1. La forja para aviación es una piedra angular importante para respaldar la mejora del rendimiento de las aeronaves y los motores. La forja de aviación pertenece a la industria de fabricación de alta gama y apoya la actualización y la iteración de motores de aeronaves y aviación. La forja es la combinación de materiales, tecnología y equipos metálicos, la forja de aviación en estos tres aspectos es significativamente más alta que los requisitos de forja ordinarios, la forja de aviación se encuentra en las alturas de mando de la industria de la forja. Desde el punto de vista del material, las forjas de aviación generalmente eligen una alta resistencia específica, la rigidez específica del material, la aleación de titanio, la aleación de alta temperatura y otros materiales difíciles de deformar son ampliamente utilizados.
Desde el final del proceso, en comparación con la forja ordinaria utilizada en la industria de fabricación de maquinaria, la forja para aviación requiere mayor precisión y calidad. Las tecnologías de forjado avanzadas, como la tecnología de formación integral, la tecnología de forjado isotérmico y la tecnología de laminado de precisión, se utilizan más ampliamente. Desde el punto de vista del equipo, la forja de aviación requiere un gran equipo de forja para lograr la deformación del metal.
De acuerdo con el estado de producción y la tendencia de desarrollo de piezas forjadas en troquel de aviación grandes, el peso de las piezas forjadas en troquel representa aproximadamente el 20-35 por ciento del peso de la estructura de la carrocería del avión y el 30-45 por ciento del peso de la estructura del motor. , que son las partes clave de la aeronave y la estructura de la carrocería del motor. Su tipo de estructura, el rendimiento y la calidad del material, el costo de fabricación es uno de los factores importantes que determinan el rendimiento, la confiabilidad, la vida útil y la economía de la aeronave y el motor.
La forja de aviación se encuentra en el medio de la cadena industrial y es el eslabón clave de la fabricación de aviación. La cadena industrial upstream de fabricación de aeronaves y motores aeronáuticos es una variedad de proveedores de materias primas, que incluyen superaleaciones, aleaciones de titanio, aleaciones de aluminio, acero de alta resistencia y otros materiales metálicos. Las empresas de forja utilizan equipos de forja para procesar materias primas en piezas forjadas de metal con excelentes propiedades mecánicas basadas en ciertos procesos, y los productos se envían a la fábrica de motores principal para su inspección de calidad. Los productos calificados se entregan al fabricante de piezas mecánicas y estructurales para su ensamblaje en piezas estructurales, y el ensamblaje final lo realiza la fábrica principal de motores.
Bajo el desarrollo integrado y de precisión, el margen de mecanizado de las piezas forjadas se reduce gradualmente y el valor agregado y la importancia de las piezas forjadas se mejoran aún más. Bajo la premisa de mejorar el rendimiento de la nueva generación de materiales, el proceso de formación integral se ha utilizado ampliamente y se ha popularizado la forja integral como tecnología clave. De acuerdo con las "características de la tecnología de fabricación aeroespacial mundial y la investigación de tendencias de desarrollo", la tecnología de formación integral puede reducir docenas o incluso cientos de piezas en 1 o varias piezas, reducir el segmento y la operación de soldadura posterior, pero también reduce en gran medida la calidad de la estructura, reducir los residuos de procesamiento, reducir los costes de montaje. En comparación con la forja de matriz ordinaria, la tolerancia de mecanizado de la máquina de forja de precisión se reduce significativamente, lo que puede reducir el proceso de mecanizado posterior. De acuerdo con "Aplicación y desarrollo de tecnología de formación de forja de precisión", la tecnología de formación de forja de precisión se puede aplicar para terminar en blanco, a fin de realizar el uso de la tecnología de forja para reemplazar el proceso de mecanizado en bruto. Con la mejora gradual de la precisión de la forja, o reemplazará parte del negocio de mecanizado tradicional, como la soldadura, la importancia de la forja aumentará aún más mientras aumenta el valor agregado de la forja.
