精確成形技術(shù)是航空制造基礎(chǔ)技術(shù)之一，針對(duì)航空復(fù)雜構(gòu)件的研制生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，開(kāi)展航空精確成形技術(shù)基礎(chǔ)研究剧腻，認(rèn)清成形機(jī)理，掌握成形規(guī)律滑信，提出成形過(guò)程設(shè)計(jì)和控制方法占找，對(duì)提高航空復(fù)雜構(gòu)件研制生產(chǎn)水平，實(shí)現(xiàn)航空關(guān)鍵構(gòu)件精確控形和精確控性煞恭，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)性能支际、可靠性和壽命、降低制造成本等具有十分重要的意義臊吓。

　　航空復(fù)雜構(gòu)件是指飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜和（或）組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件蟹嫁。精確成形則是采用各種成形方法獲得成形完整、尺寸精確英谢、組織結(jié)構(gòu)精確控制以及性能優(yōu)越讹玉、可靠性高零件的工藝方法。凝固成形和塑性成形技術(shù)是兩種主要的刃伞、傳統(tǒng)的成形技術(shù)挡辩，各種大型、薄壁钥嫌、整體垃杖、復(fù)雜、精密丈屹、優(yōu)質(zhì)的鑄鍛件是飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力構(gòu)件和關(guān)鍵構(gòu)件调俘，在航空制造業(yè)中具有十分的重要地位。

　　美國(guó)在21世紀(jì)國(guó)防科技戰(zhàn)略規(guī)劃體系中旺垒，將材料與制造技術(shù)定為優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域之一彩库，而精密成形技術(shù)則是軍用飛機(jī)制造技的術(shù)重要組成部分。隨著航空裝備的發(fā)展先蒋，整體骇钦、精密、優(yōu)質(zhì)的復(fù)雜構(gòu)件應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛竞漾，已成為新一代航空裝備的核心眯搭，決定了飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、可靠性业岁、壽命及經(jīng)濟(jì)性鳞仙。以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家在先進(jìn)航空武器裝備中廣泛應(yīng)用精確成形的復(fù)雜整體構(gòu)件鳍烁，以提高武器裝備的作戰(zhàn)性能、整體結(jié)構(gòu)性能和可靠性堆嘿，減輕結(jié)構(gòu)重量羞条，縮短研制周期，降低制造成本氏走。例如资妇，美國(guó)F-35戰(zhàn)斗機(jī)要求減少機(jī)械加工量90%以上，成本降低66%讥燎，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)勢(shì)必廣泛采用精確成形的復(fù)雜整體構(gòu)件水矢。

　　航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)是成形構(gòu)件的復(fù)雜整體化、構(gòu)件成形精確化掰魁、成形成性一體化和工藝設(shè)計(jì)與控制的全程化巩顶。也就是說(shuō)，航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形低流，不僅要控制構(gòu)件的成形和保證形狀尺寸日病，而且要精確控制構(gòu)件內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，即“精確控形”和“精確控性”辨蓄。航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形已不同于傳統(tǒng)意義上的鑄和鍛秦辆，而是多學(xué)科交叉和各種先進(jìn)技術(shù)的綜合應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形祠乃，必需掌握其成形機(jī)理梦重、成型規(guī)律以及設(shè)計(jì)和控制方法。

　　長(zhǎng)期以來(lái)亮瓷，由于我國(guó)在成形技術(shù)基礎(chǔ)研究方面的重視程度不夠琴拧，基礎(chǔ)研究不夠深入，缺乏系統(tǒng)性和集成性嘱支，構(gòu)件成形缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)蚓胸，依然以經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試制為主要模式進(jìn)行研制和生產(chǎn)，構(gòu)件的尺寸精度斗塘、性能和可靠性低赢织，成本高，周期長(zhǎng)馍盟，質(zhì)量不穩(wěn)定。例如茧吊，傳統(tǒng)鑄件由于性能和可靠性不夠高贞岭，一般只能應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)體的非重要部位，設(shè)計(jì)安全系數(shù)一般都在2左右搓侄；機(jī)體大型整體鍛件規(guī)格小(大型鈦合金鍛件投影面積不足2m2)瑞蓉，材料利用率低(僅為10%～20%左右)予乏。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件中，定向空心高溫合金葉片合格率也僅為20%～30%左右梯撰，單晶空心高溫合金葉片合格率則更低蟹游。因此，提高航空復(fù)雜構(gòu)件研制生產(chǎn)水平怎体，需針對(duì)航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形領(lǐng)域共性蔓捡、關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)題展開(kāi)研究，為先進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)研制生產(chǎn)及未來(lái)發(fā)展奠定基礎(chǔ)愚缔，起到技術(shù)支撐和指導(dǎo)作用擦灸。

