过去,当设计一个新的军事喷气式战斗机,性能和功能优先于成本。然而,随着冷战的结束,国防承包商发现成本和可生产性设计方程成为主要因素。 激光成形是帮助客户减少交货期和成本在大型钛结构组件通过使用激光金属沉积过程(图1)。Lasform是基于“艺术”概念,即直接从客户的一部分是由CAD文件使用顺序分层的过程。部分完全致密的产生,需要最少的加工性能和成本,满足客户的要求。
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图1所示。的部分类型的例子可以通过激光成形。 |
传统的成形技术今天的现代战斗机包含大量的结构组件由高科技Ti-6A1-4V等航空航天钛合金,ti - 6 - al - 2 - sn - 4 - zr - 2 - mo - 0.8 - si, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-l0V-2Fe-3Al Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn。因为装货要求和尺寸和重量的限制,通常需要使这些组件整体。为了做到这一点,有必要把它们作为单一组件或机器的大型钛坯。 铸造铸造可以产生许多这些组件net-shape附近,只需要最小的精加工。许多最近的熔模铸造技术的发展允许复杂的组件,它只能作为组合装配之前。好处包括节省成本和重量和整体性能增强。尽管有这些优势,铸造有限的可以容纳的几何类型,因为它是限制高宽比和截面厚度的变化。铸件也容易受到缺陷形成的孔洞和夹杂物,两者都可能导致髋关节或昂贵的修理周期的必要性。最后,大组件工具成本很高,工具本身需要很长的时间。最后这两个因素往往为大型铸件的原型零件和小型生产运行。 加工另外,加工不需要工具原型零件,大大降低成本和有限的生产运行。加工大型钛结构组件的缺点是可怜的材料利用率,显著的刀具磨损,周转时间长。例如,一个典型的飞机结构部件由一个大型网络区域加上法兰和加强墙壁,基本上rib-on-plate结构。这种类型的几何提供了必要的强度和刚度,同时保持体重减到最少。之一,然而,生产这些组件从一个块的材料需要移除的超过90%的原始股票,需要大量的时间。 为了减少材料浪费和处理时间,锻造被用来创建接近最后一部分的加工预先形成的形状。锻造的好处影响微观结构,从而提高一定的力学性能。自相矛盾的是,尽管如此,材料利用率的加工顺序,因为大多数的材料丢失锻造flash或加工。回车场乘以仍然相对较长,因为钛必须锻造和热处理在几个重复的周期。添加到这个事实对于大多数钛合金,高温锻造必须执行,大大提高加工和模具成本。 Lasform过程Lasform过程是为了解决这些问题,同时保持质量和满足设计要求。Lasform采取相反的方法加工,材料是添加,而不是删除。near-shape几何使用激光沉积过程,建立图2,然后加工最终的尺寸。这个过程包括使用高功率有限公司2激光融化在一起的衬底和粉沉积。部分是建立的沉积过程,并与激光使用数控控制移动。数控系统遵循一个刀具轨迹生成的直接从三维实体模型。图3说明了设备使用。2020欧洲杯下注官网这个过程发生在一个惰性气体室保护熔融材料从空气的影响。通常使用氩,氧含量低于50 ppm。这导致porosity-free材料具有优良的力学性能。
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图2。Lasform过程。 |
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图3。2020欧洲杯下注官网设备用于Lasform过程 |
Lasform过程的优点潜在的节省时间和材料的最佳描述是通过使用一个通用的舱壁结构的例子用于机身。这些项目使用rib-on-plate设计提供强度在低体重。铸造这一部分是极其困难的,因为它的大小和形状。这需要一个复杂的控制和立管系统,将容易翘曲和内部缺陷的形成,而且需要全面测试几个部分。
加工一块坚硬的部分材料需要钢坯被一只脚八英尺长四英尺高,体重超过3600公斤。加工后95%的原始股票,最后一部分将体重只有180公斤,而芯片在地板上,当扫起来,几乎集体重3.5吨。 Laserforming显著减少废物的数量只通过建立必要的几何。的舱壁,肋骨和法兰组成的最后一部分重量的50%,约90公斤。平板将用于网络,和大约112公斤的材料选择性沉积创建肋骨和法兰。多余的材料,大约22公斤,将加工生产完成的部分。这将使材料浪费在15%以下。高沉积速率加上减少加工过程,给回车场*周订单的一部分,而不是几个月。 Lasform过程的好处是能够创建几乎任何大小的部分。对于其他制造方法,随着部分变得非常大,如f - 22猛禽战斗机的主要贯彻舱壁,成本和风险显著增加,而可生产性显著减少。 铸造是有限的规模,部分原因我们已经提到的,还因为缺乏臀部熔炉足够大来容纳这样的很大一部分。加工这部分的大小是非常昂贵和费时,和锻造变得非常昂贵,因为生产成本的一个大型的冲压模具。Laserforming,另一方面,没有大小限制。没有在底层的物理过程,将限制部分大小的最大值。这个过程是完全可伸缩,从一小部分只有克重几吨重的部分。 Lasform过程的另一个优点是客户可以轻松集成到一个设计和制造的过程。客户仅仅供应CAD三维实体模型的一部分。一部分项目,从CAD模型直接生成使用现成的CAD软件,直接下载到Lasform系统和部分。然后检查,热处理和精加工运往客户和安装。 Lasform过程的局限性并不是所有的组件和材料服从Lasform过程。欧洲杯足球竞彩许多地方太复杂,超出了目前的技术能力。同时,组件由更少的合金可以产生更多的成本有效地使用传统的制造工艺。最后,很大一部分的高科技航天合金被认为是unweldable。 欧洲杯足球竞彩材料适合Lasform过程钛合金Lasform过程非常适合,因为他们中的大多数是高度可焊。他们也困难,使用其他方法更昂贵的过程。此外,大量的钛的简单几何结构组件适合Lasform技术的当前水平。 因为Lasform是一个分层的过程,依赖于局部熔化和凝固的物质沉积,产生的微观结构类似于铸造的。然而,由于冷却和凝固率数量级高于铸造、组织更细。这种能力来创建一个细微观结构给Lasform Ti-6-4力量,造成材料的延性和抗裂纹萌生,同时保持了较高的断裂韧性和疲劳裂纹扩展阻力的铸造材料。表1显示了一些典型材料的力学性能。 表1。典型机械性能Lasform Ti-6Al-4V。
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极限抗拉强度(MN.m2) |
830 - 900 |
屈服强度(MN.m2) |
900 - 1000 |
延伸率(%) |
10 - 15 |
断裂韧性(MN.m3/2) |
75 - 110 |
热处理后对于大多数钛合金、热治疗决定机械性能起到至关重要的作用。热处理通常用于实现特定于应用程序的特性。Lasform钛对热处理以同样的方式作为传统的钛。因此,客户可以指定相同的热处理通常会使用不需要新的发展。 总结质量和性能结合的成本和交货时间减少使Lasform一个有吸引力的替代传统的制造方法。方便的电子数据传输和三维实体建模的力量让这个过程很容易和无缝集成到今天的设计和生产流程。最终的结果是一个过程,过程能力在降低成本,同时又不牺牲质量或性能。 |