旋壓成形技(ji)術(shu)制(zhi)造的薄壁回轉體殼體構件解決了在(zai)車(che)削加(jia)工(gong)(gong)時存在(zai)的剛度低、顫動大、加(jia)工(gong)(gong)精度低等技(ji)術(shu)問題或根(gen)本無法加(jia)工(gong)(gong)的技(ji)術(shu)難題，應用(yong)于航天領(ling)域具(ju)有諸多優(you)勢。

美國(guo)強力(li)旋壓(ya)(ya)生產的(de)(de)(de)φ3900mm大(da)型(xing)導(dao)彈殼體(ti)(ti)，徑(jing)向尺寸精度達到0.05mm，表面粗糙度R a 為1.6~3.2μm，壁厚差≤0.03mm。美國(guo)鈦制(zhi)造公(gong)司采用(yong)1.5m 立(li)式旋壓(ya)(ya)機旋壓(ya)(ya)φ 1524mm 的(de)(de)(de)Ti-6Al-4V鈦合金導(dao)彈壓(ya)(ya)力(li)容器封頭，每個封頭的(de)(de)(de)旋壓(ya)(ya)時(shi)間為5min。民兵洲(zhou)際(ji)導(dao)彈第二級(ji)固體(ti)(ti)發動機殼體(ti)(ti)采用(yong)了Ti-6Al-4V 鈦合金，并用(yong)強力(li)旋壓(ya)(ya)成形(xing)，成形(xing)后(hou)的(de)(de)(de)鈦合金殼體(ti)(ti)重量減輕(qing)30%。圍繞航(hang)天型(xing)號對輕(qing)質、高強、大(da)型(xing)化航(hang)天需求，德(de)國(guo)MT 宇航(hang)公(gong)司采用(yong)旋壓(ya)(ya)工藝制(zhi)備出φ 1905 mm 的(de)(de)(de)高強Ti-15V-3Cr合金推進(jin)系統貯箱(xiang)，并應用(yong)于歐洲(zhou)阿爾法通信衛星(xing)巨型(xing)平臺，實現了衛星(xing)平臺的(de)(de)(de)大(da)幅度減重、增加(jia)有效載荷。

我國(guo)的(de)(de)旋(xuan)壓(ya)工(gong)(gong)藝與設備的(de)(de)研(yan)究源于60 年(nian)(nian)代初期，鈦(tai)合金(jin)的(de)(de)旋(xuan)壓(ya)研(yan)究始于上世紀70 年(nian)(nian)代，經(jing)過(guo)40 多年(nian)(nian)來的(de)(de)發(fa)展，基本(ben)形(xing)成了從設備的(de)(de)研(yan)制到工(gong)(gong)藝開發(fa)一套成熟的(de)(de)體(ti)系。國(guo)內航天所用(yong)鈦(tai)合金(jin)及旋(xuan)壓(ya)制品，如(ru)火(huo)箭發(fa)動機外殼(ke)、葉片罩(zhao)、陀螺儀導向罩(zhao)、內蒙皮(pi)等(deng)，Ti8Al1Mo1V 高鈦(tai)合金(jin)用(yong)于發(fa)動機葉片熱處理強化鈦(tai)合金(jin)旋(xuan)壓(ya)成形(xing);TB2 鈦(tai)合金(jin)用(yong)于小型噴管旋(xuan)壓(ya)等(deng)。

西(xi)安航天動(dong)力機械廠研(yan)制出國內(nei)最大直徑的(de)鈦合金筒形件;通過正反2 道次普旋翻邊(bian)成功旋壓出φ 500mm 的(de)薄(bo)壁(bi)半(ban)圓鈦圈，零件用于(yu)空(kong)間飛行器微動(dong)力姿態調整。

中(zhong)國航天科(ke)技集團公司第703 研究所采用(yong)普旋(xuan)與(yu)強(qiang)旋(xuan)相結(jie)合的技術，以TC3、TC4 2 種(zhong)鈦合金板材(cai)為坯料，熱(re)旋(xuan)壓制備出了2 種(zhong)鈦合金半球形(xing)(φ 內522mm×2.0mm)、圓(yuan)柱形(xing)儲箱殼體(φ 163mm×2.0mm×200mm 的杯形(xing)件，φ 163mm×2.0mm×360mm 及(ji)φ 112mm×6.0mm×1000mm 的筒形(xing)件)。

