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世界首创!我国军用飞机激光增材技术全面解读

2013-05-30 00:05
kumsing
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  一些观察人士称,这显示歼-31战机至少有4个激光成型“眼镜式”钛合金主承力构件加强框。 目前,我国已经具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力,并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。成为目前世界上唯一掌握激光成形钛合金大型主承力构件制造并且装机工程应用的国家。 节约90%的材料和成本 在解决了材料变形和缺陷控制的难题后,中国生产的钛合金结构部件迅速成为中国航空研制的一项独特优势。由于钛合金重量轻,强度高,钛合金构件在航空领域有着广泛的应用前景。目前,先进战机上的钛合金构件所占比例已经超过20%。 传统的钛合金零件制造主要依靠铸造和锻造。其中铸造零件易于大尺寸制造,但重量较大且无法加工成精细的形状。锻造切削虽然精度较好,美国F-22战机的主要承力部件便是大型铸造钛合金框。但是零件制造浪费严重,原料的95%都会被作为废料切掉,而且锻造钛合金的尺寸受到严格的限制:3万吨大型水压机只能锻造不超过0.8平方米的零件,即使世界上最大的8万吨水压机,锻造的零件尺寸也不能超过4.5平方米。而且这两种技术都无法制造复杂的钛合金构件,而焊接则会遇到可怕的钛合金腐蚀现象。

  激光钛合金成形技术则完全解决了这一系列难题,由于采用叠加技术,它节约了90%十分昂贵的原材料,加之不需要制造专用的模具,原本相当于材料成本1~2倍的加工费用现在只需要原来的10%。加工1吨重量的钛合金复杂结构件,粗略估计,传统工艺的成本大约是2500万元,而激光3D焊接快速成型技术的成本仅130万元左右,其成本仅是传统工艺的5%。 更重要的是,许多复杂结构的钛合金构建可以通过3D打印的方式一体成型,不仅节省了工时,还大大提高了材料强度。F-22的钛合金锻件如果使用中国的3D打印技术制造,在强度相当的情况下,重量最多可以减少40%。

  图为中国钛合金3D打印机制造的大型承力零件,在航空领域,中国激光钛合金成形技术已经得到了广泛的应用。 在中航成飞和沈飞的下一代战斗机的设计研发中,激光钛合金成形技术已经得到了广泛运用。通过这一技术,正在研制的两型第五代战斗机歼-20和歼-31采用钛合金的主体结构,成功降低了飞机的结构重量,提高了战机的推重比;依托激光钛合金成形造价低、速度快的特点,沈飞在一年之内连续组装出歼-15、歼-16、歼-31等多型战斗机并且进行试飞。 民用航空制造业也开始应用这一技术。目前,在西北工业大学凝固技术国家重点实验室下设的激光制造工程中心,通过激光立体成型技术为将于2014年投产,并在2016年投入运营的国产客机C919制造了钛合金翼梁,长度超过5米。

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