12 计 波-大型钛合金构件制造技术等温锻造.ppt

提纲 一.构件的大型整体化是趋势 随着现代战机的高性能要求，要求飞机长寿命、轻质、高可靠性、低成本。运输机的大型化高速化，也对飞机制造提出了高要求。复合材料所占比例越来越大，铝合金所占比例减小，但钛合金比例却有上升趋势，如飞机结构材料、特别是承重部件却由铝合金转由钛合金制造。整体件因为没有复杂的连接工序，以其可靠性好渐成为一大趋势。 如F-22、V-22、C-17、B-777、A380等飞机上均使用了或锻或精铸的大型整体构件。 一.构件的大型整体化是趋势 一.构件的大型整体化是趋势 发展大型整体构件的意义： 提高了强度与可靠性； 减轻了重量； 免除了昂贵的电子束焊接； 消除了紧固件连接； 提高了装配精度； 不用做繁复的公差配合计算； 免除了由此而产生的装配问题。 采用大型整体构件，经济性与安全性都有较大提高。 一.构件的大型整体化是趋势 一.构件的大型整体化是趋势 一.构件的大型整体化是趋势 同铸件相比，锻件的优点有： 消去了坯料中的疏松、孔洞等缺陷； 大晶粒被破碎； （强度、塑性、韧性）力学性能提高； 组织沿变形方向具有方向性（等温锻造几乎没有）。 一般，锻件的可靠性优于铸件，飞行器的重要承力/旋转件几乎都是锻件。发展大型钛合金整体锻件的锻造技术对我国新型战机和大型运输机的开发都是有利的。 一.构件的大型整体化是趋势 二.钛合金大型锻造技术进展 飞机重量每减轻1kg，可使起飞重量减轻10kg，所以飞机减重意义重大。如B-747采用钛合金整体起落架梁后减重113.5kg；安22采用20个大型整体隔框锻件，减少800种零件，飞机减重1t，减少机加工工时15~20%。 二.钛合金大型锻造技术进展 以前，美战机隔框一般由两段或多段锻件组成，可沿水平中心线“分开”制造，然后再由连接件或电子束焊成完整的框。 二.钛合金大型锻造技术进展 由于锻造技术的进步和大型锻造设施的采纳，以美国Wyman-Gordon公司为代表，生产了许多迄今为止仍是世界最大的钛合金锻件。如隔框、纵梁、组合机翼、起落架及起落架梁等 二.钛合金大型锻造技术进展 Wyman-Gordon公司为F-22战机生产了4个很大的钛合金整体隔框，其中最大的隔框锻件重2770kg，投影面积5.53m2；后机身的隔框也很大，锻件长3.8，宽1.7m，投影面积5.2m2，重1590kg。虽然Wyman-Gordon公司拥有4.5万吨压机，但采用传统锻造方法是无法生产这样大的整体锻件。曹春晓院士认为成功的原因有三条：：⑴ 采用优良的润滑剂以降低变形抗力；⑵ 采用计算机有限元方法模拟模锻时金属流变、充填情况以确定可保证最终形状尺寸的工艺(包括模具和预制坯的设计方案)；⑶ 搞好全过程(从开坯至最终模锻)的工艺设计以确保最终锻件的组织性能。 二.钛合金大型锻造技术进展 Wyman-Gordon Ltd.：神奇的锻造技术 上世纪九十年代，由于制造比4.5万吨更大的压机需要大笔资金，该公司在ATP基金的资助下开发了一种新的锻造技术，他们对4.5万吨压机进行了改造，加装旋转装置后使压机具备了“步进”功能，从而可用相对较小的力锻造较大的锻件，从而使得原先在法国6.5万吨压机上才能锻造的锻件现在4.5万吨压机上也能锻造出来。 二.钛合金大型锻造技术进展 计算机仿真技术 传统的“试错”法周期长，生产成本高。随着金属成形和有限元理论的进步，CAE技术成为金属制品开发、模具设计的最有效途径；采用CAE技术，可以通过计算机仿真代替试模，可以在虚拟环境下实现完整解决方案的制订，在模具制造前，预测产品整个成形过程，帮助研判潜在的问题，有效地减少/防止问题发生，大大缩短开发周期，降低生产成本。因此，CAE技术在国内外应用得越来越普遍。 专业锻造软件有：Deform、Forge、Qform、Superforge、Superform等；大型通用有限元软件有：Abaqus、Marc、ansys等。 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 等温锻造技术： 因为模具和坯料处于几乎相同的高温，且压下速度慢，所以锻件没有模具急冷带来的危险，而且材料的变形抗力低，用较小吨位的压机就可锻造较大的锻件。而且材料利用率高，组织较为均有，没有变形死区。 国外主要用作高温合金或钛合金的盘形/环形件。 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 三.钛合金大型锻件的锻造工艺装备 对于高温合金、钛合金这样的难变形材料，等温锻造时模具需要加热到相当高的温度，钼基合金TZM有相当好的高温强度，但在600℃以上容易氧化挥发，所以需要真空环境。