国防工业的先进制造技术
尖端科技
国防工业的先进制造技术
AdvancedTechnologyofManufacturinginDefenseIndustry
■李圣怡
摘要：文章介绍先进制造技术的几个重要领域，包抱制造信息化和数
字化技术、先进切削技术、先进热加工及精密成形技术、特种加工技术和先进连接技术的内涵。结合为国防工业服务的一些实例，着重介绍了一些新技术的现状和发展动态。
关键词：先进制造技术
中图分类号：TJ05
发展
文献标识码：A
文章编号：1671-4547（2010）02-0001-07
先进武器装备的设计首先必须建立在实现性和经济可承受性的基础上，而先进
的制造与工艺技术是实现设计思想的物质基础和依据，它不但能为武器装备升级换代提供快速研制的手段，还能为武器装备的高质量、批量化生产、使用与维修提供保证。世界各国军事大国对先进的制造与工艺技术十分重视。例如，2008年8月1日美国国防工业委员会NDIA制造分会发布了《MaintainingViableDefenseIndustrialBase》白皮书，将制造技术列为“影响美国国防工业的、与制造有关的七大关键因素”之首，指出:如果失去制造技术的领先优势，那么将失去国家安全。
2009年3月美国在最新公布的国防部制造规划（ManTech）战略规划中指出，“国世界一流防制造技术的愿景是：在国防武器系统整个生命周期内，实现快速响应的、水平的制造能力，并在经济可承受的条件下，快速满足战争的各种需求。”ManTech战略规划投资的三个重点技术领域分别是：复合材料、电子元器件与装置和金属领域的加工工艺技术。复合材料领域如：可大幅度降低涡轮发动机的重量和燃料消耗的高温陶瓷基复合材料，轻型航天航空结构复合材料，具有弹道防护功能的复杂几形
作者简介：
李圣怡，男，教授，博士生导师，国防科学技术大学机电工程与自动化学院，410073
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2010年第2期第31卷第2期
状和多层战车结构复合材料的制造工艺技术。电子元器件与装置领域如:宽禁带与碳化硅装置、锂电池、MEMS的先进封装与加工技术。金属加工领域如：材料加工、铸造、锻造以及连接技术，包括弹道装甲、车辆、飞行器的轻质薄壁结构，高强度钛合金等的制造工艺技术。
先进的制造与工艺技术多种多样，下面从技术分类的角度就几个重要的领域加以说明和介绍。
3.数字化工艺技术
数字化工艺技术要实现三维环境下的数字化工艺规划和工艺知识重用，使制造资源可得到充分地利用和实现制造工艺过程计算机管理与控制。例如，美军DDG1000驱逐舰的数字化建造过程中有专门的规划软件工具用于生成数字化工艺规划。美军建设了先进材料、制造与测试信息和维护技术分析中心和知识库，采用以网络为中心的方法捕获制造工艺知识，使工艺过程实现
在切削加工工艺数字仿真和优化工艺知识重用。
方面，结合机床系统动态特性刀具路径仿真、切削力、刀具寿命和加工精度等条件，实现约束优化自适应控制，以提高加工效率等。
4.虚拟装配和柔性装配技术
虚拟装配和柔性装配技术使计算机辅助设计系统CAD与虚拟装配系统间的无缝集成。人机交互的虚拟装配、装配顺序的智能优化、零工装柔性装配工艺等技术现在己在美国飞机、潜艇制造中广泛采用，大大提高了效益。
5.质量保证技术和资源管理技术
武器装备研制周期和批生产过程的质量保证技术如：协同质量控制、质量问题追溯、快速检测等都是保证质量是否合格的重要技术。例如，美国洛克希德马丁公司采用Visiprise的MES软件实现多个工厂之间的协同质量控制，该技术己用于F35飞机研制中。美军已经将质量问题）技术广泛应用于武器装备的采办管追溯（RFID
理和武器装备研制供应链中，海湾战争中美军用RFID实现对后勤物资从制造过程、工厂到士兵的全程跟踪，节省18亿美元。研制资源管理技术方面有:可重组制造系统、面向武器装备试制的车间制造执行、以及基于PLM的系统集成、基于网络的异地协同技术等。
一、制造信息化和数字化技术
要缩短武器装备的研制周期、提高设计质
量、降低武器装备全生命周期成本和提高武器装备研制的经济可承受性，全过程信息化和数字化技术是一项综合性很强的关键技术。
1.多领域统一建模和多学科优化设计技术武器装备十分复杂，存在着对机、电、液、气、热、控等多领域耦合。在设计中需要对它的功能、行为、性能提供统一建模机制，在该模型的基础上针对实际装备的特征和需求用多学科解耦体系和优化技术，获得高精度、高性能和高性价比的设计模型。例如，2006年欧洲军工、航空、航天、汽车等重要工业领域联合构筑基于modelica的欧洲系统库（Eurosyslib/modelica），来支持多领域统一建模和多学科优化设计技术。
2.虚拟样机技术虚拟样机技术是从数字化设计到生产的全过程数字化仿真的技术，装备设计首先要实现3D的几何造型，然后实现基于性能的设计分析仿真，再分解为零件、部件的制造任务并实现数字化模拟的制造过程仿真，达到在任何物理零件制造之前在计算机上实现产品的设计、生产、装配和实验模拟。例如，美国在波音777飞机实现了数字化设计，而波音787梦想飞机不但实现了数字化设计，而且实现了制造全过程的数字化仿真；2006年12月美国在完全虚拟的环境下设计了美国海军的下一代航母─CVN21，并在计算机上进行了虚拟的建造，这就为实现更好设计效果，缩短建造周期，节约研制成本提供了条件。·2·
二、先进冷加工技术
车、铣、镗、磨等切削技术和研磨、抛光技术
等，泛称为冷加工技术。先进冷加工技术根据精度划分为精密和超精密加工技术两类，近年来微小零件加工技术也是一项新技术。
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1.超高速精密加工技术
精密加工技术广泛地应用于武器装备的动力系统、武器系统、测控系统的零部件制造中，精密加工技术面临的技术难题是：针对特殊材料（如特软、特硬、脆、耐磨、难切削），特殊形状尺寸（特大、特小、特薄、特复杂）或其它特殊条件约束下高精度加工新原理和新方法的研究，如在发动机、薄型舱壳、相控阵雷达天线等复杂仪表结构件的制造。超高速精密加工技术是近
称曲面甚至自由曲面（见图2）。超精密机床厂家有美国的Moore公司和Precitech公司等。例如Moore公司的Nanotech350超精密车、磨床，
Freeform700G五轴超精密自由曲面铣磨机床都代表了当前最先进水平。以Nanoform350为），直线导轨的直线度优于例（见图3
