Прорыв Китая в производстве тонкостенных компонентов для аэрокосмической отрасли: технология фрезерования зеркал, ведущая в будущее

Создано 2025.08.22

Почему легче значит лучше

В аэрокосмической инженерии снижение веса напрямую связано с производительностью. Более легкий фюзеляж позволяет самолету летать дальше, нести больший груз и потреблять меньше топлива. Для ракет каждый килограмм, сэкономленный в конструкции, переводится в дополнительный полезный груз, доставляемый на орбиту. Тем не менее, компоненты, которые делают это возможным — большие изогнутые обшивки самолетов и днища ракетных баков — должны выдерживать экстремальные нагрузки, сохраняя аэродинамическую точность.

На протяжении десятилетий производители полагались на химическую фрезеровку. Этот процесс, хотя и широко используемый, приносил значительные проблемы: низкая точность, неравномерная толщина стенок, сильное загрязнение окружающей среды и ограниченная применимость к новым материалам, таким как алюминий-литиевые сплавы. Поскольку программы следующего поколения требовали более высоких соотношений прочности к весу, химическая фрезеровка стала препятствием, а не решением.

Появление технологии зеркального фрезерования — двойного пятиосевого метода обработки — теперь переопределило, как могут производиться тонкостенные аэрокосмические компоненты. Постоянные исследовательские усилия Китая за последнее десятилетие продвинули этот когда-то зависимый от импорта процесс в область отечественных инноваций и широкомасштабного применения.

Преодоление узкого места традиционных процессов

Кожухи самолетов должны сочетать ультралегкую конструкцию с длительным сроком усталости, в то время как дно ракетных баков должно выдерживать как давление топлива, так и огромные силы при запуске. Традиционная химическая гравировка (химическая фрезеровка) имеет несколько врожденных слабостей:

Низкая точность обработки

и трудности поддержания равномерной толщины

Экологическое воздействие

, с высоким уровнем химических отходов и загрязнения

Зависимость от ручного труда

, что затрудняет масштабирование и согласованность

Несовместимость с современными сплавами

такие как алюминий-литий

Невозможность устранить неравномерную толщину стенки

в крупных деталях

Эти проблемы стали серьезным узким местом, ограничивая улучшения как в производительности самолетов, так и в производительности космических аппаратов.

Прорыв Китая: Двойная пятиосевая зеркальная фрезеровка

Зеркальная фрезеровка широко считается «коронным украшением» пятиосевой обработки. Процесс включает синхронизированное движение двух фрезерных головок — режущей головки и поддерживающей головки — работающих в зеркальном отображении. Измерение толщины стенки в реальном времени и адаптивная поддержка предотвращают деформацию слабых, тонкостенных деталей.

На протяжении десятилетий эта технология была монополизирована европейскими поставщиками, такими как Dufieux (Франция) и M.Torres (Испания). Одна машина класса 12 метров когда-то стоила более 110 миллионов юаней (15 миллионов долларов США), обычно продавалась по ограничительным контрактам, которые запрещали передачу ключевой технологии.

Ответ Китая стал десятилетним национальным усилием. Консорциум, включающий Шанхайский университет Цзяотун, Topplus CNC, COMAC, AVIC Сианьский самолетостроительный завод и Тяньцзиньский завод ракетостроения, достиг ряда прорывов по всей цепочке — теории, технологии, процессам и оборудованию. Ключевые достижения включали:

Разработка технологий прецизионной обработки для больших гибких поверхностей
Строительство мира

первая вертикальная двойная пятиосевая зеркальная фрезерная машина

Создание мира

самая большая горизонтальная двойная пятиосевая зеркальная фрезерная система

Новые процессы для

обшивки самолетов и интегральные днища ракетных баков

Эти достижения были успешно применены к крупным программам, таким как транспортный самолет Y-20, пассажирский самолет C919, пилотируемая космическая программа Китая и интегральное дно танка класса 5 метров для лунных миссий.

Зеркальная фрезеровка работает на сферической поверхности

Первые поставки: Вход в глобальную тройку лучших

В 2017 году Шанхайский университет Цзяо Тун и Шанхайская компания Topplus CNC представили первую в Китае отечественную зеркальную фрезерную машину, заполнив долгожданный пробел. Это поставило Китай на третье место в мире по освоению технологии, после Франции и Испании.

Система преодолела ключевые технические препятствия, такие как демпфирование поддержки для ультратонких структур, онлайн-измерение толщины стенки и компенсация, а также повышение динамической точности машины. При применении к секциям ракетных баков допуск по толщине стенки улучшился в пять раз по сравнению с химической фрезеровкой.

Прорыв был признан Министерством промышленности и информационных технологий Китая в рамках программы «Пять лет прогресса в достижениях в области крупного оборудования».

Расширение возможностей: от 3 метров до 5 метров

Покорение "Гигантской Яичной Скорлупы"

Исследовательские группы затем разработали вертикальный двухпятиосевой станок класса 3 метра, расширив применение фрезерования зеркал от одноизогнутых до двуизогнутых структур. В Тяньцзине им удалось успешно обработать дно ракетного бака диаметром 3,35 метра со стенкой толщиной всего 1 мм, достигнув соотношения диаметра к толщине 3350:1.

