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  • 航空工業沈飛鈦合金薄壁構件精準制造團隊:在零件成形中成長

    鈦及鈦合金具有許多優異特性,是航空航天工業中具有很大發展潛力和應用前景的新型結構材料,被譽為正在崛起的“第三金屬”“智能金屬”等,廣泛應用于飛機承力隔框、壁板、承載梁等受力較復雜的重要結構件的制造。

    航空工業沈飛一直是飛機鈦合金構件的主要制造商,承擔了很多國內軍民機鈦合金構件的研制任務。這得益于沈飛公司有支鈦合金薄壁構件精準制造團隊,一個個結構復雜的鈦合金零件在他們手里精準制造,支撐著航空鈦合金構件制造技術的發展,為零件順利交付提供了堅實的保證。

    團隊成立之初,由幾位老專家帶領著一幫剛走出校門的年青人,從模具設計、工藝仿真、參數摸索到零件制造與檢測,團隊成員既是技術人員,也是技術工人,每一個環節都有他們努力的身影。十多年不斷地學習與實踐,使得他們練就了一身高超的本領,逐漸成長為鈑金制造領域能獨當一面的技術專家。憑著勇攀高峰、敢為人先的創新精神,他們攻克了一項項技術難題,突破了鈦合金等溫成形技術、鈦合金超塑成形、鈦合金超塑成形/擴散連接技術等關鍵技術,顯著提高了產品質量,大大提升了飛機鈦合金零件大型化、整體化精準制造能力。

    突破某型號大型復雜結構TC4鈦合金進氣道唇口的研制技術

    某型飛機的大型復雜結構TC4鈦合金進氣道唇口是剖面近U型的橢圓形零件,直徑約1200mm,口寬約190mm,開口的深度181mm,要求壁厚均勻。前期的方案分析認為:由于零件尺寸大,形狀復雜,鈦合金材料成形時回彈大、容易出現裂紋,整體鈦合金板材熱成形幾乎沒有可能性;若采用分段熱成形—拼焊—穩定校形的工藝方法,焊縫位置要求平行于飛機軸線方向,若熱成形工藝分4段成形,在唇口內緣會出現較多死褶,無法排除;若增加分段又會造成焊接過程定位困難,且焊接變形較大,后續的穩定校形仍難以保證零件精度。針對該關鍵零件的制造難題,制造團隊勇挑重擔,開展了一系列研究工作,創新性地采用鈦合金超塑成形工藝解決此問題。

    他們采用有限元模擬仿真分析的方法,驗證了采用凹模直接超塑成形會產生零件底部嚴重減薄的問題;為避免此類問題,提高零件壁厚均勻性,團隊成員提出了創新性方案,即將零件的底部朝上,外側設計供板料流動的工藝型面,使成形過程中板料先接觸零件底部,確保底部的料厚,通過材料的流動和減薄來成形開口邊緣。他們反復多次的結構設計和仿真計算分析,得到較為優化的外層唇口,整個零件的壁厚均勻,滿足了設計要求。根據仿真結果的型面,設計出合理的模具結構,成形試驗后的零件質量良好。

    通過有限元模擬技術輔助解決了大型進氣道唇口的成形工藝問題,減少了新型結構零件研制風險和成本浪費。超塑成形整體結構使工裝的數量大大減少,設計制造周期縮短,材料和能源利用率提高,制造精準度提高,焊縫減少,降低質量風險,同時提高了結構承載效率、減輕了結構件重量,有利于提高機體使用壽命和可靠性。

    實現3150kN等溫熱成形設備 自主開發和研制

    除了在關鍵零件制造技術上攻堅克難,團隊還參與到了鈦合金成形設備的開發研制中。國家科技重大專項“飛機鈦合金尾段制造關鍵成套裝備研制及示范應用”的子任務“3150kN等溫熱成形設備”由團隊聯合天鍛共同開發研制并應用驗證,從2019年通過國家工信部的綜合評估驗收至今,已取得顯著的應用效果。

    設備研發的過程中,團隊成員在天津和沈陽兩地來回奔波,經常加班到深夜,吃住在現場。項目團隊突破了熱狀態下的重復定位精度技術、精度可調且具有熱補償功能的上平臺導向技術、穿梭式移動工作臺在高溫

    工況下的精確定位技術等溫熱成形條件下高溫爐體與滑塊之間的間隙自動調整等多項關鍵創新技術,研發出滿足飛機尾段大型鈦合金結構件生產急需的裝備,提升了國產航空專用裝備的自主生產水平。

    在研制設備的同時,團隊成員還要開展相關工藝的研究,完成了典型零件的生產,并在公司生產線上進行應用驗證,實現了鈦合金尾段零件的精準制造。除滿足基本的制造質量需求以外,在實施過程中還形成了“鈦合金等溫熱成形液壓機技術條件”等企業標準和行業規范,獲得“大型等溫熱成形液壓機的壓力控制系統”等多項國家專利,對于改進和提升制造工藝具有重要意義,本項目研發的技術和系統將為飛機制造工藝水平的提升提供重要支撐,具有廣闊的應用前景和發展潛力。

    設備的成功研制,滿足了我國航空重點領域中飛機鈦合金關鍵零件成形行業對國產化高端制造裝備的迫切需求,加速推動新型飛機關鍵構件的研制進程,也促進了我國高端基礎裝備的研制和開發能力。

    這是一支勇于挑戰、敢于創新的技術團隊,大家集智攻關、團結協作,取得了無數成績,突破新型鈦合金成形關鍵技術,實現鈦合金整體唇口、大型復雜壁板等薄壁構件的精準制造,獲得二十多項國家級、省部級和公司級成果、發明專利20余項、發表論文50余篇,這正是他們工作成績的最好證明。因為熱愛,所以選擇,因為選擇,所以堅持,他們積極進取、開拓創新,以實際行動譜寫著我們這一代航空人的使命與擔當。

    關鍵詞: 航空工業

    來源:中國航空報
    編輯:GY653

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