　　航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形領(lǐng)域技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)題

　　先進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)中成形構(gòu)件的主要特點(diǎn)如下。

　　(1)形狀結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜垛淮。為提高航空裝備性能剂撑、可靠性和壽命，減輕結(jié)構(gòu)重量根适，降低制造成本苞毡，縮短制造周期，往往將原來(lái)的幾個(gè)部件組合于一體成形继谚，使其形狀結(jié)構(gòu)整體化仰楚、薄壁化、復(fù)雜化犬庇；此外僧界，為實(shí)現(xiàn)某些功能，往往將結(jié)構(gòu)與功能一體化臭挽，這也使得其形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜捂襟；另外，為滿足構(gòu)件在裝備中的使用特點(diǎn)和需要欢峰，有的大型整體結(jié)構(gòu)件的組織結(jié)構(gòu)要求均勻葬荷，有的不同部位的組織結(jié)構(gòu)要求不一樣(如航空發(fā)動(dòng)機(jī)雙性能整體葉盤(pán)等)，有的則對(duì)組織結(jié)構(gòu)控制有特殊要求(如定向或單晶葉片)纽帖，所以組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜化也是先進(jìn)裝備構(gòu)件發(fā)展趨勢(shì)之一宠漩。

　　(2)尺寸精確。為降低制造成本和縮短制造周期懊直，結(jié)構(gòu)件形狀尺寸要求精確扒吁，即無(wú)或少加工余量。

　　(3)高性能旱醉、高可靠性邀耽。為滿足航空裝備高性能、高可靠性的需求敬育，必須提高成形構(gòu)件自身的性能和可靠性平葡，所以必須要求無(wú)(少)缺陷崭守、并根據(jù)構(gòu)件的使用特點(diǎn)和要求精確設(shè)計(jì)并控制各部位的組織結(jié)構(gòu)。

　　研制復(fù)雜構(gòu)件宗而，首先必須正確認(rèn)識(shí)多場(chǎng)耦合作用下構(gòu)件成形過(guò)程的形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理浙辫，掌握其變化規(guī)律；在此基礎(chǔ)上攻躏，建立精確的物理數(shù)學(xué)模型郊檐，對(duì)其成形過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，使其過(guò)程“可視”奏散，預(yù)知其結(jié)果俯坐；在上述基礎(chǔ)上，研究和應(yīng)用科學(xué)的過(guò)程設(shè)計(jì)與控制方法剩喧，使復(fù)雜構(gòu)件的成形在精確設(shè)計(jì)和精確控制的條件下成形寺晌，從而達(dá)到復(fù)雜構(gòu)件“精確控形”和“精確控性”的目的。

　　復(fù)雜構(gòu)件精確成形領(lǐng)域共同存在的重大科學(xué)基礎(chǔ)問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面澡刹。

　　(1)復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程的形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理呻征。

　　復(fù)雜構(gòu)件成形過(guò)程是一個(gè)在多場(chǎng)耦合作用下，材料充填與成形罢浇、組織(含缺陷)形成與演變陆赋、應(yīng)力形成與變化的過(guò)程。傳統(tǒng)的成形基礎(chǔ)理論一般是基于溫度場(chǎng)嚷闭、重力場(chǎng)或外力場(chǎng)等單獨(dú)或簡(jiǎn)單復(fù)合作用攒岛、理想狀態(tài)下的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理。而復(fù)雜構(gòu)件精確成形往往是在特種工藝條件下實(shí)現(xiàn)的胞锰，其成形過(guò)程受多場(chǎng)控制灾锯、受多種因素共同影響。但這些因素如何耦合作用嗅榕、它們是如何影響構(gòu)件形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變的顺饮，目前尚不十分清楚。因此弄清多場(chǎng)耦合作用下界面凌那、組織沿阁、應(yīng)力和缺陷形成與變化等復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)理十分關(guān)鍵，它是指導(dǎo)復(fù)雜構(gòu)件精確成形的理論基礎(chǔ)董记。

