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    航空精密铸造技术发展趋势及应用

    作者:高新铸业 日期:2019-01-16
    内容摘要:​航空精密铸造技术随着航空装备和民用航空产品升级换代而不断发展。在成形精度、成形工装、成形方法、成形过程控制到成形设备自动化程度各个方面都随着航空装备换代发展而发展,在精

    航空精密铸造技术随着航空装备和民用航空产品升级换代而不断发展。在成形精度、成形工装、成形方法、成形过程控制到成形设备自动化程度各个方面都随着航空装备换代发展而发展,在精确性、自动化、经济性和可靠性方面不断改进和提高。其总的发展趋势是构件的复杂整体化、成形的精确化、工艺设计和控制的全程化、检测技术数字化。

    1构件复杂整体化

    为提高航空装备性能、整体结构性能和可靠性,减轻结构重量,降低制造成木,缩短制造周期,将原来的几个部件组合于一体,整体铸造成形,其形状结构呈现出整体化、薄壁化和复杂化;此外,为实现某些功能,将结构与功能一体化,这也使得其形状结构复杂;另外,根据构件在装备中的使用特点和需要,有的大型整体结构件的组织结构要求均匀,有的大型整体结构件不同部位的组织结构要求不一样(如双性能整体叶盘),有的构件对组织结构控制有特殊要求(如定向或单晶叶片),所以组织结构复杂也是先进航空装备构件发展趋势之一。

    2成形精确化

    为降低制造成木和缩短制造周期,结构件形状尺寸要求精确,即无或少加工余量。美国F-35战斗机要求减少机械加工量90%以上,成木降低66%,这势必要求其零件整体成形且尺寸精确。

    3工艺设计和控制全程化

    为满足装备高性能、高可靠性的需求,必须提高铸件自身的性能和可靠性,使其无(少)缺陷并根据构件的使用特点和要求精确设计并控制各部位的组织结构。精确控形和精确控性的复杂整体精密铸件是新一代装备研制和发展的基础,其广泛的研究和应用大幅度提高了装备的性能,对装备的研制和发展起到了十分关键的作用。

    高温合金材料(定向与单晶高温合金、金属间化合物等)、高温陶瓷型芯材料及其制备工艺、近净形熔模材料与制备工艺、高温型壳材料与制壳工艺、定向和单晶结晶工艺和控制技术等,形成了包括叶片材料、铸造工艺设计、凝固结晶过程控制、工艺验证与质量控制等的等轴晶、定向柱晶和单晶叶片近净形熔模精密铸造技术体系,成功应用于航空发动机叶片的生产。探索研究了叶片凝固结晶过程温度梯度与结晶速度等参数对双层壁冷叶片单晶生长的影响,研究了高温陶瓷型芯和陶瓷型壳技术,初步形成了双层壁冷空心叶片精铸技术,在国内解决了整体铸造直径0.50m。气膜孔、双层壁冷叶片和发散冷却层板的技术难题。目前尽管基木具备高温合金叶片关键和重要的热工艺,但缺乏相关技术研究和工程化研究,工艺稳定性差,产品合格率低。

    针对整体叶盘结构特点,通过探索叶盘叶片凝固结晶过程温度场形成定向结晶以及轮盘形成等轴晶的温度梯度的控制途径,实现了整体叶盘叶片以定向柱晶、轮盘为等轴细晶的突破,研制出小型航空发动机整体叶盘,显著提高了使用寿命。

    在航空发动机大型整体高温合金结构件方面,开展了大尺寸复杂薄壁整体高温合金构件精密铸造技术,整铸出各种航空航大发动机整体导向器、叶轮以及较大尺寸700m。的某型号发动机前置扩压器。

    (2)钦合金精密铸造技术

    以钦合金熔模和石墨型精密铸造技术为基础,研究开发了系列铸造钦合金及金属型、捣实型等新型精密铸造方法,突破了稀土氧 化物陶瓷型精铸材料和工艺、钦合金铸件固溶时效处理、双重处理、热化学处理(氢处理)工艺以及降低钦合金铸件表而a-case厚度等技术,提高了铸件的可靠性,使其主要性能达到甚至超过了锻造钦合金性能,使钦合金铸件开始取代一些钦合金锻件:·机加工石墨型铸造技术可以制造出尺寸1000m。左右,尺寸精度达到CT7一CT9,最小壁厚在4mm左右的铸件。此技术已经成功应用到航空发动机钦合金铸件上。

    (3)铝合金精密铸造技术

    以熔模铸造、石膏型等传统的精密铸造为基础,研究开发出高强高韧铸造铝合金材料及新型树脂砂精密铸造、复合精密铸造等新型铝合金精密铸造方法,突破了计算机优化设计和模拟技术、精密砂型铸造技术、特种型芯和复杂型腔铸造技术、反重力浇注设备与工艺等系列关键技术,研制出一批高质量、高水平的铝合金精密铸件。

    尽管我国在特种合金精密制造技术领域取得了较大的进步,但长期以来,由于我国在精密铸造工艺技术研究和应用方面的不足,构件的研制依然以经验和反复试制为主要模式,研制成木高,周期长。传统铸件形状简单,尺寸精度低,依然依靠机械加工保证精度;而复杂构件性能波动大,质量不稳定,影响了航空装备的先进性和可靠性。与欧美发达国家相比,我国在技术基础、设备、过程控制、成形改性一体化、工艺仿真和数字化检测等方面存在一定差距。结合我国实际情况,为快速缩短与发达国家差距,精密铸造技术研究、应用和发展应从以下几个方面着手:

    (1)建立完善的研究应用体系,加强已有技术的集成和工程化研究,稳定构件质量和性能,快速提高航空发动机定向空心叶片、单晶叶片等关键产品的合格率,提高工业化水平,满足型号生产需求;

    (2)攻克高推重比航空发动机涡轮叶片、整体叶盘等高温合金核心部件以及尺寸在1000m。以上的大型高温合金、钦合金、铝合金整体构件精密铸造关键技术,满足先进航空装备和大型飞机研制的需要;

    (3)加强应用基础理论和新型特种工艺研究,掌握精密铸造过程基木规律,建立系统的精密铸造基础理论和成形方法的框架,寻找成形工艺与组织、尺寸、性能的定量关系,实现铸件尺寸和组织的精确控制,满足我国航空工业未来发展的需要。

    铸造技术是一项传统而又基础的工业技术,也是航空工业中的关键制造技术之一。随着航空装备更新换代,对构件的复杂程度、壁厚、尺寸精度、性能等要求不断提高,促使铸造技术也随之不断发展;精密铸造技术与先进计算机应用技术相结合,实现了过程仿真和精确控制,也使之与时代共发展,并不断扩大应用。

    我国航空精密铸造技术履需建立完善的研究应用体系,开展关键构件关键技术的工程化研究,提高研制能力和工业化水平;同时要加强凝固过程基木规律和过程控制技术的研究,快速缩短与发达国家的差距,满足先进航空装备和民用航空产品研制生产和发展的需求。


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