年来精密加工技术的一项重要技术进步。例如超高速加工车铣床，其主轴转速60000转/分甚至更高，功率50kW，超高速切削可制造出比加工母机精度更高的零件，精度可达纳米级，绝大
部分材料均可用超高速切削加工。图1为用超高速加工技术加工钛合金叶轮的例子。
2.超精密加工技术
超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它具有单项技术的极限、常规技术的突破、新技术综合三方面的特点。在精确打击装备中各类平台的导航与测控系统;在信息化装备中，侦察卫星、精密雷达，及军用微电子、光电子、测试仪表等产品中很多零件都是建立在精密、超精密加工技术的基础之上。
超精密切削是基于金刚刀具的车、铣、镗加工技术，用于有色金属、光学单晶材料的超精密切削加工，面形精度可达几十纳米，表面粗糙度接近Ra1nm，现在已研究用于黑色金属、钛、钨、玻璃、各种新型的金属基复合材料加工等。近年来，美国又推出快刀伺服和慢刀伺服技术，用于加工光学微阵列、二元光学元件、非回转对
0.187μm/350mm，典型的主轴轴向运动误差
8nm，径向运功误差12nm（标准25nm），角定位精度0.4弧秒/每30角（标准+/-5弧秒/每30角）0.063弧秒分辨率。
超精密磨削不仅要实现镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。如伺服阀柱塞、惯导零件、振动筒等，需要实现对黑色金属或其它高硬材料圆柱型偶件的超精密加工。美国LLNL实验室、日本中部大学发现了硬脆材料在纳米级进给条件下的塑性演变规律，开发了延展式镜面磨削工艺。美国Rochester大学光学制造中心（COM）提出了确定量微磨技术，其成形后的表面粗糙度可达到亚纳米。ELID是日本理化学研究所学者大森整博士发明的，通过使用很小粒度的磨粒、加工中保持砂轮锋
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锐的在线修整技术，能够实现高效的镜面加工，这是磨削技术的重大进展。
英国CRANFIELD精密工程研究所研制的OAGM2500大型CNC超精密磨床是为加工大型离轴非球面光学零件开发的机床。加工尺寸为2.5m×2.5m×0.61m;位置测量与反馈，分辨率为2.5nm；平面加工精度可达1μm；表面粗糙度为2~3nm，离轴非球镜加工精度达2.5μm，2006年又研发了BOXTM大型超精密磨床，可用于加
加工工1米直径的自由曲面光学镜与陶瓷材料，
精度达1μm。
超精密确定量研抛技术是以高精度、超光滑光学零件加工为目的，其基本原理是通过控
压力、运动形式等参数，使单制研抛头的形状、
位时间内工件表面材料的去除量精确、稳定，通过计算机控制研抛头在工件表面的驻留时间来实现面形误差的收敛，提高工件表面的加工质量。我们提出可控柔体研抛技术的新概念，其特点是:研磨抛光工具的“柔度”可以通过计算机的控制而改变，从而强化了非球面曲率变化的适应能力或达到保持去除函数的长期稳定性的目标，也可以方便地改变工具的“柔度”以适应不同需求的研抛过程。可控柔体研抛技术在非球面四维数控技术的基础上增加了更为复杂的柔体柔度控制，形成五维或多维控制，增加了控制裕度。因此我们将可控柔体研抛技术划分为非球镜第三代加工技术。
实现可控柔体研抛技术的方式有:研磨抛光工具的研磨盘可控柔性变形和研抛膜的柔度可控改变两大类。例如应力盘研抛技术就是基于弹性力学基础理论的可控柔体制造技术，它是由计算机控制一组电机执行器使磨盘在加工过程中不断弹性变形，以实现研抛工具的柔体控制的。而磁流变抛光、离子束成形技术和射流抛光技术可通过计算机控制磁场、电场和流场来控制加工，在广义上说这类加工技术是通过改变“研抛膜的柔度”来实现加工控制的。
20世纪90年代后期美国罗彻斯特大学光学加工中心（CenterforOpticalManufacturing-COM）提出了利用可控磁流体去除光学表面材料的新原理，开发了新的柔性流体制造技术，称为磁流变抛光（MagnetorheologicalFinishing，·4·
MRF）技术。QED公司并研制出Q22系列磁流变抛光机床。
该项技术的原理是:以磁性颗粒、基液、表面活性剂为基体，加入抛光粉，混合均匀制成磁流变抛光液。磁流液喷射到滚轮上，在可控磁场区，磁流液的链化结构发生变化，它变粘成为半固态，从而把抛光粉推挤到表面，实现对工件的剪切加工。当磁流液进入弱磁区，又重新恢复其流变性，加以收回循环使用。因此，磁流变技术
“抛光头”不会变钝或磨损，能保持长加工具有
期稳定性，适合非球光学零件高精度修形加工，且具有加工效率高等优点。国防科技大学研制了磁流变机床成功加工出高精度的光学零件，
实现了非球光学零件纳米级面形精如图5所示，
度的修形加工。
离子束成形（IonBeamFiguring，IBF）技术采用高能离子，在真空状态下由离子枪射向工件，
材料在离子束的轰击下实现去除。由于离子
束抛光的精度可以达到原子量级，因此离子束抛光可以达到非常高的精度。在真空室内工作，离子束对加工表面没有重力压力，工件表面没有压力变形，也不产生机械刚性研抛的令人头痛的边缘效应问题，尤其适用于超轻超薄镜面
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的加工。例如，Kodak公司为Wyko公司提供的、用于600mm口径干涉仪的参考平面镜就是最终采用IBF技术得到的，在600口径内面形误差值小于42.5nm（PV）。该技术成功用于美国KECK望远镜10米主镜加工。为NASA研制SiC轻质空间镜的Schafer公司和德国IABG-TRW公司在对CVD-SiC超硬主镜（440mm-1.5m）最后抛光时，使用离子束抛光方法把面形误差从123nm提高到39nm。图4为国防科技大学研制的离子束机床，该机床成功加工了一批纳米级面形精度的光学零件。
4.微小型机械零件制造系统
微小型机械零件制造系统是连接微观与宏观制造领域的桥梁技术，受到世界各国的高度重视。日本、美国和欧洲等发达国家都投入了大量的人力、物力和财力，开展该领域的研究与开发。
日本FANUC公司研制的5轴超精密车、铣床R0B0nanoUi采用切削方法实现了自由曲面的微细加工，加工出的人脸三维像只有1mm大小，见图6。美国西北大学和伊利诺伊大学研制的微小型车床，主轴转速可达到200000rpm，进给分辨率为0.5μm。密歇根大学研制的微加工单元可进行三维复杂曲面的加工，主轴采用气动涡轮机驱动，最高转速达20000rpm，回转精度为
1μm，定位精度为0.5μm。德国卡尔斯鲁厄大学与奔驰汽车厂合作研制了世界上首台主轴转速为160000rpm的精密微小型铣床，用以加工微小型模具，实现了用微小设备高速加工微小零件。