　　(2)復(fù)雜構(gòu)件精確成形規(guī)律與理論模型铆贞。

　　復(fù)雜構(gòu)件最終形狀尺寸及組織結(jié)構(gòu)是由材料原始組織、成形方法及工藝過(guò)程決定的蠕蹋。搞清原始組織結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件成形及最終性能的影響桶邑、多場(chǎng)耦合作用下構(gòu)件形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)如何變化，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件精確成形的關(guān)鍵阔渔。需通過(guò)大量試驗(yàn)研究务囤，揭示多場(chǎng)耦合作用下復(fù)雜構(gòu)件形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變規(guī)律，建立起復(fù)雜構(gòu)件精確成形理論模型您风，為研究復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程設(shè)計(jì)與控制方法提供理論基礎(chǔ)幅挂。

　　計(jì)算機(jī)模擬是研究復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程、優(yōu)化成形工藝参攻、驗(yàn)證成形理論的重要手段腺帽。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可使復(fù)雜構(gòu)件成形過(guò)程的形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變等變得“可視”，從而為實(shí)現(xiàn)構(gòu)件形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)的精確預(yù)測(cè)與控制髓绽，為提高復(fù)雜構(gòu)件成形精度敛苇、縮短研制周期、降低制造成本等奠定基礎(chǔ)顺呕。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程精確模擬枫攀，需根據(jù)復(fù)雜構(gòu)件的成形機(jī)制與規(guī)律，確定模擬所需的真實(shí)邊界條件株茶，提出準(zhǔn)確的物理數(shù)學(xué)模型来涨。

　　(3)復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程設(shè)計(jì)與控制的方法。

　　在解決上述兩個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題的基礎(chǔ)上启盛，需要研究復(fù)雜構(gòu)件精確成形過(guò)程設(shè)計(jì)和控制的科學(xué)方法蹦掐。但是如何控制影響復(fù)雜構(gòu)件精確成形熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過(guò)程的諸多復(fù)雜因素悦荒，以及如何精確設(shè)計(jì)工藝過(guò)程使其按預(yù)定目標(biāo)實(shí)現(xiàn)形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變乎渊，需要對(duì)精確成形工藝的全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化和重組，然后根據(jù)復(fù)雜構(gòu)件形狀尺寸變化和組織結(jié)構(gòu)演變的機(jī)理和規(guī)律底燎，精確設(shè)計(jì)其成形過(guò)程的各種“場(chǎng)”鳖粟，并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)的間接或直接控制社裆，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，從而以達(dá)到精確控制目的牺弹。

　　航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)的發(fā)展水平取決于成形理論基礎(chǔ)研究的水平和深度

　　如前所述鹃改，復(fù)雜構(gòu)件形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)受控于其成形過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)變化。要提高構(gòu)件尺寸精度和性能砸新、對(duì)構(gòu)件尺寸和性能進(jìn)行預(yù)測(cè)及控制侦萍，就必須正確認(rèn)識(shí)多場(chǎng)耦合作用下材料充填與變形、組織形成與改變的機(jī)制拿奥，它是復(fù)雜構(gòu)件精確成形的重要基礎(chǔ)均壳。只有弄清成形過(guò)程中所發(fā)生眾多熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)變化機(jī)制，掌握其變化規(guī)律母滤，建立精確的物理數(shù)學(xué)模型拔翠，方能進(jìn)行精確的數(shù)值模擬；預(yù)知成形過(guò)程形狀尺寸和組織結(jié)構(gòu)的演變城砖；才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜構(gòu)件成形過(guò)程精確設(shè)計(jì)以及復(fù)雜構(gòu)件形狀尺寸變化和組織性能的精確控制翅窥。因此精確成形技術(shù)的發(fā)展水平取決于成形理論和相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)研究的水平和深度圣钝。

