熔模精密铸造技术在航空工业的应用及发展_樊振中

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１ 熔 模 精 密 铸 造 技术 在 航空工业的应 用
１． １ 熔模精密铸造技术特点与工艺流程 由 于 航 空 喷 气 发 动 机 的 发 展， 要 ２ ０ 世纪 ４ ０年 代， 求制造叶片 、 叶轮 、 喷嘴等形状复杂 ， 尺寸精确以及表面
４， ５］ ， 需要寻找一种新 粗糙度要求较高的耐 热 合 金 零 件 ［
DOI:10.15980/j.tzzz.2014.03.023
精 密 铸 造
特种铸造及有色合金 ２ １ ４ 年第 ３ ４ 卷第 ３ 期 ０
熔模精密铸造技术在航空工业的应用及发展
樊振中 徐秀利 王玉灵 刘建军 （ 中 国 航空工业 集团公司 北京 航空材料 研究 院 ）
对近年来熔模铸造技术在国内外航空工业上的应用情况 摘 要 概述了熔模精密铸造技术的工艺特点及基本制作流 程 ， 做了说明 。 按照不同合金的熔炼及成形特点 ， 介绍了铝合金 精 密 铸 造 技 术 、 镁 合 金 精 密 铸 造 技 术、Leabharlann Baidu钛合金精密铸造技术与 高温合金精密铸造技术在航空武器装备上的应用及典型构 件 的 制 备 。 说 明 了 各 合 金 精 密 铸 造 技 术 的 新 型 特 种 铸 造 方 法 、 特种型芯技术 、 计算机工艺辅助与数值仿真以及特种成形设备与工艺等关键技术的最新研 究 进 展 情 况 ， 并阐述了航空工业 精密铸造技术未来的研究热点与发展方向 。 关键词 熔模精密铸造 ； 航空工业 ； 铝合金 ； 镁合金 ； 钛合金 （ ） 中图分类号 Ｔ 文献标志码 文章编号 ２ ４ ９． ５ ０ １－２ ２ ４ ９ ２ ０ １ ４ ０ ３－０ ２ ８ ５－０ ５ ０ Ｇ Ａ １
图 １ 熔 模 精 密 铸 造 工 艺流 程
１． ２ 国外熔模精密铸造技术在航空工业应用现状 欧美等工业发达国家综合应用现代新材料新技术 ， 不断研究和开发新工艺技术 ， 对精密铸造成形工艺过程
； 修改稿收到日期 ： 收稿日期 ： １ ３ ０ １ ３ ２ ０ ０ ７ １ ０ ２ １ ２ １ ８ － － － － ） ， ， 电话 ： 樊振中 ， 男， 工程师 ， 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 ， 北京市 ８ 第一作者简介 ： ８ ５ 年出生 ， ０ ０ ９ ５ ０ １ ０ １ ９ １ 信箱第 ２ 分箱 （ １ ０ ６ ２ ４ ９ ７ １ ６ ５ － ： ｉ ｌ ｆ ａ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｏ ｎ ２ ０ １ ０＠１ ６ ３． ｃ ｏ ｍ Ｅ－ｍ ａ ｇ
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特种铸造及有色合金 ２ ０ １ ４ 年第 ３ ４ 卷第 ３ 期 进行预测与精确控制 。 美国某发动机 Ｓ ＴＭＥ 广泛采用 了一次成形精 密 铸 造 工 艺 ， 将燃烧室零件数量减少５ ０ 多个 ， 焊接次数减少约 ９ 生产制造成本得以显著降 ０道， 低 。Ｒ ０ １ ２ 是能源 号 系 列 运 载 火 箭 的 高 性 能 液 氢／液 Ｄ － 氧火箭发动机 ， 入口燃烧室级叶轮采用精密铸造技术与 整体轴一次浇注成形 ， 减少质量约 ８％