2. Forja de la estructura del cuerpo: piezas de cojinete clave de aviones, tendencia de forja integrada
Las piezas forjadas se utilizan principalmente en el fuselaje, el ala, la cola, el tren de aterrizaje y otras partes estructurales clave en la estructura del cuerpo. Debido a su buen rendimiento de cojinete, las piezas forjadas se utilizan ampliamente en la estructura del cuerpo, incluidas las piezas de cojinete clave en las partes principales del fuselaje, el ala, la cola y el tren de aterrizaje. De acuerdo con las características de trabajo de las diferentes partes, los materiales aplicados también son diferentes. En la dirección del desarrollo tecnológico, la tendencia de desarrollo de la forja integrada de forjas de estructuras de carrocería de aeronaves avanzadas es notable.
Las partes del fuselaje son las partes clave de carga de los aviones, y los materiales de forja del fuselaje son principalmente aleación de aluminio y aleación de titanio. El fuselaje es una parte importante de la aeronave, es la base de fuerza de toda la aeronave, su estructura interna se compone principalmente de marco transversal y viga longitudinal. El marco espaciador se divide en marco ordinario y marco de refuerzo. El marco ordinario se utiliza para mantener la forma de la sección transversal del fuselaje. El marco de refuerzo también lleva la fuerza de masa y otras partes. La carga sobre la articulación se transmite a la estructura del fuselaje. La fuerza concentrada se difunde y se transmite a la piel del fuselaje.
De acuerdo con la Investigación sobre el mecanismo de deformación por mecanizado y la predicción de piezas estructurales integrales de aeronaves de aleación de aluminio, la proporción de aleación de titanio en aeronaves de alta maniobrabilidad aumenta significativamente, pero la aleación de aluminio se usa ampliamente en aeronaves civiles grandes. De acuerdo con la "Introducción al titanio para la construcción de aviones de combate avanzados", el fuselaje F-15 se puede dividir en tres secciones. Los principales materiales estructurales de la parte delantera, incluidos el radomo, la cabina y la bahía de equipos electrónicos, son de aleación de aluminio. Los tres marcos delanteros del extremo medio son de aleación de aluminio, los tres marcos traseros son de aleación de titanio y el extremo trasero tiene un diseño de aleación de titanio.
El ala y la cola proporcionan control de sustentación y dirección para la aeronave. Los materiales de forja del ala y la cola son principalmente aleación de aluminio y aleación de titanio. La función principal del ala es proporcionar sustentación a la aeronave. A menudo se utiliza para instalar el tren de aterrizaje, el motor y otros componentes. El interior se utiliza principalmente para almacenar el tren de aterrizaje principal o transportar combustible. La cola se utiliza principalmente para garantizar el equilibrio y la estabilidad longitudinal y transversal de la aeronave, así como para realizar el control longitudinal y de ruta de la aeronave. Los componentes internos del ala generalmente incluyen el SPAR longitudinal del ala, la viga, el alma y la nervadura transversal del ala, entre los cuales el SPAR del ala es el principal componente de tensión longitudinal del ala. Los materiales de forja del ala son principalmente aleación de aluminio y aleación de titanio. Los aviones militares avanzados utilizan principalmente piezas forjadas de aleación de titanio. Según Titanium Overview for Advanced Fighter Structure Manufacturing, la viga delantera, el eje del rotor de cola plano, la viga longitudinal inferior, el soporte del motor y la junta de cola del ala F22 son forjados de aleación de titanio.
La estructura interna del tren de aterrizaje es compleja y el material de forja del tren de aterrizaje es principalmente acero de ultra alta resistencia. El tren de aterrizaje es una de las partes estructurales principales de una aeronave, que se utiliza para planear, planear, moverse y estacionar en tierra o agua durante el despegue y el aterrizaje. El tren de aterrizaje de los aviones modernos es un dispositivo mecánico complejo que incluye un amortiguador, un pilar de fuerza, una rueda, un freno, un mecanismo de retracción y algunos otros sistemas. Con el aumento de la carga de los aviones modernos, también aumenta el tren de aterrizaje. Las piezas forjadas juegan un importante papel de apoyo en el sistema del tren de aterrizaje. Los materiales de forja del tren de aterrizaje son principalmente acero de alta resistencia. De acuerdo con "Estado de la aplicación y perspectiva del acero de ultra alta resistencia para trenes de aterrizaje de aviones", más del 95 por ciento del tren de aterrizaje de aviones del mundo está hecho de acero de ultra alta resistencia.
