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中国建世界最大压机锻造钛合金机身框

2017-04-05 09:50:55 厦门天研仪器有限公司 阅读

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对于战斗机的结构制造来说,机身的大框是最重要、最耗时、也是最昂贵的部件,同时还是限制战斗机产能和性能寿命的关键环节。特别是那些不惜成本追求性能的主力制空战斗机,往往会采用难以加工的钛合金作为材料,而这又进一步引发了成本的增高和产能有限的矛盾。
  对于战斗机上的主要承力部件来说,纯粹的3D打印钛合金件至今依旧是不靠谱的玩意——这东西是钛合金粉末堆积后,用激光烧融在一起再固化了,一点点堆出来的。结构疏松夹杂大量气泡和未融化粉末、骤热骤冷引发材料内部严重的组织错位、应力残余都是从原理上无法避免的事情。
  高性能战斗机的大框,必须依靠锻造在模具中形成基本的形状;在长时间保持的巨大压力下,高温软化的金属毛坯像被大力揉压的面团一样,内部的疏松组织、气泡、缝隙等缺陷都会全部被压实消除掉。然而锻造出来的产品,还要经过数百工时的加工,去掉多余的部分,使之完全符合设计形状尺寸,并进行热处理等后续工艺,通过质量检验才算生产完成。
  国内在2013年之前,国内能投入使用的仅有一台3万吨的模锻压机;其锻造能力为铝合金件最大投影面积不能超过2平米,钛合金件投影面积不能超过1.2平米。而这个水平,是完全不足以完成歼20这样的双发重型战斗机的钛合金大框一体化锻造的。
  在这种限制下,歼20的钛合金大框,只能在设计上先分成几个锻件,分别锻造好以后,再用电子束焊接工艺连接成一个整体。这个工艺源于中国引进苏27时获得的全套技术体系,同样是当年苏联大型钛合金件锻造能力远不如美国时搞出来的变通办法。
  而在2013年4月10日,中国二重集团研发的世界最大的8万吨模锻压机成功的实现了试生产。中国在大型航空航天锻造件的制造能力上有了本质性的突破,达到世界最顶级水平。而对于歼20来说,这意味着它能够采用一次完整成型的钛合金大框,其寿命将获得巨大的突破。
  由于歼20前几架原型机的制造,来不及等8万吨模压机的投入使用,加上8万吨模锻压机也不太可能在试生产之初性能状态还不稳定的情况下,就应用于歼20大框的生产;因此可以推测,装备钛合金整体框的歼20应该是在2014年开始投入生产的。
  从目前的情况看,有理由相信交付空军使用的歼20均已采用整体钛合金大框,其结构寿命远比早期的原型机要出色。