单位进行的一系列基础理论和应用研究为快速扫描电子束加工技术的发展奠定了基础，尤其是近几年随着控制技术的发展，快速扫描电子束加工技术在国内发展迅速，已经逐渐应用到工程实践中，进一步推动了国内精密制造技术的发展。(end)文章内容仅供参考()()(2010-8-27)

5.航空制造企业设备的管理论文 篇五

摘要：作为高新技术的重要组成部分，航空制造相关技术投入大、专业性强，风险也较大，为了在激烈的市场竞争中立足，航空制造设备的创新管理与控制成为企业在市场中取得竞争优势的重要举措之一，因此应加强对航空制造企业设备管理。本文从航空制造企业设备管理存在的问题、对设备进行管理与控制的重要性等方面进行了分析，并就加强设备管理与控制问题提出了具体建议。

关键词：航天航空；企业设备管理与控制；对策分析

航空制造行业对于整个国民经济的发展具有不可或缺的作用，航空技术水平更反映了一个国家的综合实力，使航空制造企业的科学发展成为推动经济发展、科技水平提高的内在要求。设备的管理与控制便成为使该领域企业实现稳定、创新发展的重要基础。航空制造企业设备多呈现出自动化、精密化、高速化等特点，能否对其进行合理管控，对航空制造企业的发展具有重大影响。

6.航空制造技术论文 篇六

摘要：人力资本定价在中国还处于起步阶段，缺乏相应的研究以指导实践。在简要回顾国内外人力资本定价研究发展现状的基础上，对中国航空制造企业人力资本定价实践进行了统计分析，目的在于识别中国航空制造企业人力资本定价实施现状及薄弱环节，从而为中国航空制造企业开展人力资本定价提供参考。

关键词：人力资本定价；统计分析；因子分析

自1960年舒尔茨提出人力资本的概念后，人力资本定价制度已引起了世界各国学者的广泛关注，并已成为了当前人力资本理论研究的一个前沿问题。因此，研究人力资本定价，尤其是为人力资本相差甚大的差别定价找到科学依据，对企业的管理实践具有现实的指导意义。本文结合我国国情及航空制造企业自身的特点，通过对中国航空制造企业人力资本定价实践的统计分析，探讨中国航空制造企业实施人力资本定价的现状及薄弱环节，从而为航空制造

企业人力资本定价实践提供参考。

一、中外人力资本定价研究发展现状

从20世纪60年代起，在舒尔茨、贝克尔、明塞尔等人力资本理论开拓者的着作中都对人力资本定价理论有了初步的研究。20世纪80年代起，经过罗默、卢卡斯、斯科特等一批经济学家的努力，形成了以构建技术内生化的新经济增长理论，将人力资本因素作为一个独立变量引入经济增长模型。但这些研究主要集中在宏观层面上分析人力资本对社会经济增长的作用，并未从企业这一微观层面分析人力资本定价问题。

中国学者对人力资本理论的研究是从20世纪90年代初开始的，人力资本定价理论研究从经济理论角度分析的有汪丁丁、周其仁、方竹兰、李宝元、冯子标等人，他们的研究方向主要集中在：从企业契约理论和委托――代理理论角度探索企业人力资本剩余索取权与控制权的实现；从马克思劳动价值理论角度寻找人力资本定价的理论源泉；从人力资本股权化角度提出人力资本运营论；通过企业绩效和报酬敏感性分析建立人力资本定价模型；采用布莱克――斯科尔斯的期权定价模型进行人力资本股票期权定价；从资本资产定价模型推导人力资本定价模型等。从管理学角度分析的有张文贤、李世聪、徐国君、樊培银、徐凤霞等人，他们提出了管理入股、技术入股、人力资源当期价值理论、完全价值测定法、未来净资产折现法、调整后的完全价值法等众多人力资本价值计量方法，这些研究基本上还集中在对西方人力资本理论的介绍和推广上。虽然人力资本理论的提出已近半个世纪，但由于人力资本定价的研究角度较为分散，导致目前并没有形成占主导地位的理论，而对于具体企业（尤其是航空制造企业）如何实施人力资本定价的相关研究还很少，本文正是针对这一现状展开研究的。