力耦合等外场的作用，精确调控构件的组织与
性能，在模具约束下把材料成形为所需形状与性能的构件。先进热加工及精密成形技术针对的是形状越来越复杂且组织性能特殊的构件，实现净成形、近净成形和组织精确控制，采用先进技术使热加工及精密成形工艺设计智能化，工艺过程控制的全程化。
武器装备中材料构件的服役环境极端苛刻，对性能及其可靠性要求更高，如超高强度
冷热稳定性等。如的齿轮轴承、钛合与高韧性、
金阀门、涡轮发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等关键部件，要保证高性能及高稳定性，必须经过精密化学热处理工艺或精密真空热
超气冷叶片、矢量处理工艺。发动机热端部件、
喷口调节片、大型复杂薄壁的结构等要求高承温能力，常用铌基、钼基类等难熔合金，金属基复合材料和金属间化合物等材料，常采用精密成形相结合的密均细组织特种精密铸造技术来制造。
在精密体积成形技术方面，有磁脉冲锻造、等温成形、粉末成形和半固态成形等技术；在板料成形方面，有液压成形、电致增塑成形、磁脉冲成形、增量成形、超塑成形和热成形等技术；在型材和管材成形方面，有异型截面管成形、管材和型材弯曲成形、内高压成形、旋压成形等技术。精密塑性成形技术在飞机制造中起着重要作用，例如，美国采用等温锻造技术生产的F-22战斗机用Ti-6Al-4V合金整体隔框锻件（腹板最
）投影面积达到5.4m2，是目前世薄处为0.41mm
界上已研制成功的最大的钛合金整体隔框锻件；美国F/A-18歼击机采用钛合金整体隔框精锻件（投影面积为4m2）取代原设计中的368种零件，使飞机减重350kg，节约机械加工工时50%；美国ACM巡航导弹、F-117隐形飞机、F-16和F-18均采用了埋入式S形弯曲进气道方案，管件热态内压成形技术是异型截面管件制造的关键技术之一。
四、特种加工技术
三、先进热加工及精密成形技术
热加工及精密成形技术是通过热、力或热
特种加工的特点是直接利用电能、热能、磁能、电化学能、光能等或它们的组合来实现加工
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国防工业的先进制造技术
尖端科技
的加工。例如，Kodak公司为Wyko公司提供的、用于600mm口径干涉仪的参考平面镜就是最终采用IBF技术得到的，在600口径内面形误差值小于42.5nm（PV）。该技术成功用于美国KECK望远镜10米主镜加工。为NASA研制SiC轻质空间镜的Schafer公司和德国IABG-TRW公司在对CVD-SiC超硬主镜（440mm-1.5m）最后抛光时，使用离子束抛光方法把面形误差从123nm提高到39nm。图4为国防科技大学研制的离子束机床，该机床成功加工了一批纳米级面形精度的光学零件。
4.微小型机械零件制造系统
微小型机械零件制造系统是连接微观与宏观制造领域的桥梁技术，受到世界各国的高度重视。日本、美国和欧洲等发达国家都投入了大量的人力、物力和财力，开展该领域的研究与开发。
日本FANUC公司研制的5轴超精密车、铣床R0B0nanoUi采用切削方法实现了自由曲面的微细加工，加工出的人脸三维像只有1mm大小，见图6。美国西北大学和伊利诺伊大学研制的微小型车床，主轴转速可达到200000rpm，进给分辨率为0.5μm。密歇根大学研制的微加工单元可进行三维复杂曲面的加工，主轴采用气动涡轮机驱动，最高转速达20000rpm，回转精度为
1μm，定位精度为0.5μm。德国卡尔斯鲁厄大学与奔驰汽车厂合作研制了世界上首台主轴转速为160000rpm的精密微小型铣床，用以加工微小型模具，实现了用微小设备高速加工微小零件。
力耦合等外场的作用，精确调控构件的组织与
性能，在模具约束下把材料成形为所需形状与性能的构件。先进热加工及精密成形技术针对的是形状越来越复杂且组织性能特殊的构件，实现净成形、近净成形和组织精确控制，采用先进技术使热加工及精密成形工艺设计智能化，工艺过程控制的全程化。
武器装备中材料构件的服役环境极端苛刻，对性能及其可靠性要求更高，如超高强度
冷热稳定性等。如的齿轮轴承、钛合与高韧性、
金阀门、涡轮发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等关键部件，要保证高性能及高稳定性，必须经过精密化学热处理工艺或精密真空热
超气冷叶片、矢量处理工艺。发动机热端部件、
喷口调节片、大型复杂薄壁的结构等要求高承温能力，常用铌基、钼基类等难熔合金，金属基复合材料和金属间化合物等材料，常采用精密成形相结合的密均细组织特种精密铸造技术来制造。
在精密体积成形技术方面，有磁脉冲锻造、等温成形、粉末成形和半固态成形等技术；在板料成形方面，有液压成形、电致增塑成形、磁脉冲成形、增量成形、超塑成形和热成形等技术；在型材和管材成形方面，有异型截面管成形、管材和型材弯曲成形、内高压成形、旋压成形等技术。精密塑性成形技术在飞机制造中起着重要作用，例如，美国采用等温锻造技术生产的F-22战斗机用Ti-6Al-4V合金整体隔框锻件（腹板最
）投影面积达到5.4m2，是目前世薄处为0.41mm
界上已研制成功的最大的钛合金整体隔框锻件；美国F/A-18歼击机采用钛合金整体隔框精锻件（投影面积为4m2）取代原设计中的368种零件，使飞机减重350kg，节约机械加工工时50%；美国ACM巡航导弹、F-117隐形飞机、F-16和F-18均采用了埋入式S形弯曲进气道方案，管件热态内压成形技术是异型截面管件制造的关键技术之一。
四、特种加工技术
三、先进热加工及精密成形技术
热加工及精密成形技术是通过热、力或热
特种加工的特点是直接利用电能、热能、磁能、电化学能、光能等或它们的组合来实现加工
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的。特种加工技术分为以下七类：
电火花加工是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工。常用于各种孔、槽、模具的成形加工，还可用于刻字、表面强化、涂料覆等；电火花加工还可用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属的切割加工。
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。电解加工常用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等加工。电铸加工常用于形状复杂、精
