1鋁合金鑄造成型技術(shù)在美國導(dǎo)彈制造中的典型應(yīng)用

　　以薄而輕、高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)獲得最高的總體性能是導(dǎo)彈設(shè)計(jì)所追求的目標(biāo)。國外在導(dǎo)彈等產(chǎn)品的制造中廣泛應(yīng)用鑄造技術(shù)生產(chǎn)精密薄壁鑄件，使用計(jì)算機(jī)對鑄造過程進(jìn)行自動檢測、監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理，鑄造工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制嚴(yán)格。

　　1982年開始批量裝備美國空軍戰(zhàn)機(jī)的AGM－86B空對地戰(zhàn)略巡航導(dǎo)彈（尺寸6.36m×Φ0.7m，重1430 kg），其彈體和發(fā)動機(jī)(發(fā)動機(jī)自主創(chuàng)新成果顯著)燃料箱由美國鋁業(yè)公司采用鋁合金鑄造技術(shù)制造完成［3］。該導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)件的80％采用精密鋁合金鑄造工藝，與原來采用鋁合金模鍛件并焊接的工藝相比，生產(chǎn)每枚導(dǎo)彈的成本降低了約30％。

　　AGM－86B導(dǎo)彈彈體艙段屬于大口徑薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，它通過采用9個大型整體砂型鋁鑄件（代替原來的44個鋁模鍛件）經(jīng)過少量機(jī)加并焊接組合而成。AGM－86B導(dǎo)彈的渦扇發(fā)動機(jī)燃料箱是彈上結(jié)構(gòu)最大、最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，有著嚴(yán)格的尺寸精度要求與高的承壓性和密封性要求，其鑄件由4個A357－T6鋁合金材料的大型鑄件構(gòu)成，鑄件的厚度很薄，僅為3.3±0.7mm.在鑄造成型過程中，使用了40多個組合型芯，幾百塊不同材質(zhì)的“冷鐵”（鐵、銅、鋁塊），并將某些“冷鐵”嵌入型芯，還用了許多不許有位移和變形的大型夾具和工裝。所生產(chǎn)出的鑄件，其力學(xué)性能滿足技術(shù)規(guī)定要求。

　　測試還表明，時效時間對A357鋁合金鑄件（砂型鑄造，固溶處理，176.7℃下時效，T6回火熱處理）力學(xué)性能具有一定的影響（1）。時效溫度對A357鋁合金鑄件（砂型鑄造，固溶處理，時效6h，T6回火熱處理）力學(xué)性能也有一定的影響（2）。所生產(chǎn)的A357－T6鋁合金精密鑄件，不但能通過螢光滲透、X射線探傷和氮滲漏等嚴(yán)格的測試，而且能夠保證AGM－86B巡航導(dǎo)彈燃料箱盛滿油后10年內(nèi)不會滲漏。

　　由美國麥道公司研制的?；汀安饿L叉”亞音速飛航導(dǎo)彈（尺寸4.58m×Φ0.344m，重681kg，見1），其渦噴發(fā)動機(jī)薄壁進(jìn)氣道精密構(gòu)件及鋁合金控制舵也是由美國鋁業(yè)公司鑄造生產(chǎn)的。美國著名的超音速地對空“愛國者”戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈（尺寸5.13m×Φ0.41m，重1000kg），其控制艙尾段是用A356－T6鋁合金（相當(dāng)于ZL101）鑄造而成的。美國?；汀叭骊瘛睉?zhàn)略導(dǎo)彈（尺寸10.36m×Φ1.88m），其儀器艙是用7075－T6鋁合金鑄造而成的。

　　A360鑄鋁合金（相當(dāng)于ZL104）用于制造了某小型反坦克導(dǎo)彈的陀螺殼體和舵機(jī)的氣缸體。

　　ZL101、ZL104鑄鋁合金在國內(nèi)彈體等耐壓艙體的制造上也有所應(yīng)用。

　　2某耐水壓鋁合金精密艙體砂型差壓鑄造的成型過程

　　差壓鑄造（反壓鑄造或反重力鑄造）的特點(diǎn)是液態(tài)金屬在逆重力條件下受控地自下而上進(jìn)入鑄型并充滿型腔，能夠使金屬熔流快速凝固，結(jié)晶條件優(yōu)越。