二、中国航空制造企业人力资本定价实施现状

为全面科学分析中国航空制造企业人力资本定价实施现状，根据人力资本定价基本内容、航空制造企业中高层管理者和高校从事人力资本定价研究的专家学者的意见以及国外在这方面的成功经验，设计了22个有关人力资本定价的问题，选择了分布在北京、上海、南京、郑州、沈阳、南昌、成都、西安、贵阳等不同地区的航空制造企业进行了问卷调查。对所获问卷整理后，运用SPSS统计软件进行描述性统计分析和因子分析。

总第388期

对所收集的数据进行描述性统计分析，被调研的航空制造企业已经考虑人力资本定价的内容及实施问题，目前中国航空制造企业在人力资本定价实践中首先关注企业剩余索取权分享设计（股票期权、员工持股、利润分享等）；其次企业注重对以技术人员为主的特殊群体进行薪酬激励，这也说明目前中国航空制造企业已意识到技术创新对提高企业竞争能力的重要性。关注管理创新激励的贡献率，表明中国航空制造企业在注重技术创新的同时，在管理创新激励方面已经开始有所行动，但实施的力度还很不够。对于高管人员招聘、经理层和员工绩效评价，系数都比较小，说明中国航空制造企业对这些方面重视程度不够，认为对激发人力资本的创造性不会产生显着效果，同时也说明大多数中国航空制造企业还没有实施这三方面的人力资本定价实践。

人力资本定价是一个系统的实施过程，它要求企业在人力资本定价的视角下考虑从经理层到员工、从技术人员到管理人员的激励问题，营造积极向上的人力资本环境和工作氛围，即从企业剩余索取权分享设计、激励对象及激励方式设计、高管人员招聘、绩效评价等方面考虑人力资本定价问题，也就是要求企业在人力资本定价的理念下开展各种经营管理活动，赋予上至高管人员下至普通员工的真正价值，以创造公平的人力资本激励环境。

包括航空工业在内的中国“军工人”从来就不缺乏爱国的激情，但试想哪一个当今世界强国又缺乏这种爱国热情呢？我国航空工业顶尖技术创新人才的薪酬待遇相对较低，以与航空密切相关的航天为例，不与国外比较，即使在国内比较，航天工业的科研骨干与中关村科技人员的薪水也相差好几倍，他们中的许多人都有拒绝高薪聘请的经历。所以，爱国并不是给航空制造企业技术创新者低薪的理由，更不应是对他们的道德禁锢。如果此种薪酬体制持续下去，必然会引发航空制造企业的高值人力资本的不稳定，造成的后果一方面是挫伤高值人力资本的`积极性，另一方面是航空制造企业不能形成核心竞争力，或核心竞争力不能相对稳定，最终导致企业在市场竞争中处于不利地位。

伴随着我国加入WTO，我国经济融入世界经济大潮的步伐大大加快，外资企业大举进入，中资企业也走出国门挤入世界市场，包括航空制造企业在内的中国企业面临的最大冲击是对人力资本的“抢夺”，特别是引领核心竞争力的高值人力资本的被挖掘，这必然影响到我国航空制造企业

的发展和国防能力的提升。因此，为了提升航空制造企业的竞争能力，提高企业人力资本尤其是高值人力资本的薪酬水平，就自然地成为了人力资本定价的指导思想。特殊群体薪酬设计应根据管理人员、技术人员等的特殊贡献给予报酬；对给予企业合理化建议等管理创新人力资本要赋予其多种多样的精神激励和物质激励；经理层和其他高管人员应形成公开透明的选聘制度，激活人力资本。企业剩余索取权分享主要包括股票期权、员工持股、利润分享等，目前我国航空制造企业在这方面做得相对较好，如董事薪酬水平与公司绩效紧密挂钩，企业对不同部门或企业与员工之间，有根据成本节约或收益增长为基础的分享计划等，但还存在很多问题。如未能对员工或团队严格按照任务目标进行绩效评估，经理层薪酬缺乏动态激励等。对于经理层和员工绩效评价，整体的意识和行为都很薄弱。所以，企业应建立科学的、公开的绩效评价体系，加强对经理层和员工的考核，为人力资本定价奠定基础。

根据以上分析，中国航空制造企业在人力资本定价实践中存在的不足主要集中体现在两个方面：（1）虽然目前中国航空制造企业也对人力资本定价有所考虑，但大多数企业还没有真正采取有效的方法和措施来实施人力资本定价；（2）即使有些航空制造企业实施了人力资本定价的某些方面，但仅仅注重企业剩余索取权分享设计，而对人力资本定价的其他方面关注得很少，如管理创新激励、经理层和员工绩效评价等。

