鈦合金精密旋壓技術

旋壓成形技術制造的薄壁回轉體殼體構件解決了在車削加工時存在的剛度低、顫動大、加工精度低等技術問題或根本無法加工的技術難題，應用于航天領域具有諸多優(yōu)勢。

美國強力旋壓生產(chǎn)的φ3900mm大型導彈殼體，徑向尺寸精度達到0.05mm，表面粗糙度Ra為1.6~3.2μm，壁厚差≤0.03mm。美國鈦制造公司采用1.5m立式旋壓機旋壓φ1524mm的Ti-6Al-4V鈦合金導彈壓力容器封頭，每個封頭的旋壓時間為5min。民兵洲際導彈第二級固體發(fā)動機殼體采用了Ti-6Al-4V鈦合金，并用強力旋壓成形，成形后的鈦合金殼體重量減輕30%。圍繞航天型號對輕質(zhì)、高強、大型化航天需求，德國MT宇航公司采用旋壓工藝制備出φ1905mm的高強Ti-15V-3Cr合金推進系統(tǒng)貯箱，并應用于歐洲阿爾法通信衛(wèi)星巨型平臺，實現(xiàn)了衛(wèi)星平臺的大幅度減重、增加有效載荷。

我國的旋壓工藝與設備的研究源于60年代初期，鈦合金的旋壓研究始于上世紀70年代，經(jīng)過40多年來的發(fā)展，基本形成了從設備的研制到工藝開發(fā)一套成熟的體系。國內(nèi)航天所用鈦合金及旋壓制品，如火箭發(fā)動機外殼、葉片罩、陀螺儀導向罩、內(nèi)蒙皮等，Ti8Al1Mo1V高鈦合金用于發(fā)動機葉片熱處理強化鈦合金旋壓成形;TB2鈦合金用于小型噴管旋壓等。

西安航天動力機械廠研制出國內(nèi)最大直徑的鈦合金筒形件;通過正反2道次普旋翻邊成功旋壓出φ500mm的薄壁半圓鈦圈，零件用于空間飛行器微動力姿態(tài)調(diào)整。

中國航天科技集團公司第703研究所采用普旋與強旋相結合的技術，以TC3、TC42種鈦合金板材為坯料，熱旋壓制備出了2種鈦合金半球形(φ內(nèi)522mm×2.0mm)、圓柱形儲箱殼體(φ163mm×2.0mm×200mm的杯形件，φ163mm×2.0mm×360mm及φ112mm×6.0mm×1000mm的筒形件)。

近幾年來，隨著計算機模擬技術的發(fā)展，數(shù)值模擬已廣泛應用于金屬部件旋壓成形過程的分析。航天材料及工藝研究所對TC4筒形件進行了計算機模擬，分析了旋輪攻角、旋輪運動軌跡、普旋道次等工藝參數(shù)對旋壓成形的影響規(guī)律，成功旋制了高深徑比的TC4鈦合金筒形件。盡管鈦合金精密旋壓技術為航天領域提供了各類合金普旋成形高深徑比旋壓件，但從零件的工程化應用和旋壓成形的復雜性分析，還需進一步加強?？偟膩碚f，旋壓技術在國內(nèi)航天工業(yè)獲得廣泛應用，但大直徑、薄壁整體鈦合金熱旋壓成形工藝尚無應用實例，直徑2.25m貯箱箱底整體旋壓技術、直徑5m低溫貯箱箱底瓜瓣成形、鈦合金及高溫合金復雜結構件成形等技術還處在工藝摸索階段。

鈦合金激光直接快速成形技術

自20世紀90年代開始，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，激光直接制造技術逐漸成為制造領域研究的熱點。激光直接快速成形技術中有2種方法可以用于直接制造金屬零件，即區(qū)域選擇激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)技術和近凈成形(LaserEngineeredNetShaping,LENS)技術。國外有關大型鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究主要集中在美國。美國AeroMet公司在2002~2005年間實現(xiàn)了激光直接快速成形鈦合金結構件在飛機上的應用。2001年Aero-Met公司開始為波音公司F/A-18E/F艦載聯(lián)合殲擊/攻擊機小批量試制發(fā)動機艙推力拉梁、機翼轉動折疊接頭、翼梁、帶筋壁板等機翼鈦合金次承力結構件。2002年制定出了“Ti6Al4V鈦合金激光快速成形產(chǎn)品”宇航材料標準(ASM4999)并于同年在世界上率先實現(xiàn)激光快速成形鈦合金次承力結構件在F/A-18等戰(zhàn)機上的驗證考核和裝機應用。在航天領域，NASA馬歇爾航天飛行中心(NASA’sMarshallSpaceFlightCenterinHuntsville,Ala.)于2012年將選區(qū)激光熔化成形技術應用于多個型號航天發(fā)動機復雜金屬零件樣件的制造。激光直接快速成形技術還常常被用于鈦合金零件或者模具的修復。

我國鈦合金結構件激光直接快速成形技術的研究，從2001年開始一直受到政府主要科技管理部門的高度重視，在飛機、發(fā)動機等鈦合金結構件激光快速成形制造工藝研究、成套裝備研發(fā)及工程應用關鍵技術攻關等方面取得了較大進展。