　　差壓鑄造設(shè)備工作環(huán)境壓力是低壓鑄造的4￣5倍，所生產(chǎn)的鑄件與低壓鑄造生產(chǎn)的相比：鑄件金屬晶粒細(xì)小，組織致密性好，鑄造缺陷少，機(jī)械性能高（能使抗拉強(qiáng)度增加20％左右，伸長率最大提高約70％），加工切削工藝性好，鑄件合格率達(dá)到85％以上。例如，與低壓鑄造相比，差壓鑄造可使ZL104－T6鑄件的強(qiáng)度增大8.3％，伸長率提高1.5倍。某種大口徑薄壁結(jié)構(gòu)耐水壓鋁合金艙體產(chǎn)品，是由幾段圓筒形殼體和收斂曲線形殼體等對接總裝而成的。圓筒殼體采用典型的網(wǎng)格式內(nèi)筋柱殼結(jié)構(gòu)型式（2），收斂曲線殼體內(nèi)壁分布有若干不同大小的圓形安裝凸臺。艙體殼體的壁厚很?。ū诤瘢睆剑?.5／1000￣11.5／1000，長度／直徑＝1.49），對尺寸精度高和表面質(zhì)量要求高（要求壁面光潔、壁厚均勻，內(nèi)壁非加工鑄面直徑公差不超過±1.5mm，有關(guān)縱筋方位公差±20′、凸臺中心位置公差±2mm等），對殼體的耐壓穩(wěn)定性和密封性要求嚴(yán)格。

　　根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求等因素，綜合分析選定了艙體的制造材料和制造工藝。選擇具有很好澆鑄流動性與抗鹽霧腐蝕能力等優(yōu)點(diǎn)的某鋁硅系鑄造鋁合金材料，采用砂型差壓鑄造方法澆鑄經(jīng)T5狀態(tài)熱處理形成艙體殼體鑄件，再對鑄件兩端和外表面進(jìn)行適量機(jī)械加工，從而形成耐水壓精密薄壁艙體殼體。鑄造過程重點(diǎn)保證鑄件內(nèi)部質(zhì)量以提高組織致密性，重點(diǎn)保證內(nèi)壁鑄面尺寸精度，以提高殼體壁厚的均勻一致性。每件鑄件必須通過100％X射線探傷，保證內(nèi)部組織質(zhì)量不低于C級。

　　根據(jù)艙體殼體圖紙、技術(shù)要求和鑄造方法，依據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，制定了詳細(xì)的鑄造工藝方案和生產(chǎn)工藝流程，編制了鑄件生產(chǎn)用圖與檢驗(yàn)驗(yàn)收技術(shù)條件。

　　以下為技術(shù)要求和注意事項(xiàng)：

　　（1）差壓鑄造設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制，能夠自動檢測鑄造過程參數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；（2）精心設(shè)計(jì)鑄造模具與相應(yīng)工裝夾具和專檢工具，合理確定分型面、澆鑄流道和拔模斜度等；（3）選擇優(yōu)質(zhì)的樹脂砂，準(zhǔn)確安裝固定模具活塊防止錯型對中不準(zhǔn)；（4）擺放分布“冷鐵”位置適當(dāng)尤其在結(jié)構(gòu)應(yīng)力易集中處；（5）砂型緊實(shí)穩(wěn)定，涂料涂覆勻薄，使表面光順；（6）合理選定差壓鑄造設(shè)備工作控制參數(shù)，如差壓設(shè)定值約0.07MPa、保壓時間約7min、澆鑄溫度約700℃等；（7）確定好鑄件澆鑄與打箱時間間隔（約4h），嚴(yán)格按熱處理狀態(tài)和規(guī)范對鑄件進(jìn)行熱處理強(qiáng)化；（8）對回爐料的添加量和周轉(zhuǎn)時間嚴(yán)格控制；添加前，回爐料需認(rèn)真清理干凈，防止因夾帶砂粒和存在氧化皮等雜質(zhì)而使熔煉后鋁液純度降低或鑄件產(chǎn)生夾渣超標(biāo)等缺陷問題；（9）對模具定期進(jìn)行尺寸檢查和表面清理。

