星期五,二月25 2011 17:20

飛機發動機製造

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飛機發動機的製造,無論是活塞發動機還是噴氣式發動機,都涉及將原材料轉化為極其可靠的精密機器。 與航空運輸相關的高壓力操作環境需要使用範圍廣泛的高強度材料。 使用傳統和獨特的製造方法。

建築材料

飛機發動機主要由金屬部件構成,儘管近年來已經看到某些部件採用塑料複合材料。 各種鋁和鈦合金用於強度和重量最重要的地方(結構部件、壓縮機部分、發動機框架)。 鉻、鎳和鈷合金用於需要耐高溫和耐腐蝕的地方(燃燒室和渦輪機部分)。 許多鋼合金用於中間位置。

由於飛機重量最小化是降低生命週期成本(最大化有效載荷、最小化燃料消耗)的關鍵因素,因此最近引入了先進的複合材料作為結構部件和管道系統中鋁、鈦和一些鋼合金的輕質替代品,其中沒有經歷過高溫。 這些複合材料主要由聚酰亞胺、環氧樹脂和其他樹脂系統組成,並用編織玻璃纖維或石墨纖維增強。

製造業務

幾乎所有常見的金屬加工和機加工操作都用於飛機發動機製造。 這包括熱鍛造(機翼、壓縮機盤)、鑄造(結構部件、發動機框架)、磨削、拉削、車削、鑽孔、銑削、剪切、鋸切、螺紋加工、焊接、釬焊等。 相關工藝包括金屬表面處理(陽極氧化、鉻酸鹽處理等)、電鍍、熱處理和熱噴塗(等離子、火焰)。 所用合金的高強度和硬度,加上其複雜的形狀和精密公差,需要比其他行業更具挑戰性和嚴格的加工要求。

一些更獨特的金屬加工工藝包括化學和電化學銑削、電火花加工、激光鑽孔和電子束焊接。 化學和電化學研磨 涉及以保留或創建輪廓的方式從大表面去除金屬。 根據其特定合金,零件被放置在高度濃縮的受控酸、鹼或電解質浴中。 通過化學或電化學作用去除金屬。 機翼鍛造後通常使用化學銑削,以在保持輪廓的同時使壁厚符合規格。

放電加工和激光鑽孔 通常用於在硬金屬中製作小直徑孔和復雜輪廓。 為了冷卻目的,燃燒器和渦輪部件中需要許多這樣的孔。 金屬去除是通過電火花放電的高頻熱機械作用完成的。 該過程在介電礦物油浴中進行。 電極用作所需切割的反像。

電子束焊接 用於連接難以觸及的幾何形狀中需要深焊縫的零件。 焊接是由真空室內的聚焦加速電子束產生的。 電子撞擊工件的動能轉化為焊接熱量。

複合塑料製造 涉及“濕”疊層技術或使用預浸漬布。 對於濕法疊層,粘性未固化樹脂混合物通過噴塗或刷塗方式散佈在模具或模具上。 纖維增強材料是手工鋪設到樹脂中的。 應用額外的樹脂以獲得模具形式的均勻性和輪廓。 然後將完成的疊層在高壓釜中加熱和加壓固化。 預浸漬材料由半剛性、即用型、部分固化的樹脂纖維複合材料片組成。 材料被切割成一定尺寸,手工模塑成模具的輪廓,然後在高壓釜中固化。 固化的部件通常被加工並組裝到發動機中。

檢查和測試

為了確保飛機發動機的可靠性,在製造過程中和對最終產品進行大量檢查、測試和質量控製程序。 常用的無損檢測方法有射線、超聲波、磁粉和熒光滲透。 它們用於檢測零件內的任何裂紋或內部缺陷。 組裝好的發動機通常在交付給客戶之前在儀表測試單元中進行測試。

健康安全隱患及其控制方法

與飛機發動機製造相關的健康危害主要與所用材料的毒性及其接觸的可能性有關。 鋁、鈦和鐵的毒性不大,而鉻、鎳和鈷的毒性更大。 後三種金屬的某些化合物和價態表明對人類和動物具有致癌性。 它們的金屬形式通常不像它們的離子形式那樣有毒,通常存在於金屬表面處理浴和油漆顏料中。

在傳統機加工中,大多數操作都是使用冷卻劑或切削液進行的,這樣可以最大限度地減少空氣中粉塵和煙霧的產生。 除了乾磨外,金屬通常不存在吸入危害,但人們擔心會吸入冷卻液霧。 進行了大量的研磨,特別是在噴氣發動機零件上,以混合輪廓並將機翼調整到最終尺寸。 通常使用小型手持式研磨機。 在對鉻基、鎳基或鈷基合金進行此類研磨時,需要進行局部通風。 這包括下吸式工作台和自通風研磨機。 皮炎和噪音是與傳統機加工相關的額外健康危害。 員工在修理、檢查和拆卸零件的過程中,都會有不同程度的皮膚接觸冷卻劑和切削液。 反复的皮膚接觸可能會導致某些員工出現各種形式的皮炎。 一般來說,防護手套、隔離霜和適當的衛生習慣可以最大限度地減少這種情況。 由於刀具顫動和零件振動,在加工薄壁、高強度合金時通常會出現高噪音水平。 這可以在一定程度上通過更堅固的工具、阻尼材料、修改加工參數和維護鋒利的工具來控制。 否則,需要 PPE(例如,耳罩、塞子)。

