模鍛促航空工業發展范文

本站小編為你精心準備了模鍛促航空工業發展參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

本文作者：李鳳梅王樂安單位：中國航空工業集團公司北京航空材料研究院

一、減重和可靠性是航空工業的永恒主題

1.減重的作用

有資料報道：①飛機機體減重5kg，可使飛機起飛質量減輕50kg，按照起飛質量計算的飛行成本大大降低，在其壽命期內能夠節約相當于5kg黃金的價值，軍機則可多帶武器或擴大作戰半徑；②遠程導彈減輕1kg，則可增加射程100km。由上述數字可見減重在飛行器中的重要作用。因此，設計師在設計飛機和發動機零件時都以克為單位減輕其質量。隨著人們對生活品質提高的要求，汽車、高速列車和艦船等交通運輸設備的減重和可靠性也已經提上議事日程。

2.減重的技術途徑及其分析

減輕飛行器的結構質量，可以采取先進的設計技術(如損傷容限設計)，并選用優質、比剛度和比強度大的材料；當設計方案與材料確定之后，減重的效果在很大程度上則取決于制造技術。采用高性能大型整體構件可以減輕飛行器的結構質量、提高可靠性和性能、增加剛度、降低成本，同時增加設計的靈活性。對于飛行器的重要承力構件，采用大型整體構件已成為新一代飛行器的發展趨勢，自然就成為設計師追求的目標。要獲得大型整體構件，可采用焊接結構件、大型精密鑄件、大型整體模鍛件以及鋁合金大型構件的厚板數控加工等。至于選擇哪一種工藝方法，則要從可靠性、減重效果、可維修性和成本等諸多方面綜合衡量。

(1)焊接結構件

鑒于焊接接頭性能一般只有母體金屬強度的85%，這不可避免地要增加15%的構件質量，因此就失去了減重的初衷。另外，焊接結構還存在焊透率、焊接接頭組織和性能的穩定性、可靠性、焊接變形、焊接與熱處理工藝的匹配技術以及生產率和成品率等問題。按照目前的產品設計水平和焊接接頭的可靠性水平，焊接結構主要用于制造各種非承力件或次承力件。

(2)大型精密鑄件

對于高性能、高可靠性大型整體構件來說，大型精鑄件需要解決鑄件的疏松、組織和性能的穩定性及可靠性等技術問題。目前，大型精鑄件還不具備高性能、高可靠性大型整體構件對減重的要求。

(3)大型構件的厚板數控加工

受板坯厚度、構件可靠性（金屬流線被切斷）、生產效益和材料利用率的限制，厚板數控加工僅用于制造大型鋁合金構件，且主要用于次承力構件。

(4)大型整體模鍛件減重實例

圖2所示為315MN模鍛液壓機為F-102殲擊機模鍛的7075鋁合金整體翼梁精鍛件，該模鍛件長3.6m、最大寬度457mm、厚度4.7mm，取代原設計的272個零件和3200個鉚釘，使飛機減重45.5～54.5kg，節約機械加工工時50%，提高了該構件剛度，并大大降低了成本。圖3所示為采用450MN模鍛液壓機為波音-747客機主起落架模鍛的Ti-6Al-4V鈦合金整體梁模鍛件。可以看出，該模鍛件長度為245英寸（約6.2m）、寬約0.95m（圖中未示出）、投影面積為6300平方英寸(約4.06m2)，模鍛件質量1545kg，比原設計減輕質量113.5kg。蘇聯安-22運輸機機身采用750MN模鍛液壓機模鍛的20個大型隔框模鍛件，共減少了800個零件，減輕飛機機體質量1000kg，減少機械加工工時15%～20%。圖4所示為其中最大的B95（近似于7A04或LC4）鋁合金隔框模鍛件，投影面積達到3.5m2。圖5為750MN多向模鍛液壓機為A380客機模鍛的Ti10-2-3鈦合金模鍛件。

綜合上述，從減重和可靠性出發，采用大型模鍛件制造大型主承力件更加現實和合理。

二、航空工業與大型模鍛件同步發展

1.航空工業“牽引”大型模鍛件發展

20世紀40-70年代二次世界大戰和冷戰期間航空工業的大發展“牽引”模鍛液壓機和大型模鍛件快速發展。納粹德國為掌控制空權，于1938-1944年建造了2臺150MN和1臺300MN模鍛液壓機，用于生產投影面積在0.5m2以上的大型航空鋁合金模鍛件，這些設備為侵略戰爭爭奪空中優勢起到了相當大的作用。二戰后，冷戰需要大力發展航空工業，美國和前蘇聯認識到大型模鍛液壓機在航空工業中的重要作用，分別從德國拆走3臺萬噸級模鍛液壓機，又分別建造了多臺315M～750MN模鍛液壓機。上述大型模鍛液壓機為第3代戰斗機、大型運輸機及客機生產的大型模鍛件，見圖1-5。

2.大型模鍛件“推動”航空工業發展

根據圖1-5所示典型大型模鍛件的特點，可以看出大型模鍛件對推動航空工業發展的作用：①大型模鍛件減小了飛機機體質量，并提高了機體剛性；②大型模鍛件的使用，消除了昂貴的多件組合件的電子束焊接工序以及大量緊固件及其積累誤差引起的間隙和裝配問題，減少了機械加工的工時，降低了成本，還大大減輕了飛機質量并提高了其可靠性，同時也為設計師提供了設計的靈活性；③整體件比多件組合件減少了模具數量，降低了模具費用。

三、我國發展大型模鍛件的必要性、可行性和措施

1.必要性

30余年的改革開放，國家富了，而要保持改革開放成果并發揚光大，就需要強國。航空工業是強國的保證和重要支柱，而發展大型模鍛件可推動航空工業的發展，這就是發展大型模鍛件的必要性。

2.可行性

目前，我國已擁有最大打擊力為355MN（可使用成形能量達到7560～10000kJ）的離合器式高能螺旋壓力機（全世界最大，僅2臺）、300MN模鍛液壓機以及1000kJ對擊錘和100MN等溫鍛造液壓機（也是世界上少有的重型鍛壓設備），并即將建成世界最大的模鍛液壓機。擁有了這些硬件，就具備了開發大型模鍛件的可行性。

3.措施

重型鍛壓設備硬件需要有相應的軟件和配套技術相配合，才可能生產出符合先進飛機要求的優質大型模鍛件。鑒于我國擁有重型鍛壓設備的時間較短，這些軟件和配套技術還需要逐步建立和完善，建議目前應加強如下項目的開發研究：①大型構件模鍛和制坯工藝研究，如數值模擬和物理模擬的研究；②高溫合金（含粉末合金）盤件等溫鍛造工藝、模具材料和潤滑工藝研究；③模鍛液壓機、螺旋壓力機、對擊錘和等溫鍛造液壓機等大型鍛壓設備使用特性研究，確定各自的合理使用范圍，以便充分發揮其作用。