Los materiales compuestos avanzados para helicópteros son ampliamente utilizados, y las piezas de forja del cuerpo principal son el tren de aterrizaje y las piezas de transmisión. Los materiales compuestos se han utilizado ampliamente en helicópteros desde la década de 1970, inicialmente se utilizaron en mecanismos secundarios como el revestimiento y se utilizaron ampliamente en componentes estructurales principales como el marco y el larguero después de la década de 1990. De acuerdo con la Aplicación y Desarrollo de Materiales Compuestos en Helicópteros, el helicóptero de transporte táctico NH-90 consume un 95 por ciento de materiales compuestos, y solo la plataforma de la cabina de potencia y el mamparo todavía están hechos de piezas metálicas. El rango de aplicación de las piezas forjadas en el cuerpo del helicóptero es pequeño, principalmente para parte del sistema del rotor del helicóptero (incluidos el eje, las piezas centrales y los conectores) y el tren de aterrizaje, entre los cuales las piezas centrales del buje del helicóptero grande pertenecen a las piezas forjadas súper grandes, el material es principalmente aleación de titanio.
3. Forjas de motores: estructura diversificada y amplia distribución, enfatizando la aplicación de materiales difíciles de deformar
Las piezas forjadas se utilizan ampliamente en motores aeronáuticos, que desempeñan principalmente el papel de rodamiento, transmisión y contención. Debido a que la forja puede mejorar significativamente el rendimiento de los materiales metálicos, las piezas forjadas se utilizan ampliamente en motores aeronáuticos, que se pueden dividir en extremo frío, extremo caliente y accesorios de acuerdo con las piezas de aplicación, y disco, anillo (incluida parte de la carcasa), eje , forjados de palas y piezas estructurales de pequeño y mediano tamaño según diferentes procesos y formas. Debido al uso de materiales refractarios en motores aeronáuticos, surge la tecnología de forjado en matriz isotérmica.
Los anillos de los motores aeronáuticos son de muchos tipos y están ampliamente distribuidos, incluidos el anillo exterior guía, el borde de instalación de la camisa de la cámara de combustión y el borde de instalación de la camisa, el borde de instalación del postquemador, el anillo de sujeción, el medio anillo interior delantero y trasero, el bloque del medio anillo interior del estator, el anillo de sellado, El anillo de sellado entre etapas, el anillo de sellado interno, el anillo de laberinto central, el anillo de laberinto externo, etc., desempeñan principalmente el papel de rodamiento, sellado, fijación y conexión de acuerdo con diferentes partes. Que soportan la fuerza axial y desempeñan el papel del anillo, como la elección de forjado libre o anillo laminado, las condiciones de alta temperatura y alta velocidad del anillo son principalmente forjado en matriz. Anillos forjados materiales comúnmente utilizados para acero inoxidable, acero para muelles, superaleaciones, aleaciones de titanio.
La carcasa del motor es una importante estructura de soporte, transferencia de fuerza y contención. Las carcasas de motor se pueden dividir en carcasas anulares y carcasas de caja de acuerdo con sus formas, entre las cuales las carcasas de caja son en su mayoría piezas en bruto fundidas debido a sus formas complejas. La carcasa anular incluye la carcasa de entrada de aire, la carcasa del ventilador, la carcasa del compresor, la carcasa de la turbina, etc., que es el componente de soporte de carga del motor y se usa ampliamente en la forja de espacios en blanco. Los materiales de forja de la carcasa del anillo del motor incluyen aleación Al-Mg, aleación de titanio y superaleación. Las cajas hechas de aleación Al-Mg son en su mayoría estructuras integrales o de lados abiertos con el mismo diámetro y un gran espesor de pared, que son pesadas y complicadas en el flujo del proceso. Las carcasas hechas de aleación y superaleación de titanio son en su mayoría carcasas de anillo integral o de lados abiertos con una estructura soldada de pared delgada, que son livianas, poco rígidas y difíciles de procesar.
