国外航空抗疲劳制造技术应用分析

没得比

　　世界机械制造技术经历了成形制造、表面完整性制造、抗疲劳制造技术三个主要发展阶段，每个阶段各有特征，逐步推动机械制造水平发展。

　　表面完整性制造已经帮助美欧等发达国家和地区形成了技术垄断，造就了一批航空制造领域巨头企业。航空制造巨头占有了世界利益市场的绝大部分，我国航空事业发展日益壮大，但限于先进制造技术水平，航空关键零部件制造水平不佳，无法满足我国现实需要。

　　飞机关键构件的失效模式主要为疲劳、腐蚀、超载等，其中疲劳为主要因素，而装备疲劳失效因素占据了飞机失事原因的20%以上。过往大量历史事件表明，一个小小零部件可能导致飞机折断，造成极为恶劣的损失。起落架、发动机叶片等关键构件是飞机、发动机的核心和基础，关键构件决定了飞机、发动机的性能与使用寿命。如果产品品质与可靠性得不到保证，必将被市场淘汰。

　　面临国外强势竞争与国内自主研发创新的旺盛需求，我国航空制造必须向抗疲劳技术进行实质转型。

　　国外航空制造巨头企业在材料、设计及工艺方面都采用了抗疲劳制造的核心观念，将三者在制造过程中进行了完美集成。

　　镍合金盘的发展显示了强度、耐损伤性和抗蠕变的组合在继续挑战材料工程师。罗罗公司开发的RR1000在高温性能表现方面具有显著优势。为了合金化学定义，罗罗公司选择运用相图建模方式来进行分析。RR1000材料组成如下(重量百分比)： 52.4 Ni、15 Cr、18.5 Co、5 Mo、3.6 Ti、3 Al、2 Ta、0.5 Hf、0.03 C。RR1000材料典型应用于叶盘，显著提高叶盘的抗疲劳性能。

　　新型伽马钛合金γ-TiAl将在航空发动机关键部件如涡轮叶片和叶盘应用方面扮演重要角色。由于高强度重比、高耐热性与低密度等性能，在高压压气机和低压涡轮方面，这类材料成为了最有可能替代镍基合金的最佳选择。

　　γ-TiAl GE 48-2-2用于GEnx航空发动机，制造低压涡轮的最后两级叶片，这属于γ-TiAl涡轮叶片在飞机发动机上的首次商业应用。

　　γ-TiAl属于典型的难加工材料。罗罗公司也对γ-TiAl合金零件加工制造进行了多年的研究验证，在制造加工过程中，加工表面完整性与提高抗疲劳性能是技术难点，也是未来技术热点。

　　阿古斯特·维斯特兰直升机公司已经成为芬梅卡尼卡集团旗下一员，该公司过去主要采用螺纹铣削、硬切削、及高速切削加工三种制造加工方式，这三种方式对疲劳寿命与表面完整性都产生不同的效应影响。对比分析疲劳寿命与表面完整性状况，Lynx 主旋翼头的制造过程中，螺纹铣削不适用，而选择了攻丝机;Sea King主旋翼传动轴的制造过程中，选择了车螺纹方式;AW159 Wildcat尾锥的制造过程中，传统精密加工的抗疲劳性能只是稍体现了优势。

　　表面改性技术是抗疲劳制造技术的核心。振动切削、高速铣削、磨削加工、喷丸强化和激光喷丸等工艺对表面完整性的影响是我国需要研究的内容，另外，建立加工关键零部件的表面完整性表征模型也是未来研究方向。激光喷丸能够将残余压应力植入零件的关键部位，提供防止裂纹生成发展并能增加零件疲劳强度，在提高疲劳寿命与抵抗应力腐蚀裂纹方面表现良好。

　　CWST激光喷丸技术能将激光光束会射向零件表面，生成7GPa的脉冲压力，并以冲击波的形式穿过零件，由此产生的残余压应力深入到普通喷丸的4倍深度以上。