導(dǎo)語(yǔ)：航空資源庫(kù)的規(guī)劃與運(yùn)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：張長(zhǎng)英工作單位：南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院

1引言

在一架飛機(jī)中，絕大多數(shù)零件都屬于航空結(jié)構(gòu)件，其熱處理具有材料種類繁多、工藝復(fù)雜多樣、檢驗(yàn)控制嚴(yán)格和多品種、小批量等特點(diǎn)[1]。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)基于航空材料與熱處理標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的熱處理工藝資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)與管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和信息化已經(jīng)成為航空工業(yè)熱處理生產(chǎn)中迫切需要解決的問(wèn)題之一[1-2]。

2航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫(kù)的整體規(guī)劃

2.1工藝資源庫(kù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)SQLServer是由Microsoft開(kāi)發(fā)的、目前應(yīng)用范圍最廣的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DMBS），它具有真正的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、圖形化的用戶界面，使系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)的管理更加直觀、簡(jiǎn)單。SQLServer可以與Internet緊密結(jié)合，綜合考慮數(shù)據(jù)量、兼容性、易用性和安全性等因素，是基于網(wǎng)絡(luò)的大中型業(yè)務(wù)首選數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái).網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模式，用戶通過(guò)客戶端的瀏覽器，向Web服務(wù)器提出操作請(qǐng)求，Web服務(wù)器通過(guò)調(diào)用ADO組件與相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，數(shù)據(jù)操作在后臺(tái)服務(wù)器中進(jìn)行，然后將結(jié)果反饋給Web服務(wù)器，最后再發(fā)送至客戶端、以HTML頁(yè)面形式顯示給用戶。2.2工藝資源庫(kù)的整體規(guī)劃管理的合理性顯得尤為重要。根據(jù)航空材料與熱處理工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)與控制等諸要素之間的關(guān)系，構(gòu)建了航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫(kù)，其總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫(kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫(kù)主要包括工藝規(guī)則資源庫(kù)、工藝決策資源庫(kù)、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝裝備圖片庫(kù)等4部分，每部分又分成若干個(gè)子庫(kù)。3.1工藝規(guī)則資源庫(kù)3.1.1熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)與控制規(guī)則庫(kù)熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)與控制規(guī)則庫(kù)主要是根據(jù)相關(guān)的航空熱處理標(biāo)準(zhǔn)制定的，包括熱處理制件檢驗(yàn)類別、化學(xué)熱處理（滲碳、碳氮共滲和滲氮等）金相組織檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和滲層深度測(cè)定方法等內(nèi)容[4]。以航空滲氮處理為例，熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)分成ⅠN、ⅡN、ⅢN、ⅣN共4類，檢驗(yàn)的主要項(xiàng)目包括滲層硬度、非滲層硬度、金相組織和滲層深度等，其具體要求，如表1所示。3.1.2熱處理硬度與強(qiáng)度換算規(guī)則庫(kù)硬度和強(qiáng)度是航空結(jié)構(gòu)件的主要力學(xué)性能指標(biāo)，準(zhǔn)確地測(cè)量硬度及強(qiáng)度，是工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和制定合理工藝的重要手段。在航空熱處理生產(chǎn)中，有相當(dāng)一部分零件由于尺寸太大、太小、太薄或幾何形狀不規(guī)則，要想直接測(cè)量其強(qiáng)度是不現(xiàn)實(shí)的，即使通過(guò)同批零件破壞性試驗(yàn)的抽查，也無(wú)法直接反映實(shí)際零件的性能。在此情況下，往往采用直接測(cè)量零件硬度，來(lái)?yè)Q算成強(qiáng)度[4-5]。在所有力學(xué)性能測(cè)試中，硬度測(cè)試是最迅捷、簡(jiǎn)便的。以黑色金屬為例，熱處理硬度的檢驗(yàn)方法主要有四大類:洛氏硬度、布氏硬度、表面洛氏硬度和維氏硬度，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)，這些硬度值之間存在一定的換算關(guān)系[4]。基于這種換算關(guān)系，設(shè)計(jì)一個(gè)熱處理硬度與強(qiáng)度換算規(guī)則庫(kù)，以洛氏硬度中的HRC作為基準(zhǔn)硬度檢驗(yàn)方法，將設(shè)計(jì)圖紙中提出的強(qiáng)度及硬度換算成HRC硬度值，用于計(jì)算某些熱處理參數(shù)，并最終落實(shí)到熱處理工藝中。3.2工藝決策資源庫(kù)在構(gòu)建熱處理CAPP系統(tǒng)時(shí)，需要解決一些關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，基于航空標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工藝決策就是其中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，例如熱處理回火溫度以及保溫時(shí)間的設(shè)定等。3.2.1熱處理回火溫度決策庫(kù)航空結(jié)構(gòu)件在淬火后，通常需要進(jìn)行回火處理，即將熱處理制件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后，再冷卻至室溫。