鈦合金精密旋壓技術

旋壓成形技術制造的薄壁回轉體殼體構件解決了在車削加工時存在的剛度低、顫動大、加工精度低等技術問題或根本無法加工的技術難題路媚，應用于航天領域具有諸多優(yōu)勢黄琼。

美國強力旋壓生產(chǎn)的φ3900mm大型導彈殼體樊销，徑向尺寸精度達到0.05mm，表面粗糙度Ra為1.6~3.2μm脏款，壁厚差≤0.03mm围苫。美國鈦制造公司采用1.5m立式旋壓機旋壓φ1524mm的Ti-6Al-4V鈦合金導彈壓力容器封頭，每個封頭的旋壓時間為5min撤师。民兵洲際導彈第二級固體發(fā)動機殼體采用了Ti-6Al-4V鈦合金剂府，并用強力旋壓成形，成形后的鈦合金殼體重量減輕30%剃盾。圍繞航天型號對輕質(zhì)腺占、高強、大型化航天需求痒谴，德國MT宇航公司采用旋壓工藝制備出φ1905mm的高強Ti-15V-3Cr合金推進系統(tǒng)貯箱衰伯，并應用于歐洲阿爾法通信衛(wèi)星巨型平臺蜻赃，實現(xiàn)了衛(wèi)星平臺的大幅度減重、增加有效載荷善王。

我國的旋壓工藝與設備的研究源于60年代初期钥币，鈦合金的旋壓研究始于上世紀70年代，經(jīng)過40多年來的發(fā)展带蔬，基本形成了從設備的研制到工藝開發(fā)一套成熟的體系嘁老。國內(nèi)航天所用鈦合金及旋壓制品，如火箭發(fā)動機外殼拐扛、葉片罩醉镇、陀螺儀導向罩、內(nèi)蒙皮等丝板，Ti8Al1Mo1V高鈦合金用于發(fā)動機葉片熱處理強化鈦合金旋壓成形;TB2鈦合金用于小型噴管旋壓等窒汤。

西安航天動力機械廠研制出國內(nèi)最大直徑的鈦合金筒形件;通過正反2道次普旋翻邊成功旋壓出φ500mm的薄壁半圓鈦圈，零件用于空間飛行器微動力姿態(tài)調(diào)整吓篙。

中國航天科技集團公司第703研究所采用普旋與強旋相結合的技術杉硅，以TC3、TC42種鈦合金板材為坯料深怕，熱旋壓制備出了2種鈦合金半球形(φ內(nèi)522mm×2.0mm)杏死、圓柱形儲箱殼體(φ163mm×2.0mm×200mm的杯形件，φ163mm×2.0mm×360mm及φ112mm×6.0mm×1000mm的筒形件)捆交。

近幾年來淑翼，隨著計算機模擬技術的發(fā)展，數(shù)值模擬已廣泛應用于金屬部件旋壓成形過程的分析品追。航天材料及工藝研究所對TC4筒形件進行了計算機模擬玄括，分析了旋輪攻角、旋輪運動軌跡肉瓦、普旋道次等工藝參數(shù)對旋壓成形的影響規(guī)律遭京，成功旋制了高深徑比的TC4鈦合金筒形件。盡管鈦合金精密旋壓技術為航天領域提供了各類合金普旋成形高深徑比旋壓件泞莉，但從零件的工程化應用和旋壓成形的復雜性分析哪雕，還需進一步加強■瓿茫總的來說斯嚎，旋壓技術在國內(nèi)航天工業(yè)獲得廣泛應用，但大直徑挨厚、薄壁整體鈦合金熱旋壓成形工藝尚無應用實例返雷，直徑2.25m貯箱箱底整體旋壓技術、直徑5m低溫貯箱箱底瓜瓣成形弓席、鈦合金及高溫合金復雜結構件成形等技術還處在工藝摸索階段阎员。

