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锻件大型、超大型化

时间:2022-08-24   访问量:1164

为了进一步提高飞机的性能,航空发动机的推重比越来越高,必须尽一切可能降低每一克质量。以往采用由小锻件连接的一些大部件将尽可能改用整体的结构形式,这可以明显提高结构的刚性和减轻重量。如航空发动机的钛合金压气机盘和叶片通常用榫头进行连接,新的设计改成整体结构,即把叶片和盘件做成一个整体,总重量可以减轻20%.但整体锻件的投影面积和重量将增加一倍多。由于焊接技术难度很大,因此更希望做成大锻件。
随着飞机的发展,制造钛合金特大型锻件的需求更加迫切。

战斗机机身的钛合金框由6~7件组装而成(见图9-2).其最大外形尺寸达1680mmx1450mmx100mm,总投影面积约为1㎡,质量高达350kg.飞机框做成整体件,强度和刚度比多件连接结构要高得多。

飞机框 

俄罗斯在大型飞机起落架上用的整体钛锻件也非常大,长超过3m,重达1.5t,是在75kt水压机上生产的(见图9-3).

俄罗斯生产的钛合金大锻件 

美国报道了带有双发动机舱孔的整体框架锻件,材料是Ti-6Al-4V,投影面积为5.53㎡,模锻件重2976kg,零件质量143.8kg,材料利用率为4.83%,机加工时间大于6个月。在45kt水压机上生产(见图9-4).还有很多其他的特大钛合金锻件,如图9-5所示。

F-22:Ti-6Al-4V加强框 

随着我国经济的飞跃发展,大型钛合金锻件的需求越来越多。如飞机的整体框、发动机的大型整体叶盘和双性能叶盘、燃汽轮机和汽轮机的大型叶片及大型盘,投影面积在0.5~5㎡,质量在300~2000kg.特大型钛合金锻件的生产技术是必须解决的重大技术关键。我国现有的锻压设备是无法生产特大型钛合金锻件的。国外用45~75kt的液压机生产这种特大锻件。俄罗斯拥有世界上最大的模锻设备:750MN即75000t模锻水压机;法国拥有650MN即65000t模锻水压机;美国拥有450MN即45000t模锻水压机。我国除了建造昂贵的80~100kt的大型液压机生产大锻件外,另一种方法是直接用厚板加工出大锻件。现在我国可以生产厚板的轧机有很多,但是具备生产钛合金厚板技术的企业只有宝鸡钛业股份公司和上海宝钢集团。在飞机设计的初期,直接用厚板加工出

特大钛合金锻件 

大锻件可以很快生产出钛合金零件,可以加快研制的进度,但是这种方法的材料利用率很低,约是锻件的1/4,用于生产是很不经济的,而且厚板的力学性能不及模锻件好,不能充分发挥材料的潜能,不利于飞行器的减重。
等温锻造技术提供了新的办法。等温锻造是利用钛合金的超塑性特性发展起来的新技术,它将模具加热到锻件的锻造温度,慢速变形,避免了模具的激冷,可以生产精密锻件,整个锻造过程可以对锻压各主要参数精确控制,因此锻件的性能可以在最高的水平,锻件的质量更稳定、更可靠。特别是同样的锻件等温锻造所需要的锻压吨位只有普通锻造的1/5~1/10,可以用相对小的压力锻造更大的锻件。实践经验表明,1~1.5㎡的钛合金锻件用100MPa的等温锻造液压机就可以整体锻造出精密锻件,如图9-6所示。

等温锻造TA15钛合金整体框 


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