注塑用的模具、薄度高的空心零件，如波导管、
壁零件、复制精密的表面轮廓等零件加工。涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸，对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能等。
高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法。其中激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化和微调等，图7空客公司的飞机铝合金壁板双光束激光填丝焊接。电子束加工有热型和非热型两种。热型加工是利用电子束将材料的局部加热至熔化或汽化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；非热型加工是利用电子
弧堆焊及喷涂。
超声加工是利用超声振动的工具在有磨料
抛的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、
光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工适用于成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。
液体喷射加工是利用水或者在水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的，可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺，使金属表面产生塑性变形。磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。
化学加工是利用化学溶液与金属产生化学
尺寸的反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、
加工方法。化学加工用于去除材料表层，以减重，有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽，对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工等。
复合加工是指同时在加工部位上组合两种或两种以上的不同类型能量去除工件材料的特种加工。电液束加工技术即是综合了电化学加工和化学加工的一种新型工艺技术，在阴、阳极间施加直流电压，净化的酸性溶液通过高压输液泵压入导电密封头进入玻璃管电极中，形成持续液束流，射向工件加工部位，通过化学加工和电化学加工的复合作用，对阳极工件进行“溶解”加工，属无应力冷态溶解加工，从根本上消除了由于加工放热产生的再铸层和微裂纹等缺陷。
五、先进连接技术
先进连接技术是利用光能、电能、机械能、化学能等通过用或不用填充材料实现构件间牢固结合的制造技术，主要包括先进焊接技术、先进胶接技术和高质量机械连接技术，是武器装备研制中不可缺少的连接手段。先进连接技术能促使武器装备提高结构效率、实现轻量化，提高材料利用率，降低研制成本，提高产品质量。
新型材料的出现对连接技术提出了新的课
束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，也可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子·6·
国防工业的先进制造技术
尖端科技
题，成为其发展的重要推动力。许多新材料，如耐热合金、钛合金、陶瓷、金属基/陶瓷基/树脂基/碳－碳复合材料等的连接，特别是异种材料之间的连接，采用通常的焊接方法无法完成，扩散焊、摩擦焊、超塑成形扩散连接、液相扩散焊、活性钎焊、高性能粘接与机械连接等方法应运而生，解决了许多过去无法解决的材料连接问题。新产品、新构件和新器材对连接技术提出了新的要求，促进传统连接技术的不断改进与连接技术的创新，以适应发展的要求，如微连接技术、精密钎焊技术、加活性焊剂的氩弧焊及电弧－激光等复合能源高效焊接技术等。
先进连接技术包括普遍采用钛合金紧固件、干涉紧固件、自密封干涉铆接、电磁铆接、无毛剌自动制孔等长寿命连接技术等。例如，波音和空客的新型飞机中钛合金紧固件占螺纹紧固件的90%。复合材料结构用紧固件系统，如轻型钛高锁螺栓、钛环槽钉及干涉钛环槽钉系统、钛单面抽钉紧固系统、可调予载紧固件系统等。
搅拌摩擦焊技术是指搅拌头旋转并插入待焊零件的对接缝内，产生摩擦热，使邻近区域材料塑性变形。摩擦生热使金属被加热到低于熔点的温度，然后在搅拌头的机械混合作用下搅拌、混合、扩散，最终形成牢固的接头。对于4～12毫米厚的铝合金而言，当搅拌头旋转着前移时，塑性金属定向迁移，在焊接轴向压力作用下，形成固相接头搅拌摩擦焊的焊接速度可以达到750～1000毫米/分钟。我国北京航空精密机械研究所研制了各种搅拌摩擦焊设备，并得到了很好的运用，如图8所示。
线性摩擦焊是指待焊工件在动力源驱动下，作相对直线往复运动。工件接合面在压力下接触并互相摩擦，使机械能转化为焊接所需的热能，在顶锻力作用下形成固相接头。
惯性摩擦焊是指利用飞轮惯性存储的机械能，驱动待焊工件作相对高速旋转，工件接合面在压力下接触并互相摩擦，使飞轮储存的动能转变为焊接所需的热能，在顶锻力作用下形成固相接头。
电子束焊是由高电压加速装置形成的高能量电子束流通过磁透镜会聚，得到很小的焦点，轰击置于真空或非真空中的工件时，电子的动
能迅速转变为热能，熔化金属，完成焊接过程。在热发射材料和被焊工件之间的电位差使热发射电子连续不断地加速飞向工件，形成电子束流。通过电子光学系统，把束流会聚起来以提高能量密度达到熔化金属、实现焊接的目的。
钎焊和扩散焊技术是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，在毛细作用下填充接头间隙并与母材相互扩散而形成冶金结合的金属连接方法。
熔焊是将被焊零件接头部位加热到熔化状态，在不施加压力的条件下，熔池冷却、凝固形成焊接接头的焊接方法。
六、结束语
先进的制造与工艺技术是从传统的机械加工逐步发展起来的，集现代科学技术发展之大成，用最新的原理和方法来解决制造中难题的一门技术，它的内涵很宽，并且有鲜明的时代特征。随着时代的进步，各种先进的制造与工艺技术将不断涌现，而国防工业是新技术的推动者、引领者和受益者。因此，我们应该更加关注先进
发展和推广运用，为的制造与工艺技术的进步、
