航天产品制造技术与装备发展趋势分析2.1.3

2.1.3.1　精密金属成形

铸造专业重视发展性能和成形能力兼顾的轻合金铸造材料，以及熔模铸造、精密砂型铸造、铸件热处理变形控制技术，提高大型薄壁构件的成形精度与质量。从熔炼、造型、精整等关键工序为切入点，研制专用装备，减少人为因素，降低劳动强度和污染，进一步提高产品批量生产效率和质量。

钣金专业开展柔性精密成形技术研究，改变小钣金件手工成形的现状，力争实现机械化成形；开展大型薄壁结构件整体成形技术研究，提高成形精度，提升产品性能；开展超塑成形工艺研究，实现难成形材料和复杂构件的极限成形；开展数字化成形技术研究，加强模拟仿真技术应用，提高大型构件一次成形合格率；研制具有自主知识产权的钣金成形设备或配套设备，提升成形自动化水平。

热处理专业技术发展应着眼于高效益、低能耗、低污染和高质量，开展真空热处理、高压气冷淬火、真空低压渗碳和激光热处理等先进技术研究。虚拟热处理是国内热处理发展的捷径，是精密热处理的重要前提，是高效热处理的核心技术，是经济热处理的重要组成部分，是清洁热处理的体现和热处理产业化的支撑技术，虚拟热处理赋予热处理强烈的时代特征。虚拟热处理为特大型关键构件的热处理前期研究提供必要支持，为制定和优化工艺提供依据。虚拟热处理覆盖所有热处理方法、所有关键构件、所有热处理工艺，关系热处理整体技术水平。发展以智能热处理技术为代表的先进热处理技术，使用数学建模、物理建模、实验测试相结合的方法，在准确预测材料组织性能变化规律的基础上优化热处理生产工艺，实现热处理工艺的设计与优化、热处理装备的设计与优化、热处理工艺过程的智能控制，改善产品质量，节约能源，提高生产效率，实现清洁生产。

2.1.3.2　精密超精密加工

加强高精度、高稳定性专用超精密设备的研制。对于一些特殊要求零件的加工，购置的国内外通用机床设备和测量仪器不能完全满足生产的需要，应当针对航天产品的特点，加强专用特种超精密加工设备和仪器的研制，满足关重件高精度、高效率、低损伤的加工要求。

发展高精度工具制备技术。深入研究高精度直线刃金刚石刀具制备技术，开展圆弧刃金刚石刀具的制备技术的研究。加强适用于金属基复合材料等难加工材料和微细零件精密加工要求的精密刀具、钻头、丝锥等的研究。

开展集成制造研究。超精密加工技术发展到现在已经不是一项孤立的加工方法和单纯的工艺问题，作为集成系统应当面向产品需要，对加工设备、刀具、装夹、切削工艺和加工环境等进行深入工艺集成的研究，需要成批量、大规模的扩充精密加工和检测设备，形成系列化、专业化、标准化、规模化的生产体系。

2.1.3.3　数控机械加工

近几年，航天航空企业越来越重视数控机床的高效运作，逐步采用了多种技术手段来提高零件加工精度和数控机床的利用率。在型号产品研制与生产需求牵引下，高速加工、复合加工、变形控制和单元制造新模式建立是数控加工的发展方向。

全面开发支撑高速切削的技术方法和软件，加强自动化数控编程和加工工艺系统优化研究。机加专业近年来在数控加工工艺上做了大量工作，在自动化编程和加工工艺方面取得了许多科研成果，要建立和完善编程软件和基础的切削参数数据库，尽快全面应用于实际生产。

加快新材料、新工艺研究成果的应用。随着航天工业的发展，对轻质、高强、高可靠性材料的要求愈发迫切。 目前机加专业在新材料和新结构上进行了很多的先进加工技术探索，开展了多轴联动、车铣复合、超声振动辅助、低温超低温等加工技术研究，研究了超高强度钢、钛合金、复合材料等难加工材料的高效切削工艺，均取得了一定的研究成果，并在某些零件上得到验证和初步应用，但这些成果有待加快在航天航空零件数控加工上规模化应用。