目前，航空产业已被列入《――国家中长期科学和技术发展规划纲要》的国家重大专项和“十一五”期间优先发展的高技术产业，这充分体现了航空工业在整个国民经济系统中所占据的重要地位。全面实施人力资本定价，由过去单一的制度约束变为现在的制度激励，能够激发中国航空制造企业技术人员和管理人员的创新潜力，从而提高航空工业的自主创新能力。

在西方一些国家领先企业的经营实践中，为了激励人力资本、提升其价值，构建以CEO为核心的公司治理结构，采用创新的平衡记分卡（BSC）和经济增加值（EVA）工具，对经营层人力资本与总体人力资本的努力方向及其创造价值进行衡量和引导。闻名世界的微软公司就是通过有效的激励，使大批人才献身于微软事业的。

从国际经验角度看，只有在经营和管理的全过程中实施人力资本定价，才能够帮助中国航空制造企业真正地实现以人为本，才能真正提高中国航空制造企业在国际上的竞争力。为此，企业首先要从人力资本定价的源头抓起，制定和完善公开透明的招聘制度，创造公平的人力资本环境，以保留和吸引高值人力资本。其次，企业在注重技术创新的同时，也必须重视管理创新激励，如可以建立以改进的平衡记分卡（BSC）为基础的剩余索取机制对经营管理人员进行激励。再次，各航空制造企业要结合自己的实际情况，构建合理的绩效评价体系，形成一个集成化的人力资本定价系统。最后，我国航空制造企业要注重借鉴国内外先进企业的成功经验，在国际化的视野下开展人力资本定价，结合自身的实际情况，形成具有本企业特色的人力资本定价机制。

总之，在融智重于融资的今天，人力资本定价是我国航空制造企业提升竞争能力的重要途径，我国航空制造企业可以通过实施人力资本定价提高国际声誉，加入到国际知名企业的人力资本定价系统中。同时，通过开展人力资本定价，我国航空制造企业可以减少人才流失，为企业获得持续的创新能力和竞争优势积累智力资本，从而提高企业的经济绩效。只有这样，我国航空制造企业才可能成为全球人力资本尤其是高值人力资本的汇聚地，并在全球激烈的人力资本竞争中赢得一席之地。

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7.航空制造技术论文 篇七

一、自主创新能力的内涵与构成自主创新能力就是依靠一个国家

自身的力量 (或基本依靠自身力量) 进行创新的能力。自主创新能力是多种能力复合作用的结果, 它既包括创新主体对资源的掌握和运用能力, 也包括使创新主体资源能力得以实现的载体和外部环境所做的贡献, 既包括科技成果的创造能力即产出能力, 也包括新产品及市场品牌的培育能力。

基于以上理解本文将自主创新能力可分解成以下五个要素:研究开发能力R&D、生产制造能力、价值实现能力、组织管理能力、自主创新环境。并进一步细化分析自主创新能力构成体系:研究开发能力R&D包括研发经费投入、研发人员投入、自主创新产品率;生产制造能力包括设备水平、人员素质;价值实现能力包括市场调研能力、市场开拓能力、新产品收益能力;组织管理能力包括创新战略管理能力、创新机制建立与运作能力、创新过程管理能力;自主创新环境包括政策支持、金融支持、教育支持。

二、航空企业自主创新能力的特点

航空制造企业的自主创新能力是企业为了满足国防和航空产业发展的要求, 整合和运用内外部各种创新资源, 在实现自主创新目标的过程中所表现出来的各种能力的有机综合, 所以航空制造企业的自主创新能力应该具有以下特点:

1. 系统性。

航空制造企业的自主创新是一个复杂的系统化过程, 存在着众多各创新要素间的相互作用, 这些相互作用是非线性作用。在创新过程中必须把各类创新资源有效地组织起来, 从而使企业自主创新能力整体发挥功能。

