摘要：在航空航天工业发展中，航空零部件制造技术至关重要。随着对零部件性能、可靠性和复杂性要求的提高，传统机械加工在面对特殊结构和高性能材料时逐渐显现出局限性，如复杂冷却通道的发动机叶片加工难度大、成本高。增材制造技术虽具备复杂形状制造和材料利用率高等优势，但存在表面质量和力学性能不足的问题。因此，将增材制造与传统机械加工复合工艺应用于航空零部件制造意义重大，可充分发挥两者优势，优化生产效率和降低成本。本文探讨该复合工艺在航空零部件制造中的应用，涵盖增材制造（如SLM、EBM）和传统机械加工（如车削、铣削）的原理及特点，并分析航空零部件对材料性能和复杂结构的特殊需求。重点讨论复合工艺参数设计与优化方法，如激光功率、切削速度等的选择，以及工序顺序安排。最后展望其应用前景，包括新材料开发和自动化集成趋势对工艺的影响，为提升制造质量和效率提供有效途径。

关键字：增材制造、传统机械、航空零部、三维实体；

引言：当前航空零部件制造技术正经历快速发展，增材制造（如3D打印）与传统机械加工均取得显著进展。增材制造以逐层堆积方式构建复杂结构零部件，材料利用率高且无需模具，但表面质量和力学性能需进一步提升；传统机械加工则以其高精度见长，适合对金属材料进行微米级加工，但在复杂形状制造中存在材料浪费和加工难度问题。为此，复合工艺应运而生，结合两者优势，先通过增材制造成型，再经传统机械加工实现精加工，从而提高效率、降低成本并保证零件性能。本研究旨在通过复合工艺优化航空零部件制造，提升质量、缩短周期、降低成本，并推动技术创新。例如，制造航空机翼连接件时可兼顾内部结构完整性和外部装配精度，复杂壳体制造周期有望缩短30%-50%，同时合理分配两种工艺资源以减少浪费，为航空制造技术的高效、精密和灵活发展提供支持[1]。

1、 复合工艺技术原理

1.1 增材制造技术基础

增3D打印基于离散-堆积原理，通过逐层添加材料构建三维物体，主要工艺包括熔融沉积成型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）和光固化立体造型（SLA）。SLS利用激光烧结粉末材料，适合复杂结构零件制造，如航空航天发动机部件，冷却通道设计灵活性较传统工艺提升约30%。SLA采用液态光敏树脂，紫外激光固化逐层成型，精度可达±0.1mm，适用于精密部件如航空仪表。FDM通过加热挤出热塑性材料逐层堆积，成本低、材料多样（如PLA、ABS），广泛用于航空座椅等非关键部件原型制作。三种工艺各具优势，为不同需求提供灵活解决方案。

1.2 传统机械加工原理

传统机械加工通过去除材料实现零件的形状和尺寸要求，包括车削、铣削、钻削和磨削等工艺。车削在航空发动机轴类零件制造中至关重要，可将直径精度控制在±0.01mm以内，圆柱度误差小于0.005mm，表面粗糙度达Ra0.8μm。铣削用于复杂外形零件加工，如飞机机翼连接件，精度可达±0.05mm，表面粗糙度为Ra0.8 - Ra3.2μm。钻削主要加工螺栓连接孔，需合理选择转速和进给量以保证孔的尺寸精度（±0.1mm以内）和表面质量。磨削作为精密加工工艺，常用于航空发动机叶片的精加工，可将表面粗糙度降低至Ra0.2μm以下，形状精度控制在±0.005mm以内，砂轮参数选择对加工质量影响显著。

2、 航空零部件需求分析

2.1 材料性能要求

航空零部件材料需满足高强度、轻质、耐腐蚀性和优异疲劳性能等严格要求。例如，涡轮叶片工作时承受1500℃以上高温和数万转/分钟的离心力，因此多采用屈服强度达数百兆帕的镍基高温合金。同时，为提升燃油效率与航程，波音787大量使用轻质复合材料，减轻重量约20%。此外，航空材料还需抵御复杂环境下的腐蚀，如机身和起落架常选用耐蚀性强的钛合金或特殊处理的高强度钢。最后，飞机零部件在交变载荷下易产生疲劳裂纹，关键部件如机翼和发动机零件需通过严格测试，确保疲劳寿命达数万小时以上，保障长期可靠性与安全性[2]。