近幾年來，隨著計算(suan)機(ji)模(mo)(mo)擬(ni)技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)發展，數值(zhi)模(mo)(mo)擬(ni)已廣(guang)泛應用于金(jin)屬部件(jian)旋(xuan)壓(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)過程(cheng)的(de)(de)(de)分析(xi)。航天材料及工藝研(yan)究(jiu)所對TC4筒形(xing)(xing)(xing)(xing)件(jian)進行(xing)了(le)計算(suan)機(ji)模(mo)(mo)擬(ni)，分析(xi)了(le)旋(xuan)輪(lun)攻(gong)角、旋(xuan)輪(lun)運動軌跡、普(pu)旋(xuan)道次等工藝參數對旋(xuan)壓(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響規律，成(cheng)(cheng)(cheng)功旋(xuan)制了(le)高(gao)深徑(jing)比(bi)的(de)(de)(de)TC4 鈦(tai)合金(jin)筒形(xing)(xing)(xing)(xing)件(jian)。盡管鈦(tai)合金(jin)精(jing)密旋(xuan)壓(ya)(ya)技(ji)術(shu)(shu)為航天領域(yu)提供了(le)各(ge)類合金(jin)普(pu)旋(xuan)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)高(gao)深徑(jing)比(bi)旋(xuan)壓(ya)(ya)件(jian)，但(dan)從零件(jian)的(de)(de)(de)工程(cheng)化應用和旋(xuan)壓(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)復(fu)雜性(xing)分析(xi)，還(huan)需進一步加強。總的(de)(de)(de)來說，旋(xuan)壓(ya)(ya)技(ji)術(shu)(shu)在國內航天工業獲(huo)得廣(guang)泛應用，但(dan)大直徑(jing)、薄壁整體鈦(tai)合金(jin)熱旋(xuan)壓(ya)(ya)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)工藝尚無應用實例，直徑(jing)2.25 m 貯(zhu)箱箱底整體旋(xuan)壓(ya)(ya)技(ji)術(shu)(shu)、直徑(jing)5 m 低溫貯(zhu)箱箱底瓜(gua)瓣成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)、鈦(tai)合金(jin)及高(gao)溫合金(jin)復(fu)雜結構件(jian)成(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)(xing)(xing)(xing)等技(ji)術(shu)(shu)還(huan)處在工藝摸索(suo)階段。

鈦合金激光直接快速成形技術

自(zi)20世紀90年(nian)代開始，隨著計算機(ji)(ji)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)飛速(su)(su)發(fa)展，激(ji)(ji)(ji)光(guang)直接(jie)(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)造技(ji)術(shu)逐(zhu)漸成(cheng)為(wei)制(zhi)(zhi)造領(ling)(ling)域研(yan)究的(de)(de)(de)熱點。激(ji)(ji)(ji)光(guang)直接(jie)(jie)(jie)(jie)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)中(zhong)有2 種方(fang)法(fa)可(ke)以用(yong)于(yu)直接(jie)(jie)(jie)(jie)制(zhi)(zhi)造金(jin)屬零(ling)件(jian)(jian)，即(ji)區(qu)域選(xuan)擇激(ji)(ji)(ji)光(guang)熔(rong)化(SelectiveLaserMelting, SLM)技(ji)術(shu)和近凈成(cheng)形(xing)(xing)(Laser Engineered Net Shaping,LENS)技(ji)術(shu)。國外有關大型(xing)鈦(tai)合(he)金(jin)結(jie)(jie)(jie)構(gou)件(jian)(jian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)直接(jie)(jie)(jie)(jie)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)研(yan)究主要集中(zhong)在(zai)美國。美國AeroMet公司在(zai)2002~2005 年(nian)間實現(xian)了激(ji)(ji)(ji)光(guang)直接(jie)(jie)(jie)(jie)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)鈦(tai)合(he)金(jin)結(jie)(jie)(jie)構(gou)件(jian)(jian)在(zai)飛機(ji)(ji)上(shang)的(de)(de)(de)應(ying)用(yong)。2001 年(nian)Aero- Met 公司開始為(wei)波音公司F/A-18E/F 艦載聯合(he)殲擊/ 攻(gong)擊機(ji)(ji)小批(pi)量(liang)試制(zhi)(zhi)發(fa)動機(ji)(ji)艙推力(li)拉梁、機(ji)(ji)翼轉動折(zhe)疊接(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)、翼梁、帶筋壁板等(deng)機(ji)(ji)翼鈦(tai)合(he)金(jin)次承力(li)結(jie)(jie)(jie)構(gou)件(jian)(jian)。2002 年(nian)制(zhi)(zhi)定出了“Ti6Al4V鈦(tai)合(he)金(jin)激(ji)(ji)(ji)光(guang)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)產品”宇(yu)航材料標準(ASM 4999)并于(yu)同年(nian)在(zai)世界(jie)上(shang)率先實現(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)鈦(tai)合(he)金(jin)次承力(li)結(jie)(jie)(jie)構(gou)件(jian)(jian)在(zai)F/A-18 等(deng)戰機(ji)(ji)上(shang)的(de)(de)(de)驗證考核和裝(zhuang)機(ji)(ji)應(ying)用(yong)。在(zai)航天領(ling)(ling)域，NASA 馬歇爾航天飛行中(zhong)心(xin)(NASA’s Marshall Space FlightCenter in Huntsville,Ala.)于(yu)2012 年(nian)將選(xuan)區(qu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)熔(rong)化成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)于(yu)多(duo)個型(xing)號航天發(fa)動機(ji)(ji)復(fu)雜(za)金(jin)屬零(ling)件(jian)(jian)樣件(jian)(jian)的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造。激(ji)(ji)(ji)光(guang)直接(jie)(jie)(jie)(jie)快速(su)(su)成(cheng)形(xing)(xing)技(ji)術(shu)還常常被(bei)用(yong)于(yu)鈦(tai)合(he)金(jin)零(ling)件(jian)(jian)或者(zhe)模(mo)具的(de)(de)(de)修復(fu)。