提高数控设备的利用率与综合集成效率。 目前航空机械加工车间已经引进了一定数量的国内外先进数控加工设备，主轴转速普遍高达24000 r/min，但是由于缺乏配套的先进工艺技术作为支撑，造成多数高档数控加工中心未能充分发挥作用，机床主轴转速利用率徘徊在60%～70%，机床有效利用率不到40%，设备效能没有达到充分发挥。因此，如何利用好已有机床，充分挖掘其加工能力，提高主轴转速和主轴功率利用率，发挥机床更大的效能，是当前迫切需要解决的问题。

深入开展数控机床和刀具管理、DNC系统的集成、数控加工在线测量、机床动态性能分析等方面的系统研究，优化切削加工参数、建设数控加工标准规范体系，提高数控加工综合能力。

2.1.3.4　特种加工

1）电加工

近年来，电加工专业在得到充分发展的同时，在航天型号产品研制生产中的应用范围与应用深度，尚存在明显差距。

对电加工技术的研究不够深入，应用领域不够明晰。 目前，航天制造企业对电加工普遍存在加工效率低的认识；然而，国外先进电加工技术在强调其加工难切削材料能力的同时，已注重采用诸如电弧加工等新的工艺方法，提升整体加工效率，尤其是加工高温合金、金属基复合材料的效率；因此，有必要开展电弧加工等新兴电加工技术的研究，以突显其优势，扩大其应用范围。

电加工设备开放性有待提升。 目前，航天航空制造企业引进的电加工设备多为面向模具生产的进口设备，加工采用专家系统，提供的工艺知识库面向的材料相对单一，开放性、兼容性不佳。航天航空制造领域常面对各种特殊材料，因此有必要针对金属基复合材料、导电陶瓷等材料，开展深入的工艺研究。

2）增材制造

我国航天领域可依据《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》制定了航天领域3D打印技术发展战略，广泛发挥各方面的技术优势，积极探索航天产品零部件采用3D打印技术生产的种类和技术可行性，并深入开展相应的工艺条件研究与产品可靠性、环境适应性验证，积累丰富的数据和经验，让3D打印技术为航天武器产品的研制生产带来更大的效益。

（1）加快自主研发，形成技术特色。

现今国内的3D打印技术与国外差距还很大，如加工精度、加工效率，成形制件的表面质量、致密度、组织结构、力学性能等方面。由于航天技术军民两用的特殊性，航天领域受国外技术封锁较严，难以引进复合型尖端装备。因此，积极发展国内3D打印技术，开展3D打印装备及工艺研究，显得十分迫切。

在技术发展上，一方面要开展产学研结合，提高研发起点；另一方面是要加快自主研发，实现技术自主可控，掌握核心技术，逐步形成有航天3D打印技术特色。在机理研究和高难度复杂结构制造不具有先发优势的情况下，高效、低成本3D打印制造或许是一个突破口。

（2）合理规划，有序推进工程化应用。

在技术的工程化应用上，统筹规划，合理推进，从典型产品入手，逐步扩大研究应用范围。依托国家课题，开展3D打印相关设计、软件、工艺、材料、装备、应用、标准及产业化的系统性整体性攻关，推进建设3D打印制造技术与其他先进制造技术融合的新型数字化制造体系，从简单结构和易打印材料起步，循序渐进开展航天产品工程应用。

（3）航天产品3D打印的产业化。

加大对航天产品3D打印技术的研发和产业化投入。充分利用现有政策渠道，加大对航天产品3D打印技术研发和产业化的支持力度。推动设立航天产品3D打印产业发展资金，重点支持航天产品3D打印领域的关键共性技术研发、第三方检测试验平台建设、加强应用示范和产业化。加大研发投入力度，突破关键核心技术与工艺。加强与该行业先进国家的技术交流与合作，研究建立以现有的研究机构和主要企业为主体的产业创新联盟，加强产学研的沟通与交流。