国防现代化作贡献。
收稿日期：2010-03-04
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■李圣怡
摘要：文章介绍先进制造技术的几个重要领域，包抱制造信息化和数
字化技术、先进切削技术、先进热加工及精密成形技术、特种加工技术和先进连接技术的内涵。结合为国防工业服务的一些实例，着重介绍了一些新技术的现状和发展动态。
关键词：先进制造技术
中图分类号：TJ05
发展
文献标识码：A
文章编号：1671-4547（2010）02-0001-07
先进武器装备的设计首先必须建立在实现性和经济可承受性的基础上，而先进
的制造与工艺技术是实现设计思想的物质基础和依据，它不但能为武器装备升级换代提供快速研制的手段，还能为武器装备的高质量、批量化生产、使用与维修提供保证。世界各国军事大国对先进的制造与工艺技术十分重视。例如，2008年8月1日美国国防工业委员会NDIA制造分会发布了《MaintainingViableDefenseIndustrialBase》白皮书，将制造技术列为“影响美国国防工业的、与制造有关的七大关键因素”之首，指出:如果失去制造技术的领先优势，那么将失去国家安全。
2009年3月美国在最新公布的国防部制造规划（ManTech）战略规划中指出，“国世界一流防制造技术的愿景是：在国防武器系统整个生命周期内，实现快速响应的、水平的制造能力，并在经济可承受的条件下，快速满足战争的各种需求。”ManTech战略规划投资的三个重点技术领域分别是：复合材料、电子元器件与装置和金属领域的加工工艺技术。复合材料领域如：可大幅度降低涡轮发动机的重量和燃料消耗的高温陶瓷基复合材料，轻型航天航空结构复合材料，具有弹道防护功能的复杂几形
作者简介：
李圣怡，男，教授，博士生导师，国防科学技术大学机电工程与自动化学院，410073
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2010年第2期第31卷第2期
状和多层战车结构复合材料的制造工艺技术。电子元器件与装置领域如:宽禁带与碳化硅装置、锂电池、MEMS的先进封装与加工技术。金属加工领域如：材料加工、铸造、锻造以及连接技术，包括弹道装甲、车辆、飞行器的轻质薄壁结构，高强度钛合金等的制造工艺技术。
先进的制造与工艺技术多种多样，下面从技术分类的角度就几个重要的领域加以说明和介绍。
3.数字化工艺技术
数字化工艺技术要实现三维环境下的数字化工艺规划和工艺知识重用，使制造资源可得到充分地利用和实现制造工艺过程计算机管理与控制。例如，美军DDG1000驱逐舰的数字化建造过程中有专门的规划软件工具用于生成数字化工艺规划。美军建设了先进材料、制造与测试信息和维护技术分析中心和知识库，采用以网络为中心的方法捕获制造工艺知识，使工艺过程实现
在切削加工工艺数字仿真和优化工艺知识重用。
方面，结合机床系统动态特性刀具路径仿真、切削力、刀具寿命和加工精度等条件，实现约束优化自适应控制，以提高加工效率等。
4.虚拟装配和柔性装配技术
虚拟装配和柔性装配技术使计算机辅助设计系统CAD与虚拟装配系统间的无缝集成。人机交互的虚拟装配、装配顺序的智能优化、零工装柔性装配工艺等技术现在己在美国飞机、潜艇制造中广泛采用，大大提高了效益。
5.质量保证技术和资源管理技术
武器装备研制周期和批生产过程的质量保证技术如：协同质量控制、质量问题追溯、快速检测等都是保证质量是否合格的重要技术。例如，美国洛克希德马丁公司采用Visiprise的MES软件实现多个工厂之间的协同质量控制，该技术己用于F35飞机研制中。美军已经将质量问题）技术广泛应用于武器装备的采办管追溯（RFID
理和武器装备研制供应链中，海湾战争中美军用RFID实现对后勤物资从制造过程、工厂到士兵的全程跟踪，节省18亿美元。研制资源管理技术方面有:可重组制造系统、面向武器装备试制的车间制造执行、以及基于PLM的系统集成、基于网络的异地协同技术等。
一、制造信息化和数字化技术
要缩短武器装备的研制周期、提高设计质
量、降低武器装备全生命周期成本和提高武器装备研制的经济可承受性，全过程信息化和数字化技术是一项综合性很强的关键技术。
1.多领域统一建模和多学科优化设计技术武器装备十分复杂，存在着对机、电、液、气、热、控等多领域耦合。在设计中需要对它的功能、行为、性能提供统一建模机制，在该模型的基础上针对实际装备的特征和需求用多学科解耦体系和优化技术，获得高精度、高性能和高性价比的设计模型。例如，2006年欧洲军工、航空、航天、汽车等重要工业领域联合构筑基于modelica的欧洲系统库（Eurosyslib/modelica），来支持多领域统一建模和多学科优化设计技术。
2.虚拟样机技术虚拟样机技术是从数字化设计到生产的全过程数字化仿真的技术，装备设计首先要实现3D的几何造型，然后实现基于性能的设计分析仿真，再分解为零件、部件的制造任务并实现数字化模拟的制造过程仿真，达到在任何物理零件制造之前在计算机上实现产品的设计、生产、装配和实验模拟。例如，美国在波音777飞机实现了数字化设计，而波音787梦想飞机不但实现了数字化设计，而且实现了制造全过程的数字化仿真；2006年12月美国在完全虚拟的环境下设计了美国海军的下一代航母─CVN21，并在计算机上进行了虚拟的建造，这就为实现更好设计效果，缩短建造周期，节约研制成本提供了条件。·2·
二、先进冷加工技术
车、铣、镗、磨等切削技术和研磨、抛光技术
等，泛称为冷加工技术。先进冷加工技术根据精度划分为精密和超精密加工技术两类，近年来微小零件加工技术也是一项新技术。
国防工业的先进制造技术
尖端科技
1.超高速精密加工技术
精密加工技术广泛地应用于武器装备的动力系统、武器系统、测控系统的零部件制造中，精密加工技术面临的技术难题是：针对特殊材料（如特软、特硬、脆、耐磨、难切削），特殊形状尺寸（特大、特小、特薄、特复杂）或其它特殊条件约束下高精度加工新原理和新方法的研究，如在发动机、薄型舱壳、相控阵雷达天线等复杂仪表结构件的制造。超高速精密加工技术是近
称曲面甚至自由曲面（见图2）。超精密机床厂家有美国的Moore公司和Precitech公司等。例如Moore公司的Nanotech350超精密车、磨床，
Freeform700G五轴超精密自由曲面铣磨机床都代表了当前最先进水平。以Nanoform350为），直线导轨的直线度优于例（见图3
年来精密加工技术的一项重要技术进步。例如超高速加工车铣床，其主轴转速60000转/分甚至更高，功率50kW，超高速切削可制造出比加工母机精度更高的零件，精度可达纳米级，绝大
