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作者：李德成 李玉胜 冯志军 李巨文
0 前言
出于自身安全利益的需要国家或民族之间投入庞大经费所开展的军备研发竞赛过去是在可预
见的将来也将是人类社会进步的主要动力之一
在许多大型装备上要用到大型复杂的零部件军方总是倾向于选用最经济快捷可靠的成型技
术为了制造这些另部件机械加工组合焊接精密模锻粉末冶金铸造等各种成型技术之间开展
了激烈的竞争今天可以十分肯定的说在这场竞争中铸造成型技术取得了胜利计算机极大的推
动了铸造成型技术的进步实现了许多大型复杂另部件的优质快速经济特别是整体铸造成型过去
的二十几年间整体铸造成型技术在军事工业领域取得了令人匪夷所思的成就
本文介绍了美国整体铸造技术产品在武器装备上的应用作为对比也回顾了我国整体铸造技术的
进展
1 美国的整体铸造技术产品
在20 世纪80 年代整体铸造技术产品在美国国防领域就已得到较为普遍的应用
1.1 舰载武器
图1 中巨大的U 型部件为美国海军的火炮发射塔原设计为许多零部件的组合结构后通过计
算机优化设计成为一个整体铸件轮廊尺寸6 6 6ft 壁厚仅为1/4in 的(约6mm) 铸件重量1200
镑109 个芯子组合成型材质为高强铸造铝合金A356 严格的检验表明整体铸件完全满足设计要求
已生产数百套产品装备海军
1.2 航空器
图2 为美国军用大型宽体运输机的压气机匣原为27000 个机加零件组合焊接而成改为整体铸造
后通过熔模精密铸造成型仅用两个部件组合焊接
图 1 美国海军火炮发射塔 图 2 大型宽体军用运输机压气机匣
美国空发射巡航导弹的油箱图3 经过八年的攻关努力取消了由28 个机加件制造的油箱而
改为用四个高强铸造铝合金件制造导弹油箱仅此一项即节省费用30%
1.3 车载武器系统
美国车载武器155MM 榴弹炮武器系统有一个罩形制动器为关键零部件重量要求严格检验规
范苛刻样件为锻件组合件改为整体铸造后产品质量全部满足或高于规范要求不仅如此每件可
节约成本1500美元业已批量供应10000 套节约了15,000,000 美元在罗兰防空导弹系统上图4
一个防护罩铸件保护电子系统的搜寻和导航使罗兰防空导弹系统具有全天候低空防御能力原设计为
复杂的组合件结构为了实施多重焊接需要极其复杂的焊接夹具改为整体铸造后零部件数量由38
个减为6 个减少了30 道独立的焊接工序
图 3 美国空发射导弹及其油箱铸件
图4 车载武器
由此可见 在美国武器装备的研制方面为了提高武器装备的可靠性降低成本缩短周期只要
有可能就力争采用零部件的整体铸造成型
2 我国整体铸造技术的进展
20 世纪80 年代中期我国开始研究大型复杂铸件的整体铸造成型技术最先起步的是我国的航空
工业以研究高性能航空发动机为契机开始了发动机关键复杂零部件的整体铸造成型技术研究发动
机上所用材质以高温合金和铸钢较多所以采用的工艺路线以熔模精密铸造为主
随后不久 我国就开始了军用大型复杂优质铝合金零部件的整体铸造成型技术研究经过我国铸造
工作者10 几年的艰苦努力取得巨大成就为国防武器装备提供了大量的优质铸件
2.1 舰载武器系统
图5 所示铸件为舰载武器系统部件之一轮廓尺寸3800mm 2285mm 2620mm 净重2.7t 内
部结构复杂采用砂型工艺由131 块芯子组合成型材质为A357
图 6 所示部件为舰载武器系统部件之二轮廓尺寸2430mm 2039mm 1420mm 筋条厚10mm
净重750kg 采用砂型工艺由172 块芯子组合成型材质为A357
图5 舰载武器发射系统部件之一 图6 舰载武器系统部件之二
2.2 地面武器系统
图7 为地面武器系统的铝合金部件前苏联为变形铝合金焊接结构我国材料科学和铸造工作者共
同努力用自主研发的高强铸造铝合金ZL107B 或ZL107A 采用砂型工艺铸造成型该铸件轮廊尺寸
3900mm 250mm 150mm 为超细长结构材料力学性能b 350Mpa 5 2% HBS 100
图7 地面武器系统铝合金部件
2.3 航空器
图8 所示产品为导弹油箱铸件轮廓尺寸400mm 1000mm 内部隔板厚3 0.5mm 净重40kg
采用砂型工艺铸造成型材质为A357 铸件本体性能达到b 320Mpa 5 5% 航空煤油打压1Mpa
不渗漏
图 8 导弹油箱A357 铝合金铸件
图9 所示产品为导弹伺服舱铸件轮廓尺寸1000mm 1000mm 最薄壁厚2.5mm 净重100kg
采用砂型工艺铸造成型材质为A357 铸件本体性能达到b 320Mpa 5 5% 图10 所示产品为
尾罩铸件轮廓尺寸2000mm 1000mm 最薄壁厚6mm 净重150kg 国外同类产品采用锻造和机
械加工制造我国采用高强度铸造铝合金ZL205A 用砂型工艺铸造成型铸件本体性能达到b
450Mpa 0.2 340Mpa 5 5%
上述大型复杂零部件整体铸造成型的成功实现为国防武器装备的研制极大的缩短了研发周期
节约了经费开支提供了性能优良的产品在制造技术方面也为高性能武器装备的设计提供了可靠的
技术保障同时上述产品的制造成功标明我国在整体铸造技术方面达到国际先进水平
图9 导弹伺服舱A357 铝合金铸件 图10 尾罩ZL205A 铝合金铸件
3 结论
整体铸造成型技术的产品由于具有其他成型工艺无法比拟的价格周期和质量优势在美国的武器
装备上早已得到广泛的应用在大型复杂零部件的制造方面只要可能就力争采用整体铸造成型我
国20 世纪80 年代中期在研制航空涡轮发动机时比较明确提出了整体铸造技术的概念并开展了研发工
作到今天为止已成功实现许多大型复杂关键零部件的整体铸造成型取得了巨大成就为国防建设
做出了贡献尽管要使我国的整体铸造成型技术在军事工业领域的应用达到美国的普及程度尚须很
多工作包括设计人员和军方的认识及铸造技术本身水平的提升但是可以肯定的说在整体铸造成
型技术的不少方面我们已经达到国际先进水平 |
