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航發(fā)科普丨炫酷的造型從何而來

來源： 發(fā)布時(shí)間：2024年11月08日

??當(dāng)我們?cè)诓┪镳^看著后母戊鼎、四羊方尊等商周青銅器時(shí),常常會(huì)好奇,這樣精美絕倫的瑰寶是怎么制造出來的呢?實(shí)際上,這些都是鑄造而成的,中國(guó)人早在2500年前就已熟練掌握青銅器的鑄造工藝。

??如今,鑄造在汽車、航空等領(lǐng)域的應(yīng)用十分常見,被譽(yù)為現(xiàn)代制造業(yè)的基石,是許多高端設(shè)備制造的核心工藝之一。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制中,鑄造技術(shù)應(yīng)用十分廣泛,大到航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的主機(jī)匣、附件機(jī)匣等,小到渦輪盤、葉片等,都是通過鑄造毛坯件加工成型而來。航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的鑄造件價(jià)值約占整機(jī)價(jià)值的40%,其重要性不言而喻。

??鑄造工藝主要可以分為砂型鑄造、金屬型鑄造和壓力鑄造等。鑄造技術(shù)看似簡(jiǎn)單,卻對(duì)最終產(chǎn)品的強(qiáng)度、耐磨性和精度有著極大的影響。

??航空發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件中機(jī)匣件占比最大,那么如何確保這類大型鑄件的質(zhì)量和一致性呢?具有成本低廉、生產(chǎn)效率高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的砂型鑄造技術(shù)就顯得非常適配。

??首先對(duì)機(jī)匣零件進(jìn)行分型、工藝規(guī)程設(shè)計(jì),然后制造砂型和砂芯,組合模具,最后將熔體倒入模具中冷卻成型,這樣便能獲得所需的鑄件。

??砂型鑄造時(shí),砂型需要一個(gè)個(gè)捏制,制作模具的砂子也往往是一次性的。如果要獲得大批的、高精度的鑄件,例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)漲圈等,砂型表面就太粗糙了,一個(gè)一個(gè)捏砂型效率也過于低下。此時(shí)可以設(shè)計(jì)一個(gè)金屬模具,將熔體倒進(jìn)去,冷卻后再取出,便可實(shí)現(xiàn)反復(fù)使用,這就是金屬型鑄造。

??那對(duì)于強(qiáng)度、精度要求更高的葉片該怎么辦呢?航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的鑄造有耐高溫、高強(qiáng)度、輕量化、高精度等多個(gè)方面的要求,為滿足這些苛刻條件,我國(guó)在上世紀(jì)60年代就開展了單晶鑄造葉片研究,取得了顯著的成績(jī)。

??在航空發(fā)動(dòng)機(jī)批量生產(chǎn)前,需要進(jìn)行數(shù)萬小時(shí)的零件部件試驗(yàn),持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。難道每改進(jìn)一次,就要為其打造一個(gè)金屬型模具嗎?不,這太浪費(fèi)了。我們可以用3D打印技術(shù)制作模型,就像搭積木一樣可以DIY,每改進(jìn)一次,就打印一個(gè)對(duì)應(yīng)的砂型,周期短、靈活性高,還能有效降低試制成本。

??隨著人工智能、3D打印、數(shù)字孿生等新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),航空發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造技術(shù)面臨著新的機(jī)遇。未來,航空發(fā)動(dòng)機(jī)鑄件將朝著復(fù)雜化、高性能和長(zhǎng)壽命趨勢(shì)發(fā)展,精密鑄造技術(shù)的應(yīng)用將越來越廣,鑄件的精度和合格率將越來越好,生產(chǎn)效率也將越來越高。