回火有降低脆性、消除應(yīng)力的作用，其溫度取決于熱處理制件最終所需的力學(xué)性能[4-6]。在熱處理回火溫度決策庫(kù)中，應(yīng)首先根據(jù)HB/Z136-2000、HB/Z80-1997等航空標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)中積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立針對(duì)航空結(jié)構(gòu)鋼和航空用不銹鋼/耐熱鋼等材料的硬度與回火溫度對(duì)照表，然后再進(jìn)行相應(yīng)的工藝決策，其步驟是：（1）將熱處理結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能指標(biāo)（強(qiáng)度或任意一種硬度表達(dá)方法）的上、下限值換算成用HRC表達(dá)的硬度范圍；（2）計(jì)算出硬度上、下限值的算術(shù)平均值，從相應(yīng)的硬度與回火溫度對(duì)照表中查詢出其上、下各兩檔硬度及對(duì)應(yīng)的回火溫度，再利用計(jì)算程序?qū)@四組數(shù)據(jù)進(jìn)行3次插值運(yùn)算，計(jì)算出準(zhǔn)確的回火溫度，并按5℃靠檔；（3）回火溫度通常是有一定范圍的，其范圍的大小可根據(jù)硬度值波動(dòng)范圍（即硬度上限減下限的差值，以下稱為硬度的“公差值”）的大小來(lái)確定的。工藝決策時(shí)可以這樣規(guī)定:若零件的硬度公差值小于4個(gè)HRC單位時(shí)，將回火溫度的范圍設(shè)定為±10℃；若零件的硬度公差值在（4～8）個(gè)HRC單位時(shí)，將回火溫度的范圍定設(shè)為±20℃；若零件的硬度公差值大于8個(gè)HRC單位時(shí)，將回火溫度的范圍定設(shè)為±30℃。3.2.2熱處理保溫時(shí)間決策庫(kù)以常規(guī)熱處理為例，其保溫時(shí)間通常取決于工藝類型（有時(shí)還包括工藝參數(shù)）、加熱設(shè)備（或加熱介質(zhì)）以及熱處理制件的條件厚度（或最大厚度）等因素，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間則主要取決于工藝類型及滲層深度等因素[4-6]。在熱處理保溫時(shí)間決策庫(kù)中，應(yīng)包括航空結(jié)構(gòu)鋼常規(guī)熱處理保溫時(shí)間計(jì)算表、航空用不銹鋼/耐熱鋼常規(guī)熱處理保溫時(shí)間計(jì)算表、航空鋼彈簧制件淬火和回火保溫時(shí)間計(jì)算表、真空熱處理保溫時(shí)間計(jì)算表、航空用不銹鋼/耐熱鋼固溶和時(shí)效處理保溫時(shí)間計(jì)算表、航空用鋼滲碳/碳氮共滲保溫時(shí)間計(jì)算表和航空用鋼滲氮保溫時(shí)間計(jì)算表等。以30CrMnSiA制件調(diào)質(zhì)處理為例，假設(shè)最終的硬度要求為（30～36）HRC、制件的最大厚度為28mm。則熱處理保溫時(shí)間的決策過(guò)程為：（1）根據(jù)航空結(jié)構(gòu)鋼硬度與回火溫度對(duì)照表，通過(guò)計(jì)算、決策出回火的溫度范圍為555±20℃；（2）根據(jù)航空結(jié)構(gòu)鋼常規(guī)熱處理保溫時(shí)間計(jì)算表，如表2所示。得到鹽浴爐加熱淬火的保溫時(shí)間為（16～35）min、空氣電阻爐回火的保溫時(shí)間為（70～120）min。3.3工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括預(yù)備熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、最終熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和化學(xué)熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)等3部分內(nèi)容。預(yù)備熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括正火、完全退火、等溫退火、低溫退火、高溫回火和不完全退火等熱處理工藝控制中的主要參數(shù)，如加熱溫度、冷卻方式等。此時(shí)需要注意，不同材料進(jìn)行不同處理時(shí)的冷卻方式有較大的區(qū)別：有的材料需隨爐冷至650℃以下出爐、有的材料需轉(zhuǎn)入另一溫度熱處理爐內(nèi)進(jìn)行等溫后再出爐第7空冷、有的材料則需按一定的速率緩冷至某一溫度后再出爐空冷。最終熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)主要是指淬火、回火工藝控制中的主要參數(shù)，如淬火的加熱溫度、淬火以及回火的冷卻方式等[5-6]。其中，淬火冷卻方式需兼顧加熱設(shè)備的影響和限制；回火冷卻時(shí)還應(yīng)兼顧回火脆性等因素的影響。化學(xué)熱處理工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)包括滲碳、碳氮共滲和滲氮工藝控制中的主要參數(shù)，其中滲碳工藝參數(shù)中還應(yīng)包括滲碳后淬火和低溫回火的參數(shù)、滲氮工藝參數(shù)中應(yīng)包括一段法和二段法滲氮的工藝參數(shù)。航空用鋼滲碳后的熱處理工藝比較復(fù)雜，大部分航空用鋼都需要進(jìn)行淬火和低溫回火處理，但有些情況還需引起特別注意[4]：（1）對(duì)于15CrA、20CrA、12CrNi3A、12Cr2Ni4A這四種材料，為了細(xì)化晶粒，可以采取一種“雙重淬火”工藝，即連續(xù)進(jìn)行兩次淬火，再進(jìn)行低溫回火；（2）對(duì)于18CrNi4A這種材料，需要在820±10℃保溫結(jié)束后，爐冷至780±10℃保持30min后，再進(jìn)行油冷（油溫為（40～60）℃）；（3）對(duì)于18Cr2Ni4WA這種材料，為了減少熱處理制件變形或降低心部硬度，可以采取一種“復(fù)合等溫淬火”工藝，即在855±15℃保溫結(jié)束后，轉(zhuǎn)入（200～250）℃的硝鹽或堿浴中，保持（3～8）min后迅速轉(zhuǎn)入（500～550）℃的硝鹽槽或電爐中保持一定的時(shí)間，然后再進(jìn)行油冷或空冷。此外，為了減少殘余奧氏體的含量、提高滲層硬度，在滲碳、淬火后還可進(jìn)行一次深冷處理，同時(shí)還能起到穩(wěn)定制件尺寸和形狀的作用[5-6]。3.4工藝裝備圖片庫(kù)在生產(chǎn)過(guò)程中，制件在熾熱狀態(tài)下進(jìn)行各種熱處理操作時(shí)，需要使用各種各樣的工裝夾具。這種為滿足生產(chǎn)要求、保證熱處理質(zhì)量和生產(chǎn)安全而使用的工裝夾具及輔助裝置統(tǒng)稱為熱處理工藝裝備，簡(jiǎn)稱熱處理工裝。因此，匯集航空熱處理生產(chǎn)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合各種特定的熱處理工藝說(shuō)明書(shū)，以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)的資料，建立一個(gè)熱處理工藝裝備圖片庫(kù)，并添加到熱處理工藝資源庫(kù)中是十分必要的。