Чтобы преодолеть экстремально слабую жесткость — сравнимую с обработкой «гигантской яичной скорлупы» — инженеры внедрили лазерное сканирование, автоматическую компенсацию толщины и цифровое управление деформацией. Это обеспечило точное, экологичное производство с резко сокращенными циклами.

От первой статьи до массового производства

На заводе Shanghai Aerospace 149 процессы фрезерования зеркал для дна ракетных баков были усовершенствованы за три года. Точность улучшилась до ±0,1 мм, в то время как время обработки сократилось с 20 дней до всего 6–7 дней. В октябре 2023 года завод отпраздновал выпуск своего 100-го цельного дна бака класса 3 метра, что ознаменовало зрелость технологии для серийного производства.

Масштабирование до 5 метров

В 2024 году Китай достиг еще одного мирового рекорда — зеркальной фрезеровки дна ракеты диаметром 5 метров. Задача была огромной: поддерживать однородность толщины стенки стало гораздо сложнее, и риски деформации умножились. Инженеры разработали вертикальную машину с двумя головками размахом 6 метров с синхронизированной поддержкой 110°, улучшенным сканированием толщины в реальном времени и модернизированными системами зажима.

Это достижение ознаменовало полный переход от загрязняющего, низкоточного химического фрезерования и сварки к чистому, высокоточному зеркальному фрезерованию для крупных ракетных конструкций.

Приложения в авиации: от C919 до Y-20

Обеспечение цепочки поставок C919

Самолет C919 требует фюзеляжных обшивок с усталостным сроком службы, превышающим стандарты Boeing и Airbus, многие из которых изготовлены из алюминиево-литиевого сплава. Традиционная химическая фрезеровка не могла удовлетворить эти требования.

В какой-то момент цепочка поставок C919 зависела от импортных зеркальных фрезерных станков. Но когда иностранное оборудование вышло из строя, Китай столкнулся с потенциальными сбоями в поставках. Внутренние команды быстро вмешались, предоставив горизонтальные двойные пятиосевые зеркальные фрезерные системы с более высокой точностью, эффективностью и диапазоном, чем импортные аналоги.

Сегодня установлено пять автоматизированных производственных линий на основе отечественного фрезерования зеркал, которые поставляют кожухи для более чем 60 комплектов самолетов, обеспечивая безопасное и надежное производство для программы C919.

Поддержка транспортного самолета Y-20

Большой транспортный самолет Y-20 имеет массивные изогнутые обшивки фюзеляжа, которые инженеры описывают как «металлические пленки». Эти ультрабольшие, ультратонкие конструкции крайне подвержены деформации во время обработки. Традиционное ЧПУ оборудование не могло адаптироваться.

Чтобы решить эту проблему, AVIC Сианьский самолет и его партнеры разработали крупнейший в мире станок для фрезерования зеркал, горизонтальную двухпятимерную систему длиной 12 метров. Это позволило автоматизировать и точно фрезеровать большие панели, превратив то, что когда-то было критическим узким местом, в надежный процесс.

Оборудование не только соответствовало, но и превзошло ожидания по производительности, установив полный процесс и систему оборудования для больших изогнутых кож. Оно теперь поддерживает как программы Y-20, так и C919, и было признано газетой "Жэньминь Жибао" вехой в инновациях высококачественных станков.

Более широкое влияние на индустрию станков Китая

Успех зеркального фрезерования распространился за пределы аэрокосмической отрасли на более широкий сектор высококачественных станков. Его влияние включает:

Разработка

серийно настроенные горизонтальные пятиосевые фрезерные станки для алюминиевых и титановых сплавов

Создание первой автоматизированной линии по фрезерованию панелей в Китае
Улучшения эффективности до

в четыре раза выше, чем обычные портальные фрезерные станки

Достижения в

многопролетная, ультравысокоточная пятиосевая портальная обработка для компонентов гражданских самолетов

Переход процессов сборки от ручной подгонки к

высокоэффективная взаимозаменяемая сборка

Эти достижения не только обеспечили независимость в некогда монополизированной технологии, но и повысили глобальную конкурентоспособность Китая в области прецизионного производства.

К новому этапу в производстве аэрокосмической техники

От 3-метровых до 5-метровых дна танков, от алюминиево-литиевых сплавов до ультратонких металлических оболочек, программы зеркального фрезерования Китая достигли ряда мировых первенств. За более чем десятилетние усилия китайские команды добились прорывов в теории, процессах, оборудовании и промышленном применении.

Технология теперь поддерживает ключевые национальные проекты, включая C919, Y-20, ракеты «Долгий марш», пилотируемые космические полеты и исследование Луны. Заменив химическую фрезеровку на высокоточную, экологически чистую зеркальную фрезеровку, Китай не только устранил давние узкие места, но и занял лидирующие позиции в производстве аэрокосмической техники следующего поколения.

По мере расширения приложений и продолжения эволюции технологий зеркальная фрезеровка будет играть еще более важную роль — помогая аэрокосмическому сектору Китая достигать новых высот, одновременно формируя будущее глобального аэрокосмического производства.

Контакт

Оставьте свои контактные данные, и мы свяжемся с вами.