（4）建立航天产品3D打印示范平台。

加快建立航天产品3D打印示范平台。在航天内筛选技术条件好、应用需求大的代表性单位建立航天产品3D打印应用示范基地，针对航天产品应用需求，开展相应的3D打印设备研制、基础工艺研究以及工程化应用研究；形成以3D打印系列化装备研制等为特色的航天品研发基地，并逐步建设成为3D打印国家研发基地、人才培养和学术交流平台；为航天、低碳经济、国防建设、交通运输、先进制造、新能源等提供科技与人才支撑，分步骤、分层次开展应用示范，形成通用性、标准化、自主知识产权的应用平台，加快推进产业、技术与应用协同发展，积极探索和积累航天产品3D打印技术的运营和管理经验。

2.1.3.5　表面工程(www.xing528.com)

在电/化学沉积以及表面强化与改性技术方面，一是要大力推进新工艺和新设备的复合应用，开发具有高硬度、抗磨损、抗高温氧化腐蚀、隔热和抗冲刷等性能的纳米薄膜和多元多层复合薄膜，并提高涂层质量稳定性；二是要不断开发与之相配套的绿色沉积技术，进一步减少对环境的负面效应。

随着航天航空企业向着高新、高附加值、绿色环保的方向转型发展，结合现役、在研和潜在的型号需求，采用磁控溅射技术对高附加值价、高精密、高性能、智能型的航天航空特种功能薄膜进行开发和加工将是重点发展技术之一，将充分发挥该技术优质高效高速、可靠稳定、效费比高和绿色环保的优点。

在气相沉积高性能润滑薄膜研究方面，随着我国航天航空产品的进一步发展，特别是火星探测及空间站等计划的启动，运载工具的可重复使用和应用型卫星的超长寿命等日益成为空间表面工程研究者关注的焦点，后续的研究重点为：①空间运载工具用超高速、重载下润滑材料的制备，运动部件在液氢、液氧及双氧水等强氧化还原介质中的可靠润滑；②空间机械用超低摩擦、低摩擦噪声、长寿命及高可靠性固体润滑薄膜的制备技术，以及超高真空下材料之间的冷焊防护及防粘着；②超低挥发、宽液体温度范围（如-75～300℃）下使用的液体润滑剂的设计合成；④强辐射（紫外光和原子氧等），高、低温交变作用下润滑防护材料的制备技术，微重力条件下液体润滑剂的润湿、爬行、流动及润滑行为。

2.1.3.6　树脂基复合材料成形

广泛应用复合材料低成本技术。为进一步降低复合材料成本、扩大高性能复合材料的应用领域，必须深入开展高效、低成本制造的研究工作，如液体成形技术、树脂膜渗透工艺、真空辅助树脂转移法、自动铺带技术、自动纤维铺放技术、热塑性复合材料的变形成形工艺等技术。

强化工艺模拟及仿真技术研究。从理论上建立了复合材料树脂流动与浸渍、抑制孔隙产生、热传递及固化动力学模型，建立了固化模型及树脂压力监测系统，指导和优化固化工艺，有效防止产品缺陷的形成，控制尺寸精度，提高产品质量。同时，加强复合材料缺陷对性能的影响研究，为设计制定合理的验收条件提供依据，从而提高产品合格率。开展基于三维模型的复合材料工艺设计与面向生产现场的复合材料三维数字化制造技术研究，实现复合材料构件的三维工艺设计、可视化工艺指导及虚拟装配仿真等。

