航空精密鑄造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用

航空鑄造技術(shù)隨著航空裝備和民用航空產(chǎn)品升級(jí)換代而不斷發(fā)展。在成形精度、成形工裝、成形方法、成形過(guò)程控制到成形設(shè)備自動(dòng)化程度各個(gè)方面都隨著航空裝備換代發(fā)展而發(fā)展，在性、自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)性和性方面不斷改進(jìn)和提高。其總的發(fā)展趨勢(shì)是構(gòu)件的復(fù)雜整體化、成形的化、工藝設(shè)計(jì)和控制的全程化、檢測(cè)技術(shù)數(shù)字化。

1構(gòu)件復(fù)雜整體化

為提高航空裝備性能、整體結(jié)構(gòu)性能和性，減輕結(jié)構(gòu)重量，降低制造成木，縮短制造周期，將原來(lái)的幾個(gè)部件組合于一體，整體鑄造成形，其形狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出整體化、薄壁化和復(fù)雜化；此外，為實(shí)現(xiàn)某些功能，將結(jié)構(gòu)與功能一體化，這也使得其形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜；另外，根據(jù)構(gòu)件在裝備中的使用特點(diǎn)和需要，有的大型整體結(jié)構(gòu)件的組織結(jié)構(gòu)要求均勻，有的大型整體結(jié)構(gòu)件不同部位的組織結(jié)構(gòu)要求不一樣(如雙性能整體葉盤(pán))，有的構(gòu)件對(duì)組織結(jié)構(gòu)控制有要求(如定向或單晶葉片)，所以組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜也是航空裝備構(gòu)件發(fā)展趨勢(shì)之一。

2成形化

為降低制造成木和縮短制造周期，結(jié)構(gòu)件形狀尺寸要求，即無(wú)或少加工余量。美國(guó)F-35戰(zhàn)斗機(jī)要求減少機(jī)械加工量90%以上，成木降低66%，這勢(shì)求其零件整體成形且尺寸。

3工藝設(shè)計(jì)和控制全程化

為滿足裝備、高性的需求，提高鑄件自身的性能和性，使其無(wú)(少)缺陷并根據(jù)構(gòu)件的使用特點(diǎn)和要求設(shè)計(jì)并控制各部位的組織結(jié)構(gòu)。控形和控性的復(fù)雜整體鑄件是新一代裝備研制和發(fā)展的基礎(chǔ)，其廣泛的研究和應(yīng)用大幅度提高了裝備的性能，對(duì)裝備的研制和發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。

高溫合金材料(定向與單晶高溫合金、金屬間化合物等)、高溫陶瓷型芯材料及其制備工藝、近凈形熔模材料與制備工藝、高溫型殼材料與制殼工藝、定向和單晶結(jié)晶工藝和控制技術(shù)等，形成了包括葉片材料、鑄造工藝設(shè)計(jì)、凝固結(jié)晶過(guò)程控制、工藝驗(yàn)證與質(zhì)量控制等的等軸晶、定向柱晶和單晶葉片近凈形熔模鑄造技術(shù)體系，成功應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的生產(chǎn)。探索研究了葉片凝固結(jié)晶過(guò)程溫度梯度與結(jié)晶速度等參數(shù)對(duì)雙層壁冷葉片單晶生長(zhǎng)的影響，研究了高溫陶瓷型芯和陶瓷型殼技術(shù)，初步形成了雙層壁冷空心葉片精鑄技術(shù)，在國(guó)內(nèi)解決了整體鑄造直徑0.50m。氣膜孔、雙層壁冷葉片和發(fā)散冷卻層板的技術(shù)難題。目前盡管基木具備高溫合金葉片關(guān)鍵和重要的熱工藝，但缺乏相關(guān)技術(shù)研究和工程化研究，工藝穩(wěn)定性差，產(chǎn)品合格率低。

針對(duì)整體葉盤(pán)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)探索葉盤(pán)葉片凝固結(jié)晶過(guò)程溫度場(chǎng)形成定向結(jié)晶以及輪盤(pán)形成等軸晶的溫度梯度的控制途徑，實(shí)現(xiàn)了整體葉盤(pán)葉片以定向柱晶、輪盤(pán)為等軸細(xì)晶的突破，研制出小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤(pán)，顯著提高了使用壽命。

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型整體高溫合金結(jié)構(gòu)件方面，開(kāi)展了大尺寸復(fù)雜薄壁整體高溫合金構(gòu)件鑄造技術(shù)，整鑄出各種航空航大發(fā)動(dòng)機(jī)整體導(dǎo)向器、葉輪以及較大尺寸700m。的某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)前置擴(kuò)壓器。

