鈦及鈦合金具有許多優(yōu)異特性，是航空航天工業(yè)中具有很大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)材料，被譽(yù)為正在崛起的“第三金屬”“智能金屬”等，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)承力隔框、壁板、承載梁等受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)件的制造。

航空工業(yè)沈飛一直是飛機(jī)鈦合金構(gòu)件的主要制造商，承擔(dān)了很多國(guó)內(nèi)軍民機(jī)鈦合金構(gòu)件的研制任務(wù)。這得益于沈飛公司有支鈦合金薄壁構(gòu)件精準(zhǔn)制造團(tuán)隊(duì)，一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鈦合金零件在他們手里精準(zhǔn)制造，支撐著航空鈦合金構(gòu)件制造技術(shù)的發(fā)展，為零件順利交付提供了堅(jiān)實(shí)的保證。

團(tuán)隊(duì)成立之初，由幾位老專家?guī)ьI(lǐng)著一幫剛走出校門(mén)的年青人，從模具設(shè)計(jì)、工藝仿真、參數(shù)摸索到零件制造與檢測(cè)，團(tuán)隊(duì)成員既是技術(shù)人員，也是技術(shù)工人，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有他們努力的身影。十多年不斷地學(xué)習(xí)與實(shí)踐，使得他們練就了一身高超的本領(lǐng)，逐漸成長(zhǎng)為鈑金制造領(lǐng)域能獨(dú)當(dāng)一面的技術(shù)專家。憑著勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，他們攻克了一項(xiàng)項(xiàng)技術(shù)難題，突破了鈦合金等溫成形技術(shù)、鈦合金超塑成形、鈦合金超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，顯著提高了產(chǎn)品質(zhì)量，大大提升了飛機(jī)鈦合金零件大型化、整體化精準(zhǔn)制造能力。

突破某型號(hào)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)TC4鈦合金進(jìn)氣道唇口的研制技術(shù)

某型飛機(jī)的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)TC4鈦合金進(jìn)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(kāi)口的深度181mm，要求壁厚均勻。前期的方案分析認(rèn)為：由于零件尺寸大，形狀復(fù)雜，鈦合金材料成形時(shí)回彈大、容易出現(xiàn)裂紋，整體鈦合金板材熱成形幾乎沒(méi)有可能性；若采用分段熱成形—拼焊—穩(wěn)定校形的工藝方法，焊縫位置要求平行于飛機(jī)軸線方向，若熱成形工藝分4段成形，在唇口內(nèi)緣會(huì)出現(xiàn)較多死褶，無(wú)法排除；若增加分段又會(huì)造成焊接過(guò)程定位困難，且焊接變形較大，后續(xù)的穩(wěn)定校形仍難以保證零件精度。針對(duì)該關(guān)鍵零件的制造難題，制造團(tuán)隊(duì)勇挑重?fù)?dān)，開(kāi)展了一系列研究工作，創(chuàng)新性地采用鈦合金超塑成形工藝解決此問(wèn)題。

他們采用有限元模擬仿真分析的方法，驗(yàn)證了采用凹模直接超塑成形會(huì)產(chǎn)生零件底部嚴(yán)重減薄的問(wèn)題；為避免此類問(wèn)題，提高零件壁厚均勻性，團(tuán)隊(duì)成員提出了創(chuàng)新性方案，即將零件的底部朝上，外側(cè)設(shè)計(jì)供板料流動(dòng)的工藝型面，使成形過(guò)程中板料先接觸零件底部，確保底部的料厚，通過(guò)材料的流動(dòng)和減薄來(lái)成形開(kāi)口邊緣。他們反復(fù)多次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和仿真計(jì)算分析，得到較為優(yōu)化的外層唇口，整個(gè)零件的壁厚均勻，滿足了設(shè)計(jì)要求。根據(jù)仿真結(jié)果的型面，設(shè)計(jì)出合理的模具結(jié)構(gòu)，成形試驗(yàn)后的零件質(zhì)量良好。