Las piezas forjadas del disco del motor son principalmente disco de ventilador, disco de compresor y disco de turbina, y los materiales son principalmente aleación de titanio y superaleación deformada. Los motores aeronáuticos contienen una gran cantidad de piezas de disco, la mayoría de las cuales son piezas forjadas. Como piezas giratorias, funcionan bajo alta temperatura, alta presión y carga alternativa durante mucho tiempo, lo que tiene altos requisitos en el proceso de forjado y los materiales. De acuerdo con el "Manual de fabricación de aviación", la velocidad de trabajo de las piezas del disco es superior a 10000r/min, y la temperatura de trabajo del disco de la turbina es de 500-800 grados. Temperatura de funcionamiento del disco del compresor 0-430 grados . La forja de disco de motor se puede dividir en forja de disco de ventilador, disco de compresor y disco de turbina según las diferentes partes de la aplicación. Los materiales comunes del disco del compresor incluyen aleación de aluminio de alta resistencia, aleación de titanio y superaleación a base de níquel. Algunas piezas forjadas de discos se utilizan para el procesamiento de todo el disco de cuchillas. El disco de la turbina está hecho principalmente de superaleación deformada. El disco turbo de superaleación en polvo forjado mediante tecnología de prensado isostático en caliente se ha utilizado ampliamente en nuevos motores aeronáuticos.
Las palas forjadas se utilizan principalmente en ventiladores de motor y compresores. Los materiales son principalmente aleación de titanio, aleación de aluminio y superaleación. El álabe del motor aeronáutico tiene muchos tipos, gran cantidad, forma compleja y requisitos de alto rendimiento del material. Según el "Manual de fabricación de aviación", la carga de trabajo de fabricación de palas representa más del 30 por ciento del trabajo total de fabricación de motores, y el moldeado de palas juega un papel importante en la fabricación de motores. La forja de cuchillas pertenece a las piezas forjadas de eje largo, que se utilizan principalmente en ventiladores y compresores. De acuerdo con la asignación de mecanizado de un solo lado de la superficie del perfil de la hoja, se puede dividir en hoja de forja de troquel normal, hoja de forja de troquel residual pequeña, hoja de forja de semiprecisión y hoja de forja de precisión. Los materiales de las hojas de forja en matriz incluyen acero inoxidable, aleación de aluminio, aleación de titanio y superaleaciones, y los materiales de las hojas de forja de precisión incluyen principalmente aleación de aluminio y aleación de titanio.
La pérdida de forja del eje del motor es rápida, según la función se puede dividir en eje del compresor de alta presión, eje del compresor de baja presión, eje del ventilador, eje de vórtice de alta presión, eje de vórtice de baja presión, etc., según la configuración del eje se puede dividir en eje largo hueco, eje del eje del diario, eje del tambor. El blanco de las piezas del eje se fabrica principalmente mediante un proceso de forjado, que es de tamaño relativamente grande y tiene las características de sección transversal variable de varias etapas, y requiere alta resistencia y tenacidad. Las piezas forjadas principales del eje del motor aeronáutico son aleación de alta temperatura y acero de alta resistencia, y el material del eje trasero de la turbina de alta presión es principalmente aleación de alta temperatura de deformación.
Hay muchos tipos y una amplia distribución de componentes pequeños y medianos en el motor, que se caracterizan por el hecho de que la producción no necesita grandes equipos, y el número de piezas individuales del motor es grande pero el número es pequeño. Los componentes pequeños y medianos cuyos espacios en blanco son forjados en matriz o forjados libres incluyen pistones y componentes, soportes de rodamientos, piezas de sellado (incluidos manguitos de sellado de aire y aceite), conectores (como acoplamientos, etc.), soportes de soporte (motores de conexión y aeronave), conectores móviles, piezas de conmutación (como el asiento de conmutación de la bomba hidráulica), carcasa de la boquilla, etc. .