(2)欽合金鑄造技術(shù)

以欽合金熔模和石墨型鑄造技術(shù)為基礎(chǔ)，研究了系列鑄造欽合金及金屬型、搗實(shí)型等新型鑄造方法，突破了稀土氧 化物陶瓷型精鑄材料和工藝、欽合金鑄件固溶時(shí)效處理、雙重處理、熱化學(xué)處理(氫處理)工藝以及降低欽合金鑄件表而a-case厚度等技術(shù)，提高了鑄件的性，使其主要性能達(dá)到甚至超過(guò)了鍛造欽合金性能，使欽合金鑄件開(kāi)始取代一些欽合金鍛件：·機(jī)加工石墨型鑄造技術(shù)可以制造出尺寸1000m。左右，尺寸精度達(dá)到CT7一CT9，壁厚在4mm左右的鑄件。此技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)欽合金鑄件上。

(3)鋁合金鑄造技術(shù)

以熔模鑄造、石膏型等傳統(tǒng)的鑄造為基礎(chǔ)，研究出高強(qiáng)高韌鑄造鋁合金材料及新型樹(shù)脂砂鑄造、復(fù)合鑄造等新型鋁合金鑄造方法，突破了計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬技術(shù)、砂型鑄造技術(shù)、特種型芯和復(fù)雜型腔鑄造技術(shù)、反重力澆注設(shè)備與工藝等系列關(guān)鍵技術(shù)，研制出一批、的鋁合金鑄件。

盡管我國(guó)在特種合金制造技術(shù)取得了較大的進(jìn)步，但長(zhǎng)期以來(lái)，由于我國(guó)在鑄造工藝技術(shù)研究和應(yīng)用方面的不足，構(gòu)件的研制依然以經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試制為主要模式，研制成木高，周期長(zhǎng)。傳統(tǒng)鑄件形狀簡(jiǎn)單，尺寸精度低，依然依靠機(jī)械加工精度；而復(fù)雜構(gòu)件性能波動(dòng)大，質(zhì)量不穩(wěn)定，影響了航空裝備的性和性。與歐美發(fā)達(dá)相比，我國(guó)在技術(shù)基礎(chǔ)、設(shè)備、過(guò)程控制、成形改性一體化、工藝仿真和數(shù)字化檢測(cè)等方面存在差距。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，為縮短與發(fā)達(dá)差距，鑄造技術(shù)研究、應(yīng)用和發(fā)展應(yīng)從以下幾個(gè)方面著手：

(1)建立完善的研究應(yīng)用體系，加強(qiáng)已有技術(shù)的集成和工程化研究，穩(wěn)定構(gòu)件質(zhì)量和性能，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)定向空心葉片、單晶葉片等關(guān)鍵產(chǎn)品的合格率，提高工業(yè)化水平，滿足型號(hào)生產(chǎn)需求；

(2)攻克高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片、整體葉盤(pán)等高溫合金核心部件以及尺寸在1000m。以上的大型高溫合金、欽合金、鋁合金整體構(gòu)件鑄造關(guān)鍵技術(shù)，滿足航空裝備和大型飛機(jī)研制的需要；

(3)加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論和新型特種工藝研究，掌握鑄造過(guò)程基木規(guī)律，建立系統(tǒng)的鑄造基礎(chǔ)理論和成形方法的框架，尋找成形工藝與組織、尺寸、性能的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鑄件尺寸和組織的控制，滿足我國(guó)航空工業(yè)未來(lái)發(fā)展的需要。

鑄造技術(shù)是一項(xiàng)傳統(tǒng)而又基礎(chǔ)的工業(yè)技術(shù)，也是航空工業(yè)中的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。隨著航空裝備更新?lián)Q代，對(duì)構(gòu)件的復(fù)雜程度、壁厚、尺寸精度、性能等要求不斷提高，促使鑄造技術(shù)也隨之不斷發(fā)展；鑄造技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程仿真和控制，也使之與時(shí)代共發(fā)展，并不斷擴(kuò)大應(yīng)用。

我國(guó)航空鑄造技術(shù)履需建立完善的研究應(yīng)用體系，開(kāi)展關(guān)鍵構(gòu)件關(guān)鍵技術(shù)的工程化研究，提高研制能力和工業(yè)化水平；同時(shí)要加強(qiáng)凝固過(guò)程基木規(guī)律和過(guò)程控制技術(shù)的研究，縮短與發(fā)達(dá)的差距，滿足航空裝備和民用航空產(chǎn)品研制生產(chǎn)和發(fā)展的需求。