與傳統機加工操作相關的安全隱患主要包括由於操作點、固定和動力傳輸驅動運動而造成的潛在人身傷害。 控制是通過固定警衛、聯鎖檢修門、光幕、壓敏墊以及員工培訓和意識等方法實現的。 應始終在機加工操作周圍使用眼睛保護裝置,以防止飛濺的切屑、顆粒和飛濺的冷卻劑和清潔溶劑。

金屬精加工操作、化學銑削、電化學銑削和電鍍涉及露天罐暴露於濃酸、鹼和電解質。 大多數浴液含有高濃度的溶解金屬。 根據浴操作條件和成分(濃度、溫度、攪拌、大小),大多數都需要某種形式的局部通風來控制空氣中的氣體、蒸汽和霧氣水平。 各種橫向、槽型罩設計通常用於控制。 美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 和美國國家標準協會 (ANSI) 等技術組織提供了不同類型浴缸的通風設計和操作指南。 這些浴缸的腐蝕性決定了在這些水箱周圍工作時使用眼睛和皮膚保護裝置(防濺護目鏡、面罩、手套、圍裙等)。 緊急洗眼器和淋浴器也必須可供立即使用。

電子束焊接和激光鑽孔對工人存在輻射危害。 電子束焊接會產生二次 X 射線輻射(軔致輻射 影響)。 從某種意義上說,焊接室構成了一個低效的 X 射線管。 至關重要的是,腔室由材料構成或包含將輻射衰減到最低實際水平的屏蔽。 經常使用鉛屏蔽。 應定期進行輻射調查。 激光存在眼部和皮膚(熱)危害。 此外,還有可能暴露於賤金屬蒸發產生的金屬煙霧中。 與激光操作相關的光束危害應隔離並儘可能包含在聯鎖室內。 應嚴格遵循綜合計劃。 應在產生金屬煙霧的地方提供局部通風。

與復合塑料部件製造相關的主要危險包括在濕法鋪疊操作過程中接觸未反應樹脂成分和溶劑的化學物質。 特別值得關注的是在聚酰亞胺樹脂中用作反應物和在環氧樹脂體系中用作硬化劑的芳族胺。 許多這些化合物已被確認或懷疑是人類致癌物。 它們還表現出其他毒性作用。 這些樹脂體系(尤其是環氧樹脂)的高反應性會導致皮膚和呼吸道過敏。 濕鋪操作期間的危害控制應包括局部通風和大量使用個人防護設備以防止皮膚接觸。 使用預浸漬板材的鋪疊操作通常不會暴露在空氣中,但應採取皮膚保護措施。 固化後,這些部件相對惰性。 它們不再存在其組成反應物的危害。 但是,零件的常規機加工會產生具有刺激性的有害粉塵,這些粉塵與復合增強材料(玻璃纖維、石墨)相關。 通常需要對機加工操作進行局部通風。

與測試操作相關的健康危害通常包括來自射線照相檢查的輻射(x 或伽馬射線)和來自最終產品測試的噪音。 射線照相操作應包括全面的輻射安全計劃,包括培訓、徽章監測和定期調查。 射線照相檢查室應設計有聯鎖門、工作燈、緊急關閉裝置和適當的屏蔽裝置。 測試組裝產品的測試區域或單元應進行聲學處理,特別是對於噴氣發動機。 控制台的噪音水平應控制在 85 分貝以下。 還應採取措施防止測試區域中產生任何廢氣、燃料蒸汽或溶劑。

除了前面提到的與特定操作相關的危害外,還有其他一些值得注意的危害。 它們包括接觸清潔溶劑、油漆、鉛和焊接操作。 清潔溶劑用於整個製造過程。 由於毒性和臭氧消耗效應,最近出現了從使用氯化和氟化溶劑到含水、松油、酒精和礦物油精類型的趨勢。 儘管後一組可能更環保,但它們通常存在火災隱患。 應限制工作場所中任何易燃或可燃溶劑的數量,僅使用經批准的容器,並採取適當的防火措施。 鉛有時用作機翼鍛造操作中的模具潤滑劑。 如果是這樣,由於鉛的毒性,應該實施全面的鉛控制和監測計劃。 許多類型的傳統焊接用於製造操作。 此類操作需要評估金屬煙霧、紫外線輻射和臭氧暴露情況。 是否需要控制將取決於具體的操作參數和所涉及的金屬。

 

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航空航天製造和維護參考

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