2.2 结构复杂性挑战

航空零部件的结构复杂性是制造中的关键挑战。现代航空技术使零部件设计日益精密，如发动机内部的压气机、燃烧室和涡轮等子部件，其叶片需兼具精确空气动力学外形与复杂冷却通道。飞机机翼为满足多功能需求，采用由隔舱、梁、肋组成的复杂框架结构，制造公差要求极高。卫星天线等航天部件需具备可折叠和展开功能，并适应极端环境条件，对材料和工艺提出严苛要求。此外，航空电子设备集成度提升，需在狭小空间内实现高电磁兼容性和散热性能，对尺寸与位置控制极为严格，任何偏差都可能影响系统性能。

3、 工艺设计与优化方法

3.1 工艺参数选择

在航空零部件制造中，增材制造与传统机械加工复合工艺的参数选择至关重要。以SLM技术为例，激光功率100-400瓦影响钛合金零件致密度，过低（<150瓦）导致孔隙，过高（>350瓦）引发球化现象。扫描速度500-2000毫米/秒调节时，较慢速度虽利于熔化但增加时间，如800毫米/秒制造叶片需10小时，提速至1500毫米/秒可缩短至6小时，但需提高功率保证质量。传统机械加工中，切削速度1000-3000转/分钟、进给量0.05-0.3毫米/转、切削深度0.5-3毫米是关键参数，低速（800转/分钟）加剧刀具磨损，进给量过大或过小影响效率和精度。复合工艺中，增材制造表面粗糙度（如Ra12.5微米 vs Ra6.3微米）决定机械加工余量（1-2毫米 vs 0.5-1毫米），优化衔接可提升效率、减少浪费。

3.2 设计流程改进

改进航空零部件制造复合工艺的设计流程是提升效率与质量的关键。传统顺序设计存在弊端，应采用一体化设计，协同增材制造与机械加工。例如，航空发动机燃烧室的复杂冷却通道适合增材制造，而连接法兰需传统机械加工。设计时应建立统一模型，包含几何、材料及工艺参数信息，利用虚拟制造仿真预测变形和切削力，优化工艺参数。同时，提前介入质量控制，明确检测标准，如钛合金零件孔隙率、尺寸精度和表面粗糙度要求，确保制造过程中的问题及时调整，保障最终产品质量[3]。

4、 结论

在航空零部件制造领域，复合工艺为新材料开发提供了新思路。例如，钛合金因高强度-重量比和耐腐蚀性备受关注，但传统制造存在加工难度大、成本高等问题。通过增材制造与机械加工结合，可优化钛合金微观结构，使其强度提高15%-20%，重量降低约10%。陶瓷基复合材料亦具潜力，其高温性能和低密度优势显著，但脆性限制了复杂形状制造。借助复合工艺，增材制造可实现初步成型，机械加工提升精度，使高温稳定性提高约30%。增材制造与传统机械加工的自动化集成趋势日益明显。自动化系统可减少人为干扰，提高效率和一致性。人工智能可优化工艺参数，物联网实现设备互联协同工作，生产效率提升30%-40%，不合格率降低20%-30%。这为航空航天产业高性能零部件需求提供了重要支撑。

参考文献

[1]何艳丽，廖焕文，王禄秀.商用航空发动机金属增材制造技术及装备应用[J].航空制造技术， 2014（22）：5.

[2]王伟，袁雷，王晓巍.飞机增材制造制件的宏观结构轻量化分析[J].飞机设计， 2015（3）：5.

[3]吕经康，曹刚敏.应用于3D打印航空金属零部件的表面加工工艺研究进展[J].新技术新工艺， 2021.