部分材料均可用超高速切削加工。图1为用超高速加工技术加工钛合金叶轮的例子。
2.超精密加工技术
超精密加工技术是以高精度为目标的技术，它具有单项技术的极限、常规技术的突破、新技术综合三方面的特点。在精确打击装备中各类平台的导航与测控系统;在信息化装备中，侦察卫星、精密雷达，及军用微电子、光电子、测试仪表等产品中很多零件都是建立在精密、超精密加工技术的基础之上。
超精密切削是基于金刚刀具的车、铣、镗加工技术，用于有色金属、光学单晶材料的超精密切削加工，面形精度可达几十纳米，表面粗糙度接近Ra1nm，现在已研究用于黑色金属、钛、钨、玻璃、各种新型的金属基复合材料加工等。近年来，美国又推出快刀伺服和慢刀伺服技术，用于加工光学微阵列、二元光学元件、非回转对
0.187μm/350mm，典型的主轴轴向运动误差
8nm，径向运功误差12nm（标准25nm），角定位精度0.4弧秒/每30角（标准+/-5弧秒/每30角）0.063弧秒分辨率。
超精密磨削不仅要实现镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。如伺服阀柱塞、惯导零件、振动筒等，需要实现对黑色金属或其它高硬材料圆柱型偶件的超精密加工。美国LLNL实验室、日本中部大学发现了硬脆材料在纳米级进给条件下的塑性演变规律，开发了延展式镜面磨削工艺。美国Rochester大学光学制造中心（COM）提出了确定量微磨技术，其成形后的表面粗糙度可达到亚纳米。ELID是日本理化学研究所学者大森整博士发明的，通过使用很小粒度的磨粒、加工中保持砂轮锋
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2010年第2期第31卷第2期
锐的在线修整技术，能够实现高效的镜面加工，这是磨削技术的重大进展。
英国CRANFIELD精密工程研究所研制的OAGM2500大型CNC超精密磨床是为加工大型离轴非球面光学零件开发的机床。加工尺寸为2.5m×2.5m×0.61m;位置测量与反馈，分辨率为2.5nm；平面加工精度可达1μm；表面粗糙度为2~3nm，离轴非球镜加工精度达2.5μm，2006年又研发了BOXTM大型超精密磨床，可用于加
加工工1米直径的自由曲面光学镜与陶瓷材料，
精度达1μm。
超精密确定量研抛技术是以高精度、超光滑光学零件加工为目的，其基本原理是通过控
压力、运动形式等参数，使单制研抛头的形状、
位时间内工件表面材料的去除量精确、稳定，通过计算机控制研抛头在工件表面的驻留时间来实现面形误差的收敛，提高工件表面的加工质量。我们提出可控柔体研抛技术的新概念，其特点是:研磨抛光工具的“柔度”可以通过计算机的控制而改变，从而强化了非球面曲率变化的适应能力或达到保持去除函数的长期稳定性的目标，也可以方便地改变工具的“柔度”以适应不同需求的研抛过程。可控柔体研抛技术在非球面四维数控技术的基础上增加了更为复杂的柔体柔度控制，形成五维或多维控制，增加了控制裕度。因此我们将可控柔体研抛技术划分为非球镜第三代加工技术。
实现可控柔体研抛技术的方式有:研磨抛光工具的研磨盘可控柔性变形和研抛膜的柔度可控改变两大类。例如应力盘研抛技术就是基于弹性力学基础理论的可控柔体制造技术，它是由计算机控制一组电机执行器使磨盘在加工过程中不断弹性变形，以实现研抛工具的柔体控制的。而磁流变抛光、离子束成形技术和射流抛光技术可通过计算机控制磁场、电场和流场来控制加工，在广义上说这类加工技术是通过改变“研抛膜的柔度”来实现加工控制的。
20世纪90年代后期美国罗彻斯特大学光学加工中心（CenterforOpticalManufacturing-COM）提出了利用可控磁流体去除光学表面材料的新原理，开发了新的柔性流体制造技术，称为磁流变抛光（MagnetorheologicalFinishing，·4·
MRF）技术。QED公司并研制出Q22系列磁流变抛光机床。
该项技术的原理是:以磁性颗粒、基液、表面活性剂为基体，加入抛光粉，混合均匀制成磁流变抛光液。磁流液喷射到滚轮上，在可控磁场区，磁流液的链化结构发生变化，它变粘成为半固态，从而把抛光粉推挤到表面，实现对工件的剪切加工。当磁流液进入弱磁区，又重新恢复其流变性，加以收回循环使用。因此，磁流变技术
“抛光头”不会变钝或磨损，能保持长加工具有
期稳定性，适合非球光学零件高精度修形加工，且具有加工效率高等优点。国防科技大学研制了磁流变机床成功加工出高精度的光学零件，
实现了非球光学零件纳米级面形精如图5所示，
度的修形加工。
离子束成形（IonBeamFiguring，IBF）技术采用高能离子，在真空状态下由离子枪射向工件，
材料在离子束的轰击下实现去除。由于离子
束抛光的精度可以达到原子量级，因此离子束抛光可以达到非常高的精度。在真空室内工作，离子束对加工表面没有重力压力，工件表面没有压力变形，也不产生机械刚性研抛的令人头痛的边缘效应问题，尤其适用于超轻超薄镜面
国防工业的先进制造技术
尖端科技
的加工。例如，Kodak公司为Wyko公司提供的、用于600mm口径干涉仪的参考平面镜就是最终采用IBF技术得到的，在600口径内面形误差值小于42.5nm（PV）。该技术成功用于美国KECK望远镜10米主镜加工。为NASA研制SiC轻质空间镜的Schafer公司和德国IABG-TRW公司在对CVD-SiC超硬主镜（440mm-1.5m）最后抛光时，使用离子束抛光方法把面形误差从123nm提高到39nm。图4为国防科技大学研制的离子束机床，该机床成功加工了一批纳米级面形精度的光学零件。
4.微小型机械零件制造系统
微小型机械零件制造系统是连接微观与宏观制造领域的桥梁技术，受到世界各国的高度重视。日本、美国和欧洲等发达国家都投入了大量的人力、物力和财力，开展该领域的研究与开发。
日本FANUC公司研制的5轴超精密车、铣床R0B0nanoUi采用切削方法实现了自由曲面的微细加工，加工出的人脸三维像只有1mm大小，见图6。美国西北大学和伊利诺伊大学研制的微小型车床，主轴转速可达到200000rpm，进给分辨率为0.5μm。密歇根大学研制的微加工单元可进行三维复杂曲面的加工，主轴采用气动涡轮机驱动，最高转速达20000rpm，回转精度为
1μm，定位精度为0.5μm。德国卡尔斯鲁厄大学与奔驰汽车厂合作研制了世界上首台主轴转速为160000rpm的精密微小型铣床，用以加工微小型模具，实现了用微小设备高速加工微小零件。
力耦合等外场的作用，精确调控构件的组织与