建立标准规范。复合材料的研究和工程应用过程要注意和重视文件标准和规范的制定与执行。在标准规范的制定上要统一，开发编制国标、航标和企业标准，提高最终产品的一致性，其目的在于将复合材料的设计和鉴定文件化、规范化，形成统一指南，减少风险和降低成本。在设计上，虽然采用了“积木式”设计方法，但其材料许用值和设计许用值的确认缺乏科学方法，富裕度较大，导致复合材料优势不明显，因此必须加强结构强度等规范的研究，加强材料和设计许用值的确定方法，建立数据库，为设计选材、工艺一致性控制等方面提供一定的支撑。

加强关键工艺装备研究。航天复合材料品种多、结构复杂、性能要求高，对成形设备的既有常规要求、又有特殊要求，同时国外对军工企业的限制，因此必须加强关键工艺装备的研制，例如大型多轴联动铺丝/铺带装备、局部连续固化装置等先进复合材料成形装置。机器人具有自由度多、运动灵活、工艺范围宽等特点，特别适合大型复杂构件的缠绕成形，如不对称构件和双曲面构件等，因此机器人缠绕成形设备开发是复杂复合材料构件柔性化、数字化、自动化成形的重要方向。

加快关键原材料攻关及应用技术研究。一些关键新材料还依赖进口，例如高等级碳纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、高性能和特殊功能树脂等还没有实现国产化，相关的材料制备工艺技术无法顺利开展，后续必须加强关键原材料攻关，开展应用技术研究。在提高热固性复合材料性能的同时，开展热塑性复合材料材料研究，其成形周期短、生产效率高、可长期储存、可重复利用和抗破坏性强等优秀综合性能特点，对提高航天复合材料构件的性能具有较大的发展空间。

2.1.3.7　特种焊接

加快焊接工艺优化改进。不同的产品具有不同的适用焊接方法，即使同样的产品在各单位也有不同的焊接方法。各单位应用成熟的焊接工艺，主要包括变极性氩弧焊，变极性等离子、真空钎焊、真空电子束焊、搅拌摩擦焊、激光焊及复合焊等焊接工艺，在提高焊接质量和效率方面都在做持续的工艺改进工作。

加强焊接技术研究。发展焊接过程自动感知、焊接过程自动优化、焊接质量监控等智能焊接技术是航天焊接发展的重要方向。在大型结构空间曲线焊缝焊接中，开展机器人集成焊接技术应用研究。在焊接结构、焊接材料方面，需要开展大型贮箱搅拌摩擦焊接、金属基复合材料焊接，异种金属焊接、小直径导管自动技术研究。研究适合于高强度钢壳体焊接的高能束（电子束焊、激光焊、等离子焊）焊接工艺及质量控制措施，研究钛合金、不锈钢等材料搅拌摩擦焊装备及搅拌工具，为新型航天产品焊接奠定工程应用基础。

开展焊接工艺过程仿真模拟和数据分析。在产品设计阶段通过提前介入，增强焊接的焊前装配、焊接过程温度场应力场、焊接变形、焊接缺陷预测、焊缝微观组织与性能变化等问题的分析能力，通过数学建模与计算机仿真分析，优化产品焊接结构、装配方式、焊接顺序及焊接工艺参数，达到有效控制焊接缺陷和焊接变形、提高产品综合使用性能的研制目标。增强焊接接头分析能力，开展接头的疲劳、断裂等力学性能研究，完善焊接结构完整性评价体系。

拓展搅拌摩擦焊在航天产品结构上的推广应用。搅拌摩擦焊优异的焊缝质量使得其在航天关键构件的制造中具有重要地位，该项技术的应用极大提高了构件的可靠性，并且在航天器减重、研制周期、制造成本上具有一系列优势。 目前，搅拌摩擦焊主要应用在铝合金等厚度对接焊缝上，减少飞边量、提高焊接速度和表面质量是工艺改进方向，同时实现无间隙焊缝跟踪、完善焊接过程工艺参数检测和控制是焊接设备优化的重点。基于搅拌摩擦焊技术在质量、减重、节能减排等方面的优势，深入开展双轴肩、搭接接头、角接头、T形接头、不等厚对接接头、点焊等摩擦搅拌焊新技术，在航天产品主体构件上进一步拓展应用，在航天铝合金结构件连接上全面取代传统的熔焊是必然趋势。