4航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源庫(kù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

綜上所述，工藝資源庫(kù)涵蓋了航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝過(guò)程所涉及到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，如材料牌號(hào)、熱處理工藝類型、熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)與控制要求、航空材料硬度與強(qiáng)度換算、常規(guī)及化學(xué)熱處理工藝參數(shù)、熱處理輔助工道，以及熱處理專用工藝裝備等內(nèi)容。總體上說(shuō)，工藝資源庫(kù)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)及應(yīng)用：（1）匯集近200種航空結(jié)構(gòu)鋼、航空不銹鋼和耐熱鋼等材料的熱處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件熱處理工藝資源的信息化管理。（2）為用戶提供多方位錄入、查詢和更新工藝資源信息的功能。（3）涵蓋了部分航空制造企業(yè)在熱處理生產(chǎn)中取得的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，建立了豐富的工藝裝備圖片庫(kù)。（4）以工藝資源庫(kù)為基礎(chǔ)，為航空結(jié)構(gòu)件熱處理CAPP系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供豐富的信息。

5結(jié)束語(yǔ)

材料熱處理技術(shù)是當(dāng)前航空裝備制造業(yè)中的重要技術(shù)之一，在過(guò)去的幾十年里，我國(guó)研制了大量的新型金屬材料、引進(jìn)并消化吸收了許多國(guó)外先進(jìn)的熱處理工藝技術(shù)和裝備，實(shí)施了熱處理的全面質(zhì)量控制。目前，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)的部分研究機(jī)構(gòu)已開(kāi)始利用計(jì)算機(jī)信息處理和信息管理的優(yōu)勢(shì)、致力于熱處理CAPP系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究[7]。其中，熱處理工藝資源庫(kù)的建立又是一項(xiàng)艱巨、重要，而又頗具實(shí)用價(jià)值的工作，它可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)熱處理工藝數(shù)據(jù)及相關(guān)資源的動(dòng)態(tài)查詢、更新和網(wǎng)絡(luò)共享，不斷提高航空產(chǎn)品的熱處理質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。