我國(guo)鈦(tai)合(he)金結(jie)(jie)構件激(ji)光直接(jie)快(kuai)速成形(xing)(xing)技(ji)術(shu)的研究(jiu)，從(cong)2001 年開始一(yi)直受到政府主要(yao)科技(ji)管理部門的高度重視，在飛機、發動機等鈦(tai)合(he)金結(jie)(jie)構件激(ji)光快(kuai)速成形(xing)(xing)制(zhi)造工(gong)藝研究(jiu)、成套(tao)裝備研發及(ji)工(gong)程應用關鍵技(ji)術(shu)攻(gong)關等方面取得了較(jiao)大進展。

北京航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天大學激(ji)(ji)(ji)光材料加工制(zhi)造技術(shu)(shu)實(shi)驗室以(yi)飛(fei)機(ji)(ji)次(ci)承力鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)復雜結(jie)(jie)構(gou)(gou)件(jian)(jian)為對象，開(kai)展激(ji)(ji)(ji)光快(kuai)速(su)(su)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)工程化(hua)應(ying)用(yong)技術(shu)(shu)研究，先后(hou)制(zhi)造出TA15 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)角盒近200 件(jian)(jian)，完成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)了“激(ji)(ji)(ji)光快(kuai)速(su)(su)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)TA15 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)結(jie)(jie)構(gou)(gou)件(jian)(jian)在某型飛(fei)機(ji)(ji)上(shang)(shang)的裝機(ji)(ji)評(ping)審”，首(shou)件(jian)(jian)激(ji)(ji)(ji)光快(kuai)速(su)(su)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)TA15 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)結(jie)(jie)構(gou)(gou)件(jian)(jian)順利通過在某型飛(fei)機(ji)(ji)上(shang)(shang)的全(quan)部(bu)應(ying)用(yong)試驗考核，使我國成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)為繼(ji)美(mei)國之(zhi)后(hou)世界上(shang)(shang)第二個掌握飛(fei)機(ji)(ji)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)復雜結(jie)(jie)構(gou)(gou)件(jian)(jian)激(ji)(ji)(ji)光快(kuai)速(su)(su)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)工程化(hua)技術(shu)(shu)并實(shi)現激(ji)(ji)(ji)光快(kuai)速(su)(su)成(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)形(xing)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)結(jie)(jie)構(gou)(gou)件(jian)(jian)在飛(fei)機(ji)(ji)上(shang)(shang)應(ying)用(yong)的國家。