性能，在模具约束下把材料成形为所需形状与性能的构件。先进热加工及精密成形技术针对的是形状越来越复杂且组织性能特殊的构件，实现净成形、近净成形和组织精确控制，采用先进技术使热加工及精密成形工艺设计智能化，工艺过程控制的全程化。
武器装备中材料构件的服役环境极端苛刻，对性能及其可靠性要求更高，如超高强度
冷热稳定性等。如的齿轮轴承、钛合与高韧性、
金阀门、涡轮发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等关键部件，要保证高性能及高稳定性，必须经过精密化学热处理工艺或精密真空热
超气冷叶片、矢量处理工艺。发动机热端部件、
喷口调节片、大型复杂薄壁的结构等要求高承温能力，常用铌基、钼基类等难熔合金，金属基复合材料和金属间化合物等材料，常采用精密成形相结合的密均细组织特种精密铸造技术来制造。
在精密体积成形技术方面，有磁脉冲锻造、等温成形、粉末成形和半固态成形等技术；在板料成形方面，有液压成形、电致增塑成形、磁脉冲成形、增量成形、超塑成形和热成形等技术；在型材和管材成形方面，有异型截面管成形、管材和型材弯曲成形、内高压成形、旋压成形等技术。精密塑性成形技术在飞机制造中起着重要作用，例如，美国采用等温锻造技术生产的F-22战斗机用Ti-6Al-4V合金整体隔框锻件（腹板最
）投影面积达到5.4m2，是目前世薄处为0.41mm
界上已研制成功的最大的钛合金整体隔框锻件；美国F/A-18歼击机采用钛合金整体隔框精锻件（投影面积为4m2）取代原设计中的368种零件，使飞机减重350kg，节约机械加工工时50%；美国ACM巡航导弹、F-117隐形飞机、F-16和F-18均采用了埋入式S形弯曲进气道方案，管件热态内压成形技术是异型截面管件制造的关键技术之一。
四、特种加工技术
三、先进热加工及精密成形技术
热加工及精密成形技术是通过热、力或热
特种加工的特点是直接利用电能、热能、磁能、电化学能、光能等或它们的组合来实现加工
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国防工业的先进制造技术
尖端科技
的加工。例如，Kodak公司为Wyko公司提供的、用于600mm口径干涉仪的参考平面镜就是最终采用IBF技术得到的，在600口径内面形误差值小于42.5nm（PV）。该技术成功用于美国KECK望远镜10米主镜加工。为NASA研制SiC轻质空间镜的Schafer公司和德国IABG-TRW公司在对CVD-SiC超硬主镜（440mm-1.5m）最后抛光时，使用离子束抛光方法把面形误差从123nm提高到39nm。图4为国防科技大学研制的离子束机床，该机床成功加工了一批纳米级面形精度的光学零件。
4.微小型机械零件制造系统
微小型机械零件制造系统是连接微观与宏观制造领域的桥梁技术，受到世界各国的高度重视。日本、美国和欧洲等发达国家都投入了大量的人力、物力和财力，开展该领域的研究与开发。
日本FANUC公司研制的5轴超精密车、铣床R0B0nanoUi采用切削方法实现了自由曲面的微细加工，加工出的人脸三维像只有1mm大小，见图6。美国西北大学和伊利诺伊大学研制的微小型车床，主轴转速可达到200000rpm，进给分辨率为0.5μm。密歇根大学研制的微加工单元可进行三维复杂曲面的加工，主轴采用气动涡轮机驱动，最高转速达20000rpm，回转精度为
1μm，定位精度为0.5μm。德国卡尔斯鲁厄大学与奔驰汽车厂合作研制了世界上首台主轴转速为160000rpm的精密微小型铣床，用以加工微小型模具，实现了用微小设备高速加工微小零件。
力耦合等外场的作用，精确调控构件的组织与
性能，在模具约束下把材料成形为所需形状与性能的构件。先进热加工及精密成形技术针对的是形状越来越复杂且组织性能特殊的构件，实现净成形、近净成形和组织精确控制，采用先进技术使热加工及精密成形工艺设计智能化，工艺过程控制的全程化。
武器装备中材料构件的服役环境极端苛刻，对性能及其可靠性要求更高，如超高强度
冷热稳定性等。如的齿轮轴承、钛合与高韧性、
金阀门、涡轮发动机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘等关键部件，要保证高性能及高稳定性，必须经过精密化学热处理工艺或精密真空热
超气冷叶片、矢量处理工艺。发动机热端部件、
喷口调节片、大型复杂薄壁的结构等要求高承温能力，常用铌基、钼基类等难熔合金，金属基复合材料和金属间化合物等材料，常采用精密成形相结合的密均细组织特种精密铸造技术来制造。
在精密体积成形技术方面，有磁脉冲锻造、等温成形、粉末成形和半固态成形等技术；在板料成形方面，有液压成形、电致增塑成形、磁脉冲成形、增量成形、超塑成形和热成形等技术；在型材和管材成形方面，有异型截面管成形、管材和型材弯曲成形、内高压成形、旋压成形等技术。精密塑性成形技术在飞机制造中起着重要作用，例如，美国采用等温锻造技术生产的F-22战斗机用Ti-6Al-4V合金整体隔框锻件（腹板最
）投影面积达到5.4m2，是目前世薄处为0.41mm
界上已研制成功的最大的钛合金整体隔框锻件；美国F/A-18歼击机采用钛合金整体隔框精锻件（投影面积为4m2）取代原设计中的368种零件，使飞机减重350kg，节约机械加工工时50%；美国ACM巡航导弹、F-117隐形飞机、F-16和F-18均采用了埋入式S形弯曲进气道方案，管件热态内压成形技术是异型截面管件制造的关键技术之一。
四、特种加工技术
三、先进热加工及精密成形技术
热加工及精密成形技术是通过热、力或热
特种加工的特点是直接利用电能、热能、磁能、电化学能、光能等或它们的组合来实现加工
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的。特种加工技术分为以下七类：
电火花加工是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工。常用于各种孔、槽、模具的成形加工，还可用于刻字、表面强化、涂料覆等；电火花加工还可用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属的切割加工。
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。电解加工常用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等加工。电铸加工常用于形状复杂、精
注塑用的模具、薄度高的空心零件，如波导管、
