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航发科普丨炫酷的造型从何而来

文摘 2024-11-09 17:13 湖南

当我们在博物馆看着后母戊鼎、四羊方尊等商周青铜器时，常常会好奇，这样精美绝伦的瑰宝是怎么制造出来的呢？实际上，这些都是铸造而成的，中国人早在2500年前就已熟练掌握青铜器的铸造工艺。

如今，铸造在汽车、航空等领域的应用十分常见，被誉为现代制造业的基石，是许多高端设备制造的核心工艺之一。在航空发动机研制中，铸造技术应用十分广泛，大到航空发动机上的主机匣、附件机匣等，小到涡轮盘、叶片等，都是通过铸造毛坯件加工成型而来。航空发动机上的铸造件价值约占整机价值的40%，其重要性不言而喻。

铸造工艺主要可以分为砂型铸造、金属型铸造和压力铸造等。铸造技术看似简单，却对最终产品的强度、耐磨性和精度有着极大的影响。

航空发动机铸件中机匣件占比最大，那么如何确保这类大型铸件的质量和一致性呢？具有成本低廉、生产效率高、适应性强等特点的砂型铸造技术就显得非常适配。

首先对机匣零件进行分型、工艺规程设计，然后制造砂型和砂芯，组合模具，最后将熔体倒入模具中冷却成型，这样便能获得所需的铸件。

砂型铸造时，砂型需要一个个捏制，制作模具的砂子也往往是一次性的。如果要获得大批的、高精度的铸件，例如航空发动机涨圈等，砂型表面就太粗糙了，一个一个捏砂型效率也过于低下。此时可以设计一个金属模具，将熔体倒进去，冷却后再取出，便可实现反复使用，这就是金属型铸造。

那对于强度、精度要求更高的叶片该怎么办呢？航空发动机涡轮叶片的铸造有耐高温、高强度、轻量化、高精度等多个方面的要求，为满足这些苛刻条件，我国在上世纪60年代就开展了单晶铸造叶片研究，取得了显著的成绩。

在航空发动机批量生产前，需要进行数万小时的零件部件试验，持续改进优化设计方案。难道每改进一次，就要为其打造一个金属型模具吗？不，这太浪费了。我们可以用3D打印技术制作模型，就像搭积木一样可以DIY，每改进一次，就打印一个对应的砂型，周期短、灵活性高，还能有效降低试制成本。

随着人工智能、3D打印、数字孪生等新技术的不断涌现，航空发动机铸造技术面临着新的机遇。未来，航空发动机铸件将朝着复杂化、高性能和长寿命趋势发展，精密铸造技术的应用将越来越广，铸件的精度和合格率将越来越好，生产效率也将越来越高。

文字：肖建飞

符文娅

校对：黄静

责编：李泽林

核稿：焦静波

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