北京航空航天(tian)大學王華明主持的(de)“飛(fei)機鈦合金大型(xing)復雜(za)整體構(gou)件(jian)激(ji)光成(cheng)形技術”項目(mu)研制(zhi)生產(chan)出(chu)我(wo)國(guo)飛(fei)機裝(zhuang)備中(zhong)迄今尺寸最大、結(jie)構(gou)最復雜(za)的(de)鈦合金等(deng)高(gao)性能難加工金屬(shu)關鍵整體構(gou)件(jian)，并在我(wo)國(guo)大型(xing)飛(fei)機等(deng)多型(xing)飛(fei)機研制(zhi)和生產(chan)中(zhong)得到實際應用，從(cong)而使我(wo)國(guo)成(cheng)為目(mu)前世界(jie)上唯一突破飛(fei)機鈦合金大型(xing)主承力(li)結(jie)構(gou)件(jian)激(ji)光快速成(cheng)形技術并實現裝(zhuang)機應用的(de)國(guo)家。

相對于(yu)國內的航空領域(yu)的研(yan)究應用，目前(qian)激光直(zhi)接快速成(cheng)形技(ji)術在我國航天領域(yu)的應用研(yan)究基本上(shang)還是處(chu)于(yu)起步階段。實(shi)際上(shang)，航天液體和固體火箭發動機(ji)難加(jia)(jia)工材料、復雜(za)型面(mian)的結構件(jian)及武器型號難加(jia)(jia)工材料輕(qing)質防(fang)熱結構件(jian)可以很(hen)好地采用選區(qu)激光熔化技(ji)術實(shi)現高精度加(jia)(jia)工。

采用(yong)激(ji)光(guang)(guang)直接(jie)快(kuai)速成(cheng)(cheng)形(xing)技(ji)術(shu)制(zhi)造航(hang)空航(hang)天用(yong)的整體(ti)鈦(tai)合金(jin)結構(gou)(gou)件(jian)具(ju)有材料(liao)利用(yong)率(lv)高、加(jia)工余(yu)量(liang)小、周期短(duan)和柔性高等優點。但激(ji)光(guang)(guang)快(kuai)速成(cheng)(cheng)形(xing)過(guo)程中(zhong)零(ling)件(jian)變(bian)形(xing)開裂(lie)預防，內(nei)部質(zhi)量(liang)(內(nei)部缺陷、晶粒及顯(xian)微組織等)及力學(xue)性能(neng)控制(zhi)依舊是制(zhi)約大型整體(ti)鈦(tai)合金(jin)關鍵結構(gou)(gou)件(jian)激(ji)光(guang)(guang)直接(jie)快(kuai)速成(cheng)(cheng)形(xing)技(ji)術(shu)發展和應用(yong)的技(ji)術(shu)瓶頸。

總結

綜合(he)(he)(he)所述，鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)精密(mi)熱成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)在獲得(de)不斷進(jin)步的(de)(de)(de)同時，也遇到了一(yi)些技(ji)術(shu)(shu)難(nan)題，大(da)(da)型(xing)整體鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)構(gou)件的(de)(de)(de)工程(cheng)化(hua)應(ying)用(yong)范圍(wei)還比較小(xiao)，但隨著航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)產業(ye)的(de)(de)(de)快速發(fa)展，鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)精密(mi)熱成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)必定步入一(yi)個新的(de)(de)(de)發(fa)展期，鑒于鈦(tai)合(he)(he)(he)金(jin)和精密(mi)熱成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)突出優點，二(er)者的(de)(de)(de)結合(he)(he)(he)在未來航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)工業(ye)中的(de)(de)(de)貢獻作用(yong)將更為(wei)顯著，今后其主(zhu)要發(fa)展方向(xiang)是：(1)大(da)(da)型(xing)或者超大(da)(da)型(xing)復雜(薄壁)結構(gou)件的(de)(de)(de)整體精密(mi)成(cheng)(cheng)形、低成(cheng)(cheng)本、工程(cheng)化(hua)應(ying)用(yong);(2)計(ji)算(suan)機(ji)模擬(仿真)技(ji)術(shu)(shu)、CAD/CAM技(ji)術(shu)(shu)、數控技(ji)術(shu)(shu)等與(yu)精密(mi)成(cheng)(cheng)形技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)結合(he)(he)(he)，為(wei)航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)新構(gou)件的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)形提供技(ji)術(shu)(shu)途徑。

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