鈦合金激光直接快速成形技術

自20世紀90年代開始现碰，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，激光直接制造技術逐漸成為制造領域研究的熱點轻江。激光直接快速成形技術中有2種方法可以用于直接制造金屬零件现辑，即區(qū)域選擇激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技術和近凈成形(LaserEngineeredNetShaping,LENS)技術。國外有關大型鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究主要集中在美國挤帕。美國AeroMet公司在2002~2005年間實現(xiàn)了激光直接快速成形鈦合金結構件在飛機上的應用扳耘。2001年Aero-Met公司開始為波音公司F/A-18E/F艦載聯(lián)合殲擊/攻擊機小批量試制發(fā)動機艙推力拉梁、機翼轉動折疊接頭贤泥、翼梁液茧、帶筋壁板等機翼鈦合金次承力結構件。

2002年制定出了“Ti6Al4V鈦合金激光快速成形產(chǎn)品”宇航材料標準(ASM4999)并于同年在世界上率先實現(xiàn)激光快速成形鈦合金次承力結構件在F/A-18等戰(zhàn)機上的驗證考核和裝機應用练缴。在航天領域缚庐，NASA馬歇爾航天飛行中心(NASA’sMarshallSpaceFlightCenterinHuntsville,Ala.)于2012年將選區(qū)激光熔化成形技術應用于多個型號航天發(fā)動機復雜金屬零件樣件的制造。激光直接快速成形技術還常常被用于鈦合金零件或者模具的修復霎挟。

我國鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究窝剖，從2001年開始一直受到政府主要科技管理部門的高度重視，在飛機酥夭、發(fā)動機等鈦合金結構件激光快速成形制造工藝研究赐纱、成套裝備研發(fā)及工程應用關鍵技術攻關等方面取得了較大進展。

北京航空航天大學激光材料加工制造技術實驗室以飛機次承力鈦合金復雜結構件為對象熬北，開展激光快速成形工程化應用技術研究疙描，先后制造出TA15鈦合金角盒近200件，完成了“激光快速成形TA15鈦合金結構件在某型飛機上的裝機評審”讶隐，首件激光快速成形TA15鈦合金結構件順利通過在某型飛機上的全部應用試驗考核起胰，使我國成為繼美國之后世界上第二個掌握飛機鈦合金復雜結構件激光快速成形工程化技術并實現(xiàn)激光快速成形鈦合金結構件在飛機上應用的國家。

北京航空航天大學王華明主持的“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”項目研制生產(chǎn)出我國飛機裝備中迄今尺寸最大巫延、結構最復雜的鈦合金等高性能難加工金屬關鍵整體構件效五，并在我國大型飛機等多型飛機研制和生產(chǎn)中得到實際應用，從而使我國成為目前世界上唯一突破飛機鈦合金大型主承力結構件激光快速成形技術并實現(xiàn)裝機應用的國家烈评。

相對于國內(nèi)的航空領域的研究應用火俄，目前激光直接快速成形技術在我國航天領域的應用研究基本上還是處于起步階段犯建。實際上该捎，航天液體和固體火箭發(fā)動機難加工材料、復雜型面的結構件及武器型號難加工材料輕質(zhì)防熱結構件可以很好地采用選區(qū)激光熔化技術實現(xiàn)高精度加工张相。

采用激光直接快速成形技術制造航空航天用的整體鈦合金結構件具有材料利用率高枝扭、加工余量小、周期短和柔性高等優(yōu)點蝗腻。但激光快速成形過程中零件變形開裂預防孵钱，內(nèi)部質(zhì)量(內(nèi)部缺陷涮凡、晶粒及顯微組織等)及力學性能控制依舊是制約大型整體鈦合金關鍵結構件激光直接快速成形技術發(fā)展和應用的技術瓶頸。

結束語

綜合所述昏滔，鈦合金精密熱成形技術在獲得不斷進步的同時肤侍，也遇到了一些技術難題，大型整體鈦合金構件的工程化應用范圍還比較小挫肆，但隨著航空航天產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展弄业，鈦合金精密熱成形技術必定步入一個新的發(fā)展期，鑒于鈦合金和精密熱成形技術的突出優(yōu)點料离，二者的結合在未來航空航天工業(yè)中的貢獻作用將更為顯著辈净，今后其主要發(fā)展方向是：(1)大型或者超大型復雜(薄壁)結構件的整體精密成形、低成本袁串、工程化應用;(2)計算機模擬(仿真)技術概而、CAD/CAM技術、數(shù)控技術等與精密成形技術的結合囱修，為航空航天新構件的成形提供技術途徑赎瑰。

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