航空模鍛件制造綜述

文／劉其源，艾志斌，于杰·無錫派克新材料科技股份有限公司

航空模鍛件技術是一種制造高強度、高精度、高可靠性航空零部件的工藝技術，其原理是將金屬坯料放入特制的模具中，利用高溫高壓將其變形成為所需形狀的零件。航空模鍛件具有高強度、高硬度、高韌性、高耐疲勞性、高耐腐蝕性等優點，被廣泛應用于飛機發動機、機身、起落架等部位。本文將從航空模鍛件技術的基本原理、工藝流程、材料選擇和質量控制等方面對其進行詳細介紹。

航空模鍛件基本原理

航空模鍛件技術是一種通過金屬材料的塑性變形來制造高強度、高精度零部件的加工方法。其基本原理是將金屬坯料放置在模具中，然后施加壓力使其在模具中發生塑性變形，最終得到所需形狀和尺寸的零部件。

在航空模鍛件技術中，模具通常由兩個或多個部分組成，其中一個部分固定，另一個部分則可以移動。當金屬坯料被放置在模具中時，移動部分會通過施加壓力使金屬坯料在模具中發生塑性變形。這種變形可以是拉伸、壓縮或彎曲等形式，具體取決于所需的零部件形狀。

航空模鍛件技術的優點在于可以制造出高強度、高精度的零部件，同時還可以減少材料浪費和加工時間。此外，該技術還可以應用于各種不同類型的金屬材料，包括高溫合金、鈦合金、鋁合金、超高強度鋼等。

航空模鍛件的工藝流程

⑴原材料準備：航空模鍛件所使用的材料通常是高強度、高溫下具有良好性能的金屬材料。在制造過程中，需要對材料進行嚴格的質量控制，以確保鍛件的機械性能和耐腐蝕性能等符合要求。材料準備包括材料的選擇、檢驗、切割、加熱等步驟。

⑵鍛件設計：如圖1 所示，根據零件的形狀和尺寸以及零件的機械性能要求設計鍛件。

圖1 鍛件設計

⑶模具設計：如圖2 所示，根據鍛件的形狀和尺寸設計出適合的模具，并進行制造和調試。

圖2 模具設計

⑷制坯：如圖3 所示，將棒料按工藝設計形狀通過自由鍛或壓機進行制坯分料，以便于后期模鍛件的充填。

圖3 制坯工步

⑸鍛造：如圖4 所示，將加熱后的金屬材料放置于模具中，通過模具的壓力和擠壓力使其變形成為所需的形狀。

圖4 模鍛成形

⑹冷卻：將鍛造后的鍛件冷卻至室溫(根據不同材料，有以下幾種冷卻方式：水冷、風冷、空冷、緩冷等)。

⑺熱處理：熱處理是指將鍛件加熱至一定溫度后，在一定時間內進行冷卻或保溫的過程。熱處理可以改善鍛件的組織結構和性能，提高其強度、硬度、韌性等機械性能。自動化熱處理生產線見圖5。

⑻去毛刺、磨光：將鍛造后的模鍛件表面的毛刺去除，并進行磨光處理。

⑼表面處理：將磨光后的模鍛件進行表面處理，以提高其耐腐蝕性和美觀性。

⑽檢驗：對鍛件進行各種機械性能等方面的測試和檢測，以確保鍛件的質量符合要求。檢驗包括外觀檢查、尺寸測量、硬度測試、拉伸試驗、沖擊試驗等多個方面。

航空模鍛件的材料選擇

航空模鍛件技術的材料選擇非常重要，直接影響到零件的性能和質量。一般來說，航空模鍛件技術所使用的材料應具有以下特點。

⑴高強度與韌度：航空器在高速飛行時會受到巨大的氣動力和慣性力的作用，因此需要使用高強度、高韌性的材料來保證零部件的安全性。常用的材料有鈦合金、鋁合金、超高強度鋼等。

⑵耐腐蝕性：航空器在高空中會接觸到各種氣體和水汽，容易發生腐蝕。因此，航空模鍛件的材料選擇要考慮其耐腐蝕性能。鈦合金、不銹鋼、超高強度鋼等材料都具有較好的耐腐蝕性能。

⑶良好的可塑性和可加工性：航空模鍛件需要進行加工，因此材料的可加工性也是一個重要考慮因素。鋁合金、鈦合金等材料具有較好的可加工性。

⑷輕量化：航空器的重量對其性能和燃油消耗有很大影響，因此航空模鍛件的材料選擇要盡可能輕量化。鋁合金、鎂合金等輕質材料廣泛應用于航空領域。

⑸熱穩定性：航空器在高溫環境下運行，因此需要使用具有良好熱穩定性的材料。鈦合金、鎳基合金等材料具有較好的熱穩定性。

常用的航空模鍛件材料包括鋁合金、鈦合金、超高強度鋼等。其中，鋁合金是最常用的材料之一，因為它具有良好的可塑性和可加工性、較高的強度和耐腐蝕性，同時其具有密度小、價格低等系列優勢。

航空模鍛件的質量控制

⑴材料：航空模鍛件的材料應符合航空工業標準和材料要求，必須進行嚴格的化學成分分析、物理性能測試和無損檢測，確保材料質量達到標準要求。

⑵設備：航空模鍛件設備控制是指對用于制造航空模鍛件的設備進行控制和管理。這些設備包括鍛造機、加熱爐、冷卻系統、液壓系統等。控制航空模鍛件設備需要考慮到多個因素，如溫度、壓力、速度等。在控制過程中，需要使用傳感器和執行器來獲取和調整設備的狀態，以確保模鍛件的質量和精度。

⑶工藝：航空模鍛件的加工工藝應該嚴格按照設計要求執行，特別是在熱處理、成形和熱處理后的應力消除等過程中應該進行嚴格的監測，確保工藝控制的有效性。

⑷檢測：航空模鍛件必須進行各種檢測，例如超聲波探傷、磁粉探傷、X 射線探傷、射線衍射、金相分析等多種無損檢測技術，以確保模鍛件質量符合設計要求。

⑸尺寸：航空模鍛件的尺寸應該符合設計要求，必須進行準確的尺寸檢測，包括三坐標測量等精密測量方法。

⑹控制：航空模鍛件的制造過程應該進行嚴格的環境控制，特別是在高溫和高壓的環境下，要保持穩定的工作狀態，以確保模鍛件的質量。

結束語

航空模鍛件制造是一項高度復雜、技術密集和精度要求極高的工作。為確保生產出具備高精度、高強度和高可靠性的零部件，必須采用先進的技術和嚴格的質量控制措施。通過優化材料選擇、工藝流程、設備精度以及嚴格的質量檢測等方面的細節，可提高產品的質量和可靠性，為航空工業的發展做出積極的貢獻。只有嚴格遵守標準化的制造流程，采用高水平的技術和嚴格的質量管理，才能夠確保生產出優質的航空模鍛件產品，滿足航空工業的需求。