航空模鍛件制造綜述

文／劉其源，艾志斌，于杰·無(wú)錫派克新材料科技股份有限公司

航空模鍛件技術(shù)是一種制造高強(qiáng)度、高精度、高可靠性航空零部件的工藝技術(shù)，其原理是將金屬坯料放入特制的模具中，利用高溫高壓將其變形成為所需形狀的零件。航空模鍛件具有高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高耐疲勞性、高耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、機(jī)身、起落架等部位。本文將從航空模鍛件技術(shù)的基本原理、工藝流程、材料選擇和質(zhì)量控制等方面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

航空模鍛件基本原理

航空模鍛件技術(shù)是一種通過(guò)金屬材料的塑性變形來(lái)制造高強(qiáng)度、高精度零部件的加工方法。其基本原理是將金屬坯料放置在模具中，然后施加壓力使其在模具中發(fā)生塑性變形，最終得到所需形狀和尺寸的零部件。

在航空模鍛件技術(shù)中，模具通常由兩個(gè)或多個(gè)部分組成，其中一個(gè)部分固定，另一個(gè)部分則可以移動(dòng)。當(dāng)金屬坯料被放置在模具中時(shí)，移動(dòng)部分會(huì)通過(guò)施加壓力使金屬坯料在模具中發(fā)生塑性變形。這種變形可以是拉伸、壓縮或彎曲等形式，具體取決于所需的零部件形狀。

航空模鍛件技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于可以制造出高強(qiáng)度、高精度的零部件，同時(shí)還可以減少材料浪費(fèi)和加工時(shí)間。此外，該技術(shù)還可以應(yīng)用于各種不同類型的金屬材料，包括高溫合金、鈦合金、鋁合金、超高強(qiáng)度鋼等。

航空模鍛件的工藝流程

⑴原材料準(zhǔn)備：航空模鍛件所使用的材料通常是高強(qiáng)度、高溫下具有良好性能的金屬材料。在制造過(guò)程中，需要對(duì)材料進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以確保鍛件的機(jī)械性能和耐腐蝕性能等符合要求。材料準(zhǔn)備包括材料的選擇、檢驗(yàn)、切割、加熱等步驟。

⑵鍛件設(shè)計(jì)：如圖1 所示，根據(jù)零件的形狀和尺寸以及零件的機(jī)械性能要求設(shè)計(jì)鍛件。

圖1 鍛件設(shè)計(jì)

⑶模具設(shè)計(jì)：如圖2 所示，根據(jù)鍛件的形狀和尺寸設(shè)計(jì)出適合的模具，并進(jìn)行制造和調(diào)試。

圖2 模具設(shè)計(jì)

⑷制坯：如圖3 所示，將棒料按工藝設(shè)計(jì)形狀通過(guò)自由鍛或壓機(jī)進(jìn)行制坯分料，以便于后期模鍛件的充填。

圖3 制坯工步

⑸鍛造：如圖4 所示，將加熱后的金屬材料放置于模具中，通過(guò)模具的壓力和擠壓力使其變形成為所需的形狀。

圖4 模鍛成形

⑹冷卻：將鍛造后的鍛件冷卻至室溫(根據(jù)不同材料，有以下幾種冷卻方式：水冷、風(fēng)冷、空冷、緩冷等)。

⑺熱處理：熱處理是指將鍛件加熱至一定溫度后，在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行冷卻或保溫的過(guò)程。熱處理可以改善鍛件的組織結(jié)構(gòu)和性能，提高其強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械性能。自動(dòng)化熱處理生產(chǎn)線見(jiàn)圖5。

⑻去毛刺、磨光：將鍛造后的模鍛件表面的毛刺去除，并進(jìn)行磨光處理。

⑼表面處理：將磨光后的模鍛件進(jìn)行表面處理，以提高其耐腐蝕性和美觀性。

⑽檢驗(yàn)：對(duì)鍛件進(jìn)行各種機(jī)械性能等方面的測(cè)試和檢測(cè)，以確保鍛件的質(zhì)量符合要求。檢驗(yàn)包括外觀檢查、尺寸測(cè)量、硬度測(cè)試、拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)等多個(gè)方面。

