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??當我們在博物館看著后母戊鼎、四羊方尊等商周青銅器時,常常會好奇,這樣精美絕倫的瑰寶是怎么制造出來的呢?實際上,這些都是鑄造而成的,中國人早在2500年前就已熟練掌握青銅器的鑄造工藝。

??如今,鑄造在汽車、航空等領域的應用十分常見,被譽為現代制造業的基石,是許多高端設備制造的核心工藝之一。在航空發動機研制中,鑄造技術應用十分廣泛,大到航空發動機上的主機匣、附件機匣等,小到渦輪盤、葉片等,都是通過鑄造毛坯件加工成型而來。航空發動機上的鑄造件價值約占整機價值的40%,其重要性不言而喻。

??鑄造工藝主要可以分為砂型鑄造、金屬型鑄造和壓力鑄造等。鑄造技術看似簡單,卻對最終產品的強度、耐磨性和精度有著極大的影響。

??航空發動機鑄件中機匣件占比最大,那么如何確保這類大型鑄件的質量和一致性呢?具有成本低廉、生產效率高、適應性強等特點的砂型鑄造技術就顯得非常適配。

??首先對機匣零件進行分型、工藝規程設計,然后制造砂型和砂芯,組合模具,最后將熔體倒入模具中冷卻成型,這樣便能獲得所需的鑄件。

??砂型鑄造時,砂型需要一個個捏制,制作模具的砂子也往往是一次性的。如果要獲得大批的、高精度的鑄件,例如航空發動機漲圈等,砂型表面就太粗糙了,一個一個捏砂型效率也過于低下。此時可以設計一個金屬模具,將熔體倒進去,冷卻后再取出,便可實現反復使用,這就是金屬型鑄造。

??那對于強度、精度要求更高的葉片該怎么辦呢?航空發動機渦輪葉片的鑄造有耐高溫、高強度、輕量化、高精度等多個方面的要求,為滿足這些苛刻條件,我國在上世紀60年代就開展了單晶鑄造葉片研究,取得了顯著的成績。

??在航空發動機批量生產前,需要進行數萬小時的零件部件試驗,持續改進優化設計方案。難道每改進一次,就要為其打造一個金屬型模具嗎?不,這太浪費了。我們可以用3D打印技術制作模型,就像搭積木一樣可以DIY,每改進一次,就打印一個對應的砂型,周期短、靈活性高,還能有效降低試制成本。

??隨著人工智能、3D打印、數字孿生等新技術的不斷涌現,航空發動機鑄造技術面臨著新的機遇。未來,航空發動機鑄件將朝著復雜化、高性能和長壽命趨勢發展,精密鑄造技術的應用將越來越廣,鑄件的精度和合格率將越來越好,生產效率也將越來越高。