通過(guò)有限元模擬技術(shù)輔助解決了大型進(jìn)氣道唇口的成形工藝問(wèn)題，減少了新型結(jié)構(gòu)零件研制風(fēng)險(xiǎn)和成本浪費(fèi)。超塑成形整體結(jié)構(gòu)使工裝的數(shù)量大大減少，設(shè)計(jì)制造周期縮短，材料和能源利用率提高，制造精準(zhǔn)度提高，焊縫減少，降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)承載效率、減輕了結(jié)構(gòu)件重量，有利于提高機(jī)體使用壽命和可靠性。

實(shí)現(xiàn)3150kN等溫?zé)岢尚卧O(shè)備 自主開(kāi)發(fā)和研制

除了在關(guān)鍵零件制造技術(shù)上攻堅(jiān)克難，團(tuán)隊(duì)還參與到了鈦合金成形設(shè)備的開(kāi)發(fā)研制中。國(guó)家科技重大專項(xiàng)“飛機(jī)鈦合金尾段制造關(guān)鍵成套裝備研制及示范應(yīng)用”的子任務(wù)“3150kN等溫?zé)岢尚卧O(shè)備”由團(tuán)隊(duì)聯(lián)合天鍛共同開(kāi)發(fā)研制并應(yīng)用驗(yàn)證，從2019年通過(guò)國(guó)家工信部的綜合評(píng)估驗(yàn)收至今，已取得顯著的應(yīng)用效果。

設(shè)備研發(fā)的過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員在天津和沈陽(yáng)兩地來(lái)回奔波，經(jīng)常加班到深夜，吃住在現(xiàn)場(chǎng)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)突破了熱狀態(tài)下的重復(fù)定位精度技術(shù)、精度可調(diào)且具有熱補(bǔ)償功能的上平臺(tái)導(dǎo)向技術(shù)、穿梭式移動(dòng)工作臺(tái)在高溫

工況下的精確定位技術(shù)等溫?zé)岢尚螚l件下高溫爐體與滑塊之間的間隙自動(dòng)調(diào)整等多項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)，研發(fā)出滿足飛機(jī)尾段大型鈦合金結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)急需的裝備，提升了國(guó)產(chǎn)航空專用裝備的自主生產(chǎn)水平。

在研制設(shè)備的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員還要開(kāi)展相關(guān)工藝的研究，完成了典型零件的生產(chǎn)，并在公司生產(chǎn)線上進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了鈦合金尾段零件的精準(zhǔn)制造。除滿足基本的制造質(zhì)量需求以外，在實(shí)施過(guò)程中還形成了“鈦合金等溫?zé)岢尚我簤簷C(jī)技術(shù)條件”等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，獲得“大型等溫?zé)岢尚我簤簷C(jī)的壓力控制系統(tǒng)”等多項(xiàng)國(guó)家專利，對(duì)于改進(jìn)和提升制造工藝具有重要意義，本項(xiàng)目研發(fā)的技術(shù)和系統(tǒng)將為飛機(jī)制造工藝水平的提升提供重要支撐，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

設(shè)備的成功研制，滿足了我國(guó)航空重點(diǎn)領(lǐng)域中飛機(jī)鈦合金關(guān)鍵零件成形行業(yè)對(duì)國(guó)產(chǎn)化高端制造裝備的迫切需求，加速推動(dòng)新型飛機(jī)關(guān)鍵構(gòu)件的研制進(jìn)程，也促進(jìn)了我國(guó)高端基礎(chǔ)裝備的研制和開(kāi)發(fā)能力。

這是一支勇于挑戰(zhàn)、敢于創(chuàng)新的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，大家集智攻關(guān)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，取得了無(wú)數(shù)成績(jī)，突破新型鈦合金成形關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鈦合金整體唇口、大型復(fù)雜壁板等薄壁構(gòu)件的精準(zhǔn)制造，獲得二十多項(xiàng)國(guó)家級(jí)、省部級(jí)和公司級(jí)成果、發(fā)明專利20余項(xiàng)、發(fā)表論文50余篇，這正是他們工作成績(jī)的最好證明。因?yàn)闊釔?ài)，所以選擇，因?yàn)檫x擇，所以堅(jiān)持，他們積極進(jìn)取、開(kāi)拓創(chuàng)新，以實(shí)際行動(dòng)譜寫(xiě)著我們這一代航空人的使命與擔(dān)當(dāng)。

關(guān)鍵詞： 航空工業(yè)