强力旋压是一种能将金属材料变形变薄的旋压成形技术。因其加工出来的产品有着高强度、高硬度、高精度、低重量等特点,早已在我国航空航天制造领域取得了广泛应用。最典型的应用就是飞机的各种零部件了。
在飞机上,各种机头罩、副油箱、进气道、气瓶、拉杆、滑轨、作动筒都是采用旋压成形的。在发动机上,螺旋桨桨帽、机匣、唇口、进气锥、喷管、喷口等也有大部分是用旋压成形工艺。这类零部件的结构复杂、原材料特殊、产品尺寸偏大,利用旋压成形可提高结构部件的整体性,减少焊缝和零件变形,同时也缩减了手工校形的工作量。更重要的是,由于旋压后材料的强度增加,可以降低零件的设计壁厚,从而降低整机的重量,提高了整机的可靠性。
以飞机的副油箱为例。副油箱一般长2~3m,传统的制造工艺是先分瓣成形再焊接,分瓣的数量在6瓣以上。因此,整个副油箱的焊缝数量有十几道,焊接变形大,还需要大量的校形工序,工作量大,制造周期长。此时,强力旋压成形的技术优势就体现出来了。将副油箱从中间分成左右对称的两部分,采用强力旋压将厚板经两次成形后再在中间焊接。如此一来,原来的十几道焊缝减少为一道,大大提高了副油箱的精度和整体强度,降低了制造周期和工装制造费用。
除了副油箱,飞机上还有各种球形或柱形的气瓶。这些气瓶工作压力都很高,有些高达45MPa。为了满足这个压力要求而又要降低气瓶重量,这些气瓶都是采用金属材料内衬外部缠绕复合材料的结构。金属内衬有不锈钢、钛合金和铝合金。球形和柱形气瓶内衬的传统制造方法是锻造机加,即锻造一个壁厚为30mm左右的筒形毛坯,经数控加工,最后零件的壁厚1.5~2.5mm。原材料的利用率约为3%,浪费严重且加工周期长,制造成本高。由于锻造壁厚度大,内部组织经常出现不均匀等情况,机械加工又破坏了金属纤维流向的完整性,降低了产品的疲劳寿命。采用旋压成型后,板材毛坯经1~2次强力旋压即可获得所需要的形状和尺寸,大大减少甚至取消了机械加工,提高了内衬产品寿命。对于柱形气瓶,辅助以普通旋压收口工艺,还可以做到气瓶内衬的整体成形,整个气瓶内衬取消了焊缝,材料利用率也可达90%以上。
航空航天能力是体现一个国家综合国力的重要标志,强力旋压技术的使用增强了航空材料的性能,为我国航天事业的发展做出了重要贡献。