2.1.3.8　自动钻铆

在运载火箭箭体结构铆接构件制造工艺方面的最新进展有：①电磁铆正在替代落后的冲击铆接工艺；②自动化铆接技术逐步取代手工铆接，铆接效率、劳动强度和产品质量因此得到很大改善；③搅拌摩擦点焊工艺日益受到青睐，已部分替代铆钉铆接工艺。相对铆接接头，该工艺简单、可靠、效率高、能耗低，对产品气动外形无任何影响，是一种应用前景广阔的新型绿色点焊技术。

针对复合材料的广泛应用以及大直径、高强度钛合金铆钉的应用，电磁铆接是一种有效的解决方法，比较适用于大直径铝/钛合金铆钉的铆接。因此，研制电磁铆数控装备，开展电磁铆工艺研究，建立相关标准和操作规范，加快电磁铆在航天铆接构件的推广应用对实现航天产品铆接技术的升级换代意义重要。

自动化钻铆技术推广应用。 自动钻铆系统主要由控制单元、编程仿真单元、自动钻铆机和柔性托架等组成，控制单元是核心单元，操作者对系统的操作和控制指令由人机交互系统传输至控制单元，与核心控制软件进行数据交换后控制各功能执行单元产生各种专用的自动化动作。建立针对不同类型、不同结构产品的铆接技术规范和工艺规范，逐步形成圆筒形壳段自动化钻铆技术、圆锥形壳段自动化钻铆技术、壁板自动钻铆技术、双机器人自动钻铆技术等能力。

2.1.3.9　总装综测

装配技术水平是衡量国家工业基础、科技水平、综合国力、国防实力的重要标志，是实现制造大国向制造强国转变的重要技术。因此，需大力发展航天器数字化、柔性化和自动化装配技术，实现数字化管理、仿真验证、精密检测、集成测试、安全防护、多余物有效控制等技术在航天产品装配过程的有效应用，形成航天型号产品总装文件电子化、管理信息化、操作可视化、检验数字化、装配柔性化、测试自动化、测量精密化的技术能力。未来，航天装配制造需要以航天领域数字化进程为契机，以企业的数字化平台为载体，根据具体型号需求建立航天产品智能化装配单元、统筹规划，分步推进，突破数字化装配过程仿真、数字化互换协调技术、大尺寸测量应用技术、自动化装配技术，提高航天飞行器的装配水平。

建立装配仿真验证中心。针对航天型号产品装配制造缺乏有效的定性验证技术手段、造成工艺设计个体差异大、现场更改多、生产效率低等共性问题，各总装单位应建立装配仿真验证中心，利用先进数字化仿真技术手段进行装配序列、人因装配、装配应力、装配精度预测、多环境应力耦合装配性能预测、布局规划、生产节拍等仿真验证，解决装配工艺设计和生产效率低、量化难度大、可控性差、数字化制造技术使用程度低等的突出问题。提高工艺质量，减少现场更改，缩短研制周期；规范操作过程，优化资源分配，提升产能效率，并为科学决策和管理提供支持。

加大装配技术集成研究。与欧美先进国家在装配工艺技术上重视基础研究、探索性研究相比，我国航天领域的装配技术长期以来以出产品为目的，更多倾向于成熟技术，新理念、创新性的装配技术介入较少，缺乏对先进装配工艺的基础性研究。随着我国航天事业的不断推进，航天产品的功能越来越多元、结构越来越复杂，所采用的材料越来越多样，装配精度要求越来越高，地面实验大型化复杂化，原有的工艺技术已经不能满足航天新型号发展需求。因此，需对航天装配领域的基础共性工艺技术列入专项研究，进行持续滚动支持，有力推进新工艺技术的储备、探索和应用。

