航空模锻件制造综述

文／刘其源，艾志斌，于杰·无锡派克新材料科技股份有限公司

航空模锻件技术是一种制造高强度、高精度、高可靠性航空零部件的工艺技术，其原理是将金属坯料放入特制的模具中，利用高温高压将其变形成为所需形状的零件。航空模锻件具有高强度、高硬度、高韧性、高耐疲劳性、高耐腐蚀性等优点，被广泛应用于飞机发动机、机身、起落架等部位。本文将从航空模锻件技术的基本原理、工艺流程、材料选择和质量控制等方面对其进行详细介绍。

航空模锻件基本原理

航空模锻件技术是一种通过金属材料的塑性变形来制造高强度、高精度零部件的加工方法。其基本原理是将金属坯料放置在模具中，然后施加压力使其在模具中发生塑性变形，最终得到所需形状和尺寸的零部件。

在航空模锻件技术中，模具通常由两个或多个部分组成，其中一个部分固定，另一个部分则可以移动。当金属坯料被放置在模具中时，移动部分会通过施加压力使金属坯料在模具中发生塑性变形。这种变形可以是拉伸、压缩或弯曲等形式，具体取决于所需的零部件形状。

航空模锻件技术的优点在于可以制造出高强度、高精度的零部件，同时还可以减少材料浪费和加工时间。此外，该技术还可以应用于各种不同类型的金属材料，包括高温合金、钛合金、铝合金、超高强度钢等。

航空模锻件的工艺流程

⑴原材料准备：航空模锻件所使用的材料通常是高强度、高温下具有良好性能的金属材料。在制造过程中，需要对材料进行严格的质量控制，以确保锻件的机械性能和耐腐蚀性能等符合要求。材料准备包括材料的选择、检验、切割、加热等步骤。

⑵锻件设计：如图1 所示，根据零件的形状和尺寸以及零件的机械性能要求设计锻件。

图1 锻件设计

⑶模具设计：如图2 所示，根据锻件的形状和尺寸设计出适合的模具，并进行制造和调试。

图2 模具设计

⑷制坯：如图3 所示，将棒料按工艺设计形状通过自由锻或压机进行制坯分料，以便于后期模锻件的充填。

图3 制坯工步

⑸锻造：如图4 所示，将加热后的金属材料放置于模具中，通过模具的压力和挤压力使其变形成为所需的形状。

图4 模锻成形

⑹冷却：将锻造后的锻件冷却至室温(根据不同材料，有以下几种冷却方式：水冷、风冷、空冷、缓冷等)。

⑺热处理：热处理是指将锻件加热至一定温度后，在一定时间内进行冷却或保温的过程。热处理可以改善锻件的组织结构和性能，提高其强度、硬度、韧性等机械性能。自动化热处理生产线见图5。

⑻去毛刺、磨光：将锻造后的模锻件表面的毛刺去除，并进行磨光处理。

⑼表面处理：将磨光后的模锻件进行表面处理，以提高其耐腐蚀性和美观性。

⑽检验：对锻件进行各种机械性能等方面的测试和检测，以确保锻件的质量符合要求。检验包括外观检查、尺寸测量、硬度测试、拉伸试验、冲击试验等多个方面。

航空模锻件的材料选择

航空模锻件技术的材料选择非常重要，直接影响到零件的性能和质量。一般来说，航空模锻件技术所使用的材料应具有以下特点。

⑴高强度与韧度：航空器在高速飞行时会受到巨大的气动力和惯性力的作用，因此需要使用高强度、高韧性的材料来保证零部件的安全性。常用的材料有钛合金、铝合金、超高强度钢等。

⑵耐腐蚀性：航空器在高空中会接触到各种气体和水汽，容易发生腐蚀。因此，航空模锻件的材料选择要考虑其耐腐蚀性能。钛合金、不锈钢、超高强度钢等材料都具有较好的耐腐蚀性能。

⑶良好的可塑性和可加工性：航空模锻件需要进行加工，因此材料的可加工性也是一个重要考虑因素。铝合金、钛合金等材料具有较好的可加工性。

⑷轻量化：航空器的重量对其性能和燃油消耗有很大影响，因此航空模锻件的材料选择要尽可能轻量化。铝合金、镁合金等轻质材料广泛应用于航空领域。

⑸热稳定性：航空器在高温环境下运行，因此需要使用具有良好热稳定性的材料。钛合金、镍基合金等材料具有较好的热稳定性。

常用的航空模锻件材料包括铝合金、钛合金、超高强度钢等。其中，铝合金是最常用的材料之一，因为它具有良好的可塑性和可加工性、较高的强度和耐腐蚀性，同时其具有密度小、价格低等系列优势。

航空模锻件的质量控制

⑴材料：航空模锻件的材料应符合航空工业标准和材料要求，必须进行严格的化学成分分析、物理性能测试和无损检测，确保材料质量达到标准要求。

⑵设备：航空模锻件设备控制是指对用于制造航空模锻件的设备进行控制和管理。这些设备包括锻造机、加热炉、冷却系统、液压系统等。控制航空模锻件设备需要考虑到多个因素，如温度、压力、速度等。在控制过程中，需要使用传感器和执行器来获取和调整设备的状态，以确保模锻件的质量和精度。

⑶工艺：航空模锻件的加工工艺应该严格按照设计要求执行，特别是在热处理、成形和热处理后的应力消除等过程中应该进行严格的监测，确保工艺控制的有效性。

⑷检测：航空模锻件必须进行各种检测，例如超声波探伤、磁粉探伤、X 射线探伤、射线衍射、金相分析等多种无损检测技术，以确保模锻件质量符合设计要求。

⑸尺寸：航空模锻件的尺寸应该符合设计要求，必须进行准确的尺寸检测，包括三坐标测量等精密测量方法。

⑹控制：航空模锻件的制造过程应该进行严格的环境控制，特别是在高温和高压的环境下，要保持稳定的工作状态，以确保模锻件的质量。

结束语

航空模锻件制造是一项高度复杂、技术密集和精度要求极高的工作。为确保生产出具备高精度、高强度和高可靠性的零部件，必须采用先进的技术和严格的质量控制措施。通过优化材料选择、工艺流程、设备精度以及严格的质量检测等方面的细节，可提高产品的质量和可靠性，为航空工业的发展做出积极的贡献。只有严格遵守标准化的制造流程，采用高水平的技术和严格的质量管理，才能够确保生产出优质的航空模锻件产品，满足航空工业的需求。