航空模鍛件的材料選擇

航空模鍛件技術(shù)的材料選擇非常重要，直接影響到零件的性能和質(zhì)量。一般來(lái)說(shuō)，航空模鍛件技術(shù)所使用的材料應(yīng)具有以下特點(diǎn)。

⑴高強(qiáng)度與韌度：航空器在高速飛行時(shí)會(huì)受到巨大的氣動(dòng)力和慣性力的作用，因此需要使用高強(qiáng)度、高韌性的材料來(lái)保證零部件的安全性。常用的材料有鈦合金、鋁合金、超高強(qiáng)度鋼等。

⑵耐腐蝕性：航空器在高空中會(huì)接觸到各種氣體和水汽，容易發(fā)生腐蝕。因此，航空模鍛件的材料選擇要考慮其耐腐蝕性能。鈦合金、不銹鋼、超高強(qiáng)度鋼等材料都具有較好的耐腐蝕性能。

⑶良好的可塑性和可加工性：航空模鍛件需要進(jìn)行加工，因此材料的可加工性也是一個(gè)重要考慮因素。鋁合金、鈦合金等材料具有較好的可加工性。

⑷輕量化：航空器的重量對(duì)其性能和燃油消耗有很大影響，因此航空模鍛件的材料選擇要盡可能輕量化。鋁合金、鎂合金等輕質(zhì)材料廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。

⑸熱穩(wěn)定性：航空器在高溫環(huán)境下運(yùn)行，因此需要使用具有良好熱穩(wěn)定性的材料。鈦合金、鎳基合金等材料具有較好的熱穩(wěn)定性。

常用的航空模鍛件材料包括鋁合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等。其中，鋁合金是最常用的材料之一，因?yàn)樗哂辛己玫目伤苄院涂杉庸ば浴⑤^高的強(qiáng)度和耐腐蝕性，同時(shí)其具有密度小、價(jià)格低等系列優(yōu)勢(shì)。

航空模鍛件的質(zhì)量控制

⑴材料：航空模鍛件的材料應(yīng)符合航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和材料要求，必須進(jìn)行嚴(yán)格的化學(xué)成分分析、物理性能測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)，確保材料質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑵設(shè)備：航空模鍛件設(shè)備控制是指對(duì)用于制造航空模鍛件的設(shè)備進(jìn)行控制和管理。這些設(shè)備包括鍛造機(jī)、加熱爐、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。控制航空模鍛件設(shè)備需要考慮到多個(gè)因素，如溫度、壓力、速度等。在控制過(guò)程中，需要使用傳感器和執(zhí)行器來(lái)獲取和調(diào)整設(shè)備的狀態(tài)，以確保模鍛件的質(zhì)量和精度。

⑶工藝：航空模鍛件的加工工藝應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，特別是在熱處理、成形和熱處理后的應(yīng)力消除等過(guò)程中應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，確保工藝控制的有效性。

⑷檢測(cè)：航空模鍛件必須進(jìn)行各種檢測(cè)，例如超聲波探傷、磁粉探傷、X 射線探傷、射線衍射、金相分析等多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，以確保模鍛件質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。

⑸尺寸：航空模鍛件的尺寸應(yīng)該符合設(shè)計(jì)要求，必須進(jìn)行準(zhǔn)確的尺寸檢測(cè)，包括三坐標(biāo)測(cè)量等精密測(cè)量方法。

⑹控制：航空模鍛件的制造過(guò)程應(yīng)該進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境控制，特別是在高溫和高壓的環(huán)境下，要保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，以確保模鍛件的質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

航空模鍛件制造是一項(xiàng)高度復(fù)雜、技術(shù)密集和精度要求極高的工作。為確保生產(chǎn)出具備高精度、高強(qiáng)度和高可靠性的零部件，必須采用先進(jìn)的技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施。通過(guò)優(yōu)化材料選擇、工藝流程、設(shè)備精度以及嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)等方面的細(xì)節(jié)，可提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，為航空工業(yè)的發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。只有嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)化的制造流程，采用高水平的技術(shù)和嚴(yán)格的質(zhì)量管理，才能夠確保生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的航空模鍛件產(chǎn)品，滿足航空工業(yè)的需求。