壁零件、复制精密的表面轮廓等零件加工。涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸，对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能等。
高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法。其中激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化和微调等，图7空客公司的飞机铝合金壁板双光束激光填丝焊接。电子束加工有热型和非热型两种。热型加工是利用电子束将材料的局部加热至熔化或汽化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；非热型加工是利用电子
弧堆焊及喷涂。
超声加工是利用超声振动的工具在有磨料
抛的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、
光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。超声加工适用于成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。
液体喷射加工是利用水或者在水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的，可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺，使金属表面产生塑性变形。磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。
化学加工是利用化学溶液与金属产生化学
尺寸的反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、
加工方法。化学加工用于去除材料表层，以减重，有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽，对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工等。
复合加工是指同时在加工部位上组合两种或两种以上的不同类型能量去除工件材料的特种加工。电液束加工技术即是综合了电化学加工和化学加工的一种新型工艺技术，在阴、阳极间施加直流电压，净化的酸性溶液通过高压输液泵压入导电密封头进入玻璃管电极中，形成持续液束流，射向工件加工部位，通过化学加工和电化学加工的复合作用，对阳极工件进行“溶解”加工，属无应力冷态溶解加工，从根本上消除了由于加工放热产生的再铸层和微裂纹等缺陷。
五、先进连接技术
先进连接技术是利用光能、电能、机械能、化学能等通过用或不用填充材料实现构件间牢固结合的制造技术，主要包括先进焊接技术、先进胶接技术和高质量机械连接技术，是武器装备研制中不可缺少的连接手段。先进连接技术能促使武器装备提高结构效率、实现轻量化，提高材料利用率，降低研制成本，提高产品质量。
新型材料的出现对连接技术提出了新的课
束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，也可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子·6·
国防工业的先进制造技术
尖端科技
题，成为其发展的重要推动力。许多新材料，如耐热合金、钛合金、陶瓷、金属基/陶瓷基/树脂基/碳－碳复合材料等的连接，特别是异种材料之间的连接，采用通常的焊接方法无法完成，扩散焊、摩擦焊、超塑成形扩散连接、液相扩散焊、活性钎焊、高性能粘接与机械连接等方法应运而生，解决了许多过去无法解决的材料连接问题。新产品、新构件和新器材对连接技术提出了新的要求，促进传统连接技术的不断改进与连接技术的创新，以适应发展的要求，如微连接技术、精密钎焊技术、加活性焊剂的氩弧焊及电弧－激光等复合能源高效焊接技术等。
先进连接技术包括普遍采用钛合金紧固件、干涉紧固件、自密封干涉铆接、电磁铆接、无毛剌自动制孔等长寿命连接技术等。例如，波音和空客的新型飞机中钛合金紧固件占螺纹紧固件的90%。复合材料结构用紧固件系统，如轻型钛高锁螺栓、钛环槽钉及干涉钛环槽钉系统、钛单面抽钉紧固系统、可调予载紧固件系统等。
搅拌摩擦焊技术是指搅拌头旋转并插入待焊零件的对接缝内，产生摩擦热，使邻近区域材料塑性变形。摩擦生热使金属被加热到低于熔点的温度，然后在搅拌头的机械混合作用下搅拌、混合、扩散，最终形成牢固的接头。对于4～12毫米厚的铝合金而言，当搅拌头旋转着前移时，塑性金属定向迁移，在焊接轴向压力作用下，形成固相接头搅拌摩擦焊的焊接速度可以达到750～1000毫米/分钟。我国北京航空精密机械研究所研制了各种搅拌摩擦焊设备，并得到了很好的运用，如图8所示。
线性摩擦焊是指待焊工件在动力源驱动下，作相对直线往复运动。工件接合面在压力下接触并互相摩擦，使机械能转化为焊接所需的热能，在顶锻力作用下形成固相接头。
惯性摩擦焊是指利用飞轮惯性存储的机械能，驱动待焊工件作相对高速旋转，工件接合面在压力下接触并互相摩擦，使飞轮储存的动能转变为焊接所需的热能，在顶锻力作用下形成固相接头。
电子束焊是由高电压加速装置形成的高能量电子束流通过磁透镜会聚，得到很小的焦点，轰击置于真空或非真空中的工件时，电子的动
能迅速转变为热能，熔化金属，完成焊接过程。在热发射材料和被焊工件之间的电位差使热发射电子连续不断地加速飞向工件，形成电子束流。通过电子光学系统，把束流会聚起来以提高能量密度达到熔化金属、实现焊接的目的。
钎焊和扩散焊技术是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，在毛细作用下填充接头间隙并与母材相互扩散而形成冶金结合的金属连接方法。
熔焊是将被焊零件接头部位加热到熔化状态，在不施加压力的条件下，熔池冷却、凝固形成焊接接头的焊接方法。
六、结束语
先进的制造与工艺技术是从传统的机械加工逐步发展起来的，集现代科学技术发展之大成，用最新的原理和方法来解决制造中难题的一门技术，它的内涵很宽，并且有鲜明的时代特征。随着时代的进步，各种先进的制造与工艺技术将不断涌现，而国防工业是新技术的推动者、引领者和受益者。因此，我们应该更加关注先进
发展和推广运用，为的制造与工艺技术的进步、
国防现代化作贡献。
收稿日期：2010-03-04
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