2. 开放性。

开放性表现在航空制造企业需要根据情况, 吸收外界的能力要素来完善企业内部的能力结构, 同时要借助企业之外的创新资源要素, 以弥补企业自身创新能力的不足。

3. 内生性。

航空制造企业的自主创新能力是企业通过多年的学习、实践, 在技术创新过程中逐渐积累形成的, 没有任何企业之外的力量和过程可以替代。

4. 动态发展性。

这种运动既可以是上升过程 (自主创新能力提高) , 也可以是下降过程 (自主创新能力衰退) 。通过培养和提升, 企业自主创新能力可以得到不断加强。

三、航空制造企业自主创新能力评价指标体系

本文从航空制造企业的特征出发, 寻找出影响航空制造企业自主创新能力的关键因素, 并在国内外关于自主创新的研究基础上, 设计出航空制造企业自主创新能力评价指标体系。其中一级指标六个分别为:X信1息的获取能力、X 2研究开发能力、X3生产制造能力、X 4价值实现能力、X5组织管理能力与X 6自主创新环境。二级指标17个分别为:X11信息的搜集、X12信息的利用、X13信息的管理;X21研发经费投入、X22研发人员投入、X23自主创新产品率;X31设备水平、X32人员素质;X41市场调研能力、X42市场开拓能力、X43新产品收益能力;X51创新战略管理能力、X52创新机制建立与运作能力、X53创新过程管理能力;X61政策支持、X62金融支持、X63教育支持。三级指标32个分别为:X111相关信息搜集的种类、X112信息搜集的范围、X121信息的分析加工、X122及时向企业研发部门提供与否程度;X131信息的检索方法、X132是分散管理还是集中管理、X133被企业研发部门的利用程度;X211研发投入占企业营业个的比例、X212企业自筹经费占研发投入的比例、X213企业研发经费投入增长率、X221研发人员占企业人员的比例、X222中高级职称人员占研发人员的比例、X223创新队伍中有无科学家以及工程师、X231自主创新产品占总产品的比重;X311生产设备装备水平、X312生产设备新度、X321生产技术工人素质;X411市场调研费用投入强度、X421营销投入强度、X422营销网络覆盖率、X431新产品销售收入比重、X432新产品利润比重;X511创新的预测与评估能力、X521创新激励机制水平、X522与外界研究和合作能力、X531创新频率、X532创新成功率;X611财政资金占创新活动经费筹资额的比重、X621金融贷款占创新活动经费筹资额的比重、X631硕士占R&D人员比重、X632博士占R&D人员比重、X633院士占R&D人员比重。

四、提高航空制造企业自主创新能力的主要路径

提高航空制造企业的自主创新能力, 既要遵循自主创新的一般规律, 又要结合行业发展的现状和阶段性特点。因此要提高我国航空制造企业的自主创新能力, 必须在下述四个方面建立和完善自主创新体系。

1.“自主创新, 情报先行”。

企业的研发人员在进行研发之前只有加大技术信息搜索和查询的力度, 充分掌握信息资源, 才能把握前人已积累的经验, 获得竞争对手正在从事的有关研究情况, 避免重复研究和开发。

2. 推进自主创新方式的转变。

通过对航空院所实行“精化分立、重组整合”, 形成和巩固航空产业的核心竞争能力和比较优势, 并在此基础上增强比较优势, 逐步形成绝对优势。

3. 自主创新要与引进消化吸收相结合。

要发展中国的航空工业, 必须按国际规则办事, 不但要全力加强自主创新, 也要积极开展国际合作, 引进消化吸收国外的先进技术。

4. 加强与提高自主创新能力相适应的人才队伍建设。

8.航空制造技术论文 篇八

军民机叠加发展，航空制造业最好的发展时期即将来临。航空装备制造两个推动因素：经济转型对民用航空制造业提出战略发展需求；军用航空装备全面推进。未来5-10 年国内航空制造业迎来军民机叠加发展的良好局面；预计未来5-10年国内军费年均复合增长12%-13%，军用航空是发展重点，预计增速约15%；在经济高端转型迫切需求下，预计民用航空制造无论支持力度还是发展进程都会超预期；军民用航空制造年均复合增长率预计18%以上。

航空制造受益先军后民。民用航空受益先后顺序为通用航空、支线航空、干线航空；通用航空受益最大的为直升机和通用小型飞机，公务机短期依赖合资合作发展与过去10 年主要是三代歼击机量产不同，未来5-10 年除三代歼击机机持续量产外，预计大型军用运输机、加油机、舰载机、先进军用直升机、高级教练机都将量产，四代歼击机和新型轰炸机进入初步量产阶段，此外军机出口规模发展，军机全面推进主导未来5-10 年军用航空稳健增长。

从国家发展航空制造战略需求角度，预计民用航空发展政策推进脚步越来越近；从产品发展成熟度判断，民用航空发展先后顺序为通用航空、支线航空和干线航空，通用航空受益最大为直升机及其产业链、通用小型飞机。