。
美国新一代军用飞机的 目 标 要 求 ： 质量减轻５ ０％ ， 机身紧固件数量减 少 ８ 批生产成本降低２ ５％ ０％ 以 上 ， ／ ／ 以上 ， 制造周期缩短 １ ３～１ ２。 除 广 泛 采 用 新 材 料 外 ， 还需大量采用各种大 型 、 薄 壁、 复 杂、 整 体、 优质精密铸 件 。 目前 ， 美国战术巡航导弹的弹体与波导管已广泛采 用铝合金精密铸件 。 在大型运输机与民用航空领域 ， 波 音７ ４ ０ ７ Ｅ Ｒ 飞机仪表 控 制 台 框 架 采 用 Ｓ Ｐ Ｈ Ｉ Ａ 熔模 ６ Ｏ － ， 精密铸造工艺制造 ， 成本降低 ５ 周 部件减轻 ２ ７ｋ ０％ ， ｇ 期缩短 ８ 工装费用 减 少 ９ ３ ７、 ７ ４ ７、 ７ ５ ７、 ９％ ， ０％ 。 波 音 ７ 燃 油 泵 壳 体、 整体 ７ ６ ７、 ７ ７ ７ 飞机中 的 驾 驶 室 仪 表 骨 架 、 舱门与 Ａ 襟翼导轨等均 开 始 采 用 精 ２ ０ 飞机货舱门框 、 ３ 密铸造技术整体成形 。 １． ３ 国内熔模精密铸造技术在航空工业应用现状 随着我国航空发动机叶片 、 机匣 、 登机与应急舱门 、 进气道唇口 、 机翼及 平 尾 支 座 等 精 密 构 件 的 研 制 进 展 ， 我国熔模精密铸造工业化进程也加速推进 。２ ０ 世纪 ５ ０ 年代 ， 我国从前苏联引 进 了 石 蜡 －硬 脂 酸 模 料 和 水 玻 璃－ 石英型壳加矾土水泥的湿法造型工艺 ， 开始了航空熔模 精密铸件的研制历程 。 我国采 用 熔 模 精 密 铸 造 技 术 浇 注 出 了 第 ６ ６年， １ ９ 我国从英 一代空心镍 基 高 温 合 金 涡 轮 叶 片 。１ ７ ５ 年， ９ 国引进斯贝 航 空 发 动 机 的 制 造 技 术 ， 在消化吸收过程 中， 实现了熔模精密铸造工艺材料的国产化 ， 并于 ２ ０世 纪７ ０ 年代末成功浇注出了符合发动机性能要求的低压 一级空心导向叶片 。 目前 ， 我国主要的航空发动机制造 ， 企业 ， 均配备有熔模精密铸造车间 （ 分厂 ） 如沈阳黎明 、 西安西航 、 贵州黎明 、 株洲南方等 ， 中航工业集团还建有 —贵 州 安 吉 航 空 精 密 铸 造 — 熔模精密铸造专 业 化 工 厂 — 有限公司 。 另外 ， 国内外的科研机构近年来在熔模精密 铸造成形理论与工艺技术的研究上也取得了很大的进展 。
［ ６］
用整体精密铸造技术 ， 研制出了各类大型薄壁整体结构
８］ ， 用 于 先 进 作 战 飞 机 与 机 体、 导弹发 铝合金精密铸件 ［
动机与弹体 、 高机动装 甲 车 辆 发 动 机 等 关 键 部 位 ， 并替
９， １ ０］ 。 例如 ， 黑鹰直升机 发 代部分铝合金锻件和钣金件 ［
动机复杂薄 壁 整 体 机 匣 与 壳 体 ； １ ６战斗机进气道唇 Ｆ － ） ， 美 国 战 斧 巡 航 导 弹、 口（ 见图２ ａ Ｂ ＡＴ 导 弹 等 先 进 导 ） 。 弹壳体也采用铝合金整体精密铸件 （ 见图 ２ ｂ