強力旋壓是一種能將金屬材料變形變薄的旋壓成形技術。因其加工出來的產品有著高強度、高硬度、高精度、低重量等特點,早已在我國航空航天制造領域取得了廣泛應用。最典型的應用就是飛機的各種零部件了。
在飛機上,各種機頭罩、副油箱、進氣道、氣瓶、拉桿、滑軌、作動筒都是采用旋壓成形的。在發動機上,螺旋槳槳帽、機匣、唇口、進氣錐、噴管、噴口等也有大部分是用旋壓成形工藝。這類零部件的結構復雜、原材料特殊、產品尺寸偏大,利用旋壓成形可提高結構部件的整體性,減少焊縫和零件變形,同時也縮減了手工校形的工作量。更重要的是,由于旋壓后材料的強度增加,可以降低零件的設計壁厚,從而降低整機的重量,提高了整機的可靠性。
以飛機的副油箱為例。副油箱一般長2~3m,傳統的制造工藝是先分瓣成形再焊接,分瓣的數量在6瓣以上。因此,整個副油箱的焊縫數量有十幾道,焊接變形大,還需要大量的校形工序,工作量大,制造周期長。此時,強力旋壓成形的技術優勢就體現出來了。將副油箱從中間分成左右對稱的兩部分,采用強力旋壓將厚板經兩次成形后再在中間焊接。如此一來,原來的十幾道焊縫減少為一道,大大提高了副油箱的精度和整體強度,降低了制造周期和工裝制造費用。
除了副油箱,飛機上還有各種球形或柱形的氣瓶。這些氣瓶工作壓力都很高,有些高達45MPa。為了滿足這個壓力要求而又要降低氣瓶重量,這些氣瓶都是采用金屬材料內襯外部纏繞復合材料的結構。金屬內襯有不銹鋼、鈦合金和鋁合金。球形和柱形氣瓶內襯的傳統制造方法是鍛造機加,即鍛造一個壁厚為30mm左右的筒形毛坯,經數控加工,最后零件的壁厚1.5~2.5mm。原材料的利用率約為3%,浪費嚴重且加工周期長,制造成本高。由于鍛造壁厚度大,內部組織經常出現不均勻等情況,機械加工又破壞了金屬纖維流向的完整性,降低了產品的疲勞壽命。采用旋壓成型后,板材毛坯經1~2次強力旋壓即可獲得所需要的形狀和尺寸,大大減少甚至取消了機械加工,提高了內襯產品壽命。對于柱形氣瓶,輔助以普通旋壓收口工藝,還可以做到氣瓶內襯的整體成形,整個氣瓶內襯取消了焊縫,材料利用率也可達90%以上。
航空航天能力是體現一個國家綜合國力的重要標志,強力旋壓技術的使用增強了航空材料的性能,為我國航天事業的發展做出了重要貢獻。