　　正由于發(fā)達(dá)國(guó)家在成形理論和相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)研究方面投入了大量人力、物力没惶、財(cái)力肖喂，不斷取得高水平的基礎(chǔ)研究成果，并充分發(fā)揮其理論指導(dǎo)和基礎(chǔ)支持作用庆杜，才能不斷涌現(xiàn)高水平的精確成形技術(shù)射众。美國(guó)之所以在F-22戰(zhàn)斗機(jī)、V-22傾轉(zhuǎn)式旋翼機(jī)等先進(jìn)航空武器裝備上率先大量采用鋁合金晃财、鈦合金復(fù)雜精鑄件叨橱，就是因?yàn)槊绹?guó)在多場(chǎng)耦合作用下液態(tài)充填規(guī)律、凝固成形過(guò)程(含熱處理過(guò)程)断盛、組織(含缺陷)控制方法等方面取得了重大基礎(chǔ)研究成果罗洗，使Howmet等公司能穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)航空復(fù)雜構(gòu)件的精確成形，以高合格率郑临、低成本栖博、短周期獲得優(yōu)質(zhì)、高可靠性的鑄件厢洞。同樣仇让，在美國(guó)F-22戰(zhàn)斗機(jī)后機(jī)身隔框大型復(fù)雜整體鈦合金鍛件(投影面積5.16m2)的研制過(guò)程中，若按一般塑性變形規(guī)律躺翻，需在10萬(wàn)噸級(jí)以上的壓機(jī)上制造丧叽，但是美國(guó)只有4.5萬(wàn)噸級(jí)的設(shè)備。也正是由于對(duì)鈦合金塑性變形機(jī)制的深入研究真葱，掌握了其變形規(guī)律宴忱，采用全程工藝設(shè)計(jì)方法合理安排變形工藝，同時(shí)采用先進(jìn)的鈦合金β熱處理技術(shù)讨砍，精確控制組織結(jié)構(gòu)巾妇，才能研制出高性能大型整體復(fù)雜精密鍛件。

　　從總體上看佩讨，我國(guó)尚未形成完整的復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)體系哥甲，航空復(fù)雜構(gòu)件的研制困難重重，所遇到的問(wèn)題是缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)把毒，僅依靠淺顯的理論+經(jīng)驗(yàn)反復(fù)試制裹耗。這樣一方面研制成本增加，低水平重復(fù)徽捶，研制周期長(zhǎng)痘宋；另一方面成形零件精度低、可靠性差，有時(shí)浪費(fèi)大量人力塌瑞、物力還研制不出合格零件辩块。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和盤(pán)件、飛機(jī)機(jī)體大型整體鑄鍛件等典型航空復(fù)雜構(gòu)件的制造已成為制約航空裝備研制生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸神汹。

　　航空裝備發(fā)展對(duì)復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)基礎(chǔ)研究需求

　　未來(lái)航空武器裝備的發(fā)展對(duì)精確成形技術(shù)的需求將更為強(qiáng)烈庆捺。在推重比為12～15級(jí)的軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中古今，其渦輪前進(jìn)口溫度將高達(dá)2000K以上屁魏，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)重量將減輕50%左右。因此捉腥，軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件將采用高結(jié)構(gòu)效率的整體化氓拼、輕量化、空心薄壁化和精確化的復(fù)雜結(jié)構(gòu)抵碟，勢(shì)必對(duì)成形技術(shù)的要求也越來(lái)越高桃漾。另外，高超音速飛機(jī)拟逮、無(wú)人機(jī)等先進(jìn)飛機(jī)的發(fā)展撬统，對(duì)納米晶金屬材料和復(fù)合材料等新型材料成形技術(shù)的需求也日益強(qiáng)烈。

　　由此敦迄，航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)由經(jīng)驗(yàn)向量化恋追、數(shù)字化設(shè)計(jì)與控制的方向轉(zhuǎn)變。實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變奖岛，急需加強(qiáng)航空復(fù)雜構(gòu)件精確成形技術(shù)基礎(chǔ)研究恕孙。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　造成我國(guó)成形技術(shù)落后的主要原因是長(zhǎng)期以來(lái)在成形技術(shù)基礎(chǔ)研究方面不足，成形機(jī)理不明淑储，規(guī)律不清帘缤，航空復(fù)雜構(gòu)件的研制和生產(chǎn)缺乏科學(xué)的工藝設(shè)計(jì)和精確控制的方法。只有不斷深化成形技術(shù)基礎(chǔ)研究俏堆，才能改變當(dāng)前以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)的研制模式憋屑，才能實(shí)現(xiàn)航空復(fù)雜構(gòu)件的精確成形，為先進(jìn)飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展提供技術(shù)支撐篡呆。

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