研究和推广数字化、自动化装配技术。 目前航天领域还都维持在传统的制造流程上，产品的装配从部件装配到整机对接基本上还采用手工作业或人工控制，还未形成输入-自动检测-自动执行的闭环装配能力，未来需要以新型号研发为牵引，建立航天型号的数字化标准体系，重点研究航天装配工艺装备、全数字化精密与超精密测量、先进传感与检测、自动化装配等技术，大力推广领域内的先进装配技术，推进我国航天装配制造向先进感知、决策、执行的智能装配迈进。

推进装配工艺规范化工作。大力推进装配过程仿真技术应用，基于产品的三维受控模型与工装的三维模型，对装配方案进行预先验证与优化；在装配方案仿真过程中，基于装配工艺标准化、规范化指导思想，提出装配工艺装备的设计需求，同时将工艺装备的设计结果返回到装配方案仿真，对工艺装备的设计功能进行验证；全面开展基于模型的结构化工艺设计，基于已验证的装配方案与工装，在工艺平台上完成标准化、规范化的总装工艺文件，指导总装现场操作执行。

做好航天产品装配知识的积累。航天型号存在种类繁多，装配工艺技术差异大、工艺数据量大，状态多变，以及数据强关联性等特点，目前缺乏有效的智能装配工艺信息系统来对信息进行有效的模式分类和高效挖掘，导致工艺信息的复用性差。因此，需基于人工智能的方法来对海量装配工艺数据进行建库，表达和应用，开发智能工艺推理和应用系统，提高大系统复杂产品的装配工艺决策能力。

2.1.3.10　无损检测

无损检测技术从20世纪20年代进入工业应用领域，在50年代以前主要发展常规检测技术与设备，50年代至70年代完善常规无损检测技术的理论，改进常规无损检测技术方法，研究新的无损检测技术。20世纪70年代以后主要探索新的无损检测技术，射线层析检测技术（CT技术）是突出示例。20世纪90年代后，无损检测技术进入数字化技术时代。近年，无损检测技术发展的基本特征是数字化、图像化、层析化、自动化，计算机化的数字射线照相检验技术（CR技术）、成像板和线阵列实时成像检验技术和金属磁记忆检测技术受到广泛关注。

加快无损检测新技术、新方法的工程化应用研究。随着新材料、新工艺的不断发展，产品结构形式越来越复杂、质量要求越来越严格，对无损检测技术的要求也越来越高。 目前无损检测技术力量相对较为薄弱，新技术的工程化研究或技术的应用成熟度不高，大量先进无损检测设备还主要依赖于国外进口，设备引进后对于其技术的吸收、消化及推广应用方面与国内外同行还存在不小的差距，例如针对红外热像检测技术、激光超声检测技术、空气耦合超声检测技术等暂未开展相关的工程化应用研究，激光散斑检测技术的应用成熟度还不高，尚未形成一定的行业影响力。

推进自动化、数字化等先进无损检测技术的应用。 目前在运载火箭结构件的产品检测中还主要依赖于传统的胶片射线照相检测技术，检测周期长、效率低，无法满足型号研制进度需求，先进的数字化射线检测技术尚未在型号中得到全面的推广应用；此外像一些自动化检测技术手段，如超声C扫描检测技术目前尚未形成相应的检测技术能力，无损检测整体技术的自动化应用水平还较低，缺乏大型的自动化检测系统的研发能力。

完善航天航空无损检测标准规范的系统性建设，加大无损检测技术研究成果推广力度。无损检测技术研究系统性、全面性需要加强，检测方法标准和检测结果评定标准体系需要进一步完善。与此同时，无损检测技术研究成果推广力度还不够，先进无损检测技术方法研究成果尚未得到全面的推广应用，例如低频超声检测技术、相控阵超声检测技术等。