　　經(jīng)測定，生產(chǎn)出的鑄件其附鑄件的力學(xué)性能為Rm＝290￣330MPa、A＝5％￣11％、HB＝91￣101，滿足標(biāo)準(zhǔn)HB963－90和標(biāo)準(zhǔn)CB884－83相應(yīng)規(guī)定要求，其化學(xué)成分化驗(yàn)結(jié)果也滿足要求，組織探傷合格率達(dá)85％。

　　在艙體鑄件轉(zhuǎn)入適量機(jī)加前，進(jìn)行一定的振動時效處理，進(jìn)一步使鑄件內(nèi)應(yīng)力得以降低釋放。殘余應(yīng)力的存在是不利于結(jié)構(gòu)的機(jī)械精度和尺寸的穩(wěn)定的。

　　艙體殼體鑄件的適量機(jī)械加工是在數(shù)控機(jī)床上完成的，重點(diǎn)保證了殼體結(jié)構(gòu)床上加工少變形與床下變形不超標(biāo)，同時還保證了外表加工面與內(nèi)壁非加工面之間壁厚的均勻一致性以及內(nèi)外圓的同軸度。機(jī)加完的艙體殼體即使發(fā)現(xiàn)有缺陷也不允許做補(bǔ)焊或浸潤處理，對每一件殼體都進(jìn)行了嚴(yán)格的水壓檢查試驗(yàn)，滿足耐壓性和水密性規(guī)定要求的為合格殼體。將合格的圓筒殼體和曲線殼體的相應(yīng)端面以一定的方式密封聯(lián)結(jié)，并在其內(nèi)安裝上電器系統(tǒng)，加裝封頭調(diào)試，通過后即形成了某耐水壓精密薄壁鋁合金艙體產(chǎn)品。

　　3結(jié)語

　　在滿足產(chǎn)品使用功能、可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性等基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)原則和方法，采用先進(jìn)制造和裝配工藝技術(shù)，并充分利用材料的機(jī)械力學(xué)性能，能夠使耐壓艙體的設(shè)計(jì)制造做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和重量輕。同時，設(shè)計(jì)中注意解決好結(jié)構(gòu)重量優(yōu)化與生產(chǎn)工藝性保證之間可能發(fā)生的矛盾，充分考慮實(shí)際的生產(chǎn)加工能力以提高產(chǎn)品的可加工性和經(jīng)濟(jì)性。

　　美國、俄羅斯、英國等發(fā)達(dá)國家輕合金精密鑄造成型技術(shù)在國防工業(yè)應(yīng)用廣泛，其制造技術(shù)包括裝備設(shè)施、工藝方法和檢測手段世界領(lǐng)先，生產(chǎn)過程產(chǎn)品質(zhì)量控制嚴(yán)格。國外差壓鑄造設(shè)備壓力罐直徑最大達(dá)到2m，可用于大型復(fù)雜產(chǎn)品的精密薄壁耐壓艙體的鑄造成型。

　　國內(nèi)采用差壓鑄造和調(diào)壓鑄造等成型技術(shù)，能夠鑄造出機(jī)械力學(xué)性能好、致密度比較高的鋁合金、鎂合金和鈦合金耐壓艙體和耐壓容器等薄壁空間結(jié)構(gòu)件。

　　在鑄件組織致密性、尺寸精度和檢測技術(shù)以及鑄造工藝優(yōu)化等方面，還需要不斷研究提高。砂型鑄造中應(yīng)注意將影響產(chǎn)品質(zhì)量的有關(guān)重要因素控制好，盡量做到：液體金屬對鑄型的充填要平穩(wěn)而無紊流，熔流凝固的起始位置和方向要合適，保證液體金屬有良好的流動性，采用變形最少的熱處理規(guī)程等。熱處理后的鑄件應(yīng)采取振動時效處理等措施進(jìn)一步釋放其內(nèi)應(yīng)力，以更利于適量機(jī)加精度的保證和尺寸穩(wěn)定性的保持。

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