增材再制造技術(shù)在某型航空彈裝置修理中的應(yīng)用

賈義政 卞超群

摘 要

航空彈射裝置是軍用戰(zhàn)斗機(jī)武器系統(tǒng)的重要部件，用于懸掛、運(yùn)載和彈射空空導(dǎo)彈。鑒于某型航空彈射裝置已超出規(guī)定的日歷壽命，目前已發(fā)現(xiàn)該型產(chǎn)品金屬件鍍層及基體腐蝕、承力件裂紋及非金屬件破裂等缺陷。針對(duì)修理過程中發(fā)現(xiàn)的上述問題，本文將介紹熱噴涂、激光熔覆焊和3D打印增材再制造技術(shù)在該型航空彈射裝置修理中的應(yīng)用，為航空類產(chǎn)品缺陷的修理提供思路和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞

熱噴涂;激光熔覆焊;3D打印;航空修理

中圖分類號(hào)： TG665;TG662 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 42

Abstract

Aero-Ejection Device is an important component of the military fighter weapon system， which is used to suspend 、carry and eject air-to-air missile. Since this type of aero-ejection device has exceeded the specified calendar life， defects such as metal coating and base corrosion， crack of bearing parts and non-metal parts have been found. Aiming at the above problems found in the repair process， this paper will introduce the application of hot spraying、laser fusion welding and 3D printing additive material remanufacturing technology in the repair of this type of aero-ejection device， and provide the idea and experience for the repair of the defects of aviation products.

Key words

Hot spraying; Laser fusion welding;3D printing; Aviation repair

0 序言

增材再制造技術(shù)是一種利用增加材料制造技術(shù)，相比傳統(tǒng)材料去除-切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的制造技術(shù)，可用于對(duì)產(chǎn)品零件損傷修復(fù)。目前，在裝備修理領(lǐng)域采用的增材再制造技術(shù)有熱噴涂、激光熔覆焊和3D打印等。

熱噴涂是一種對(duì)金屬零件表面處理和再次表面處理工藝，其優(yōu)點(diǎn)為成本低、性能好，能延長零件壽命。除了在原設(shè)備制造中應(yīng)用外，熱噴涂涂層還廣泛用于磨損及損傷零件。新的設(shè)備設(shè)計(jì)以及新材料的開發(fā)使這種工藝越來越多用于航空、燃?xì)鉁u輪、船舶等行業(yè)[4]。

對(duì)于由于磨損、裂紋等原因造成局部損傷的高附加值零部件，可以采用激光熔覆的方法進(jìn)行再制造。由于激光熔覆具有熔覆層和基體為冶金結(jié)合、熔覆過程對(duì)基體的熱影響小、熔覆層稀釋率低的特點(diǎn)，在表面強(qiáng)化方面具有非常明顯的優(yōu)勢[5]。激光熔覆再制造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于航空航天、礦山機(jī)械、石油冶金等行業(yè)。

與傳統(tǒng)制造方式相比，由于3D打印技術(shù)不受傳統(tǒng)工藝和制造資源的制約，其大大降低了研制成本，縮短了研發(fā)周期，還突破了傳統(tǒng)制造工藝對(duì)于復(fù)雜形狀的限制，它帶來的是生產(chǎn)加工觀念的革命性轉(zhuǎn)變，對(duì)推動(dòng)全球航空領(lǐng)域的發(fā)展起到了重要作用。

1 增材再制造技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

1.1 熱噴涂

活塞桿為某型航空彈射裝置燃?xì)馔七M(jìn)器重要組成部分。在實(shí)彈彈射時(shí)，燃爆彈產(chǎn)生的高溫高壓火藥氣體推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)航空彈射裝置內(nèi)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，保證導(dǎo)彈能夠順利彈射離梁。若發(fā)射后，燃?xì)馔七M(jìn)器內(nèi)剩余的火藥殘?jiān)醇皶r(shí)清除，便會(huì)腐蝕活塞桿的鍍鉻層，腐蝕嚴(yán)重時(shí)，會(huì)對(duì)鍍鉻層的基體產(chǎn)生進(jìn)一步腐蝕，如圖1所示。

針對(duì)該問題，傳統(tǒng)的鍍鉻工藝使用的槽液不僅會(huì)污染環(huán)境，而且能夠電鍍的厚度有限，當(dāng)僅鍍層部分腐蝕時(shí)，可以退鉻后重新表面處理鍍鉻，但當(dāng)鍍鉻層腐蝕后進(jìn)一步腐蝕基體，若使用傳統(tǒng)電鍍工藝，容易造成鍍層過厚而脫落。

采用熱噴涂前，首先將該零件表面的鉻層退去，再車削去除基體表面的腐蝕坑，然后進(jìn)行熱噴涂，最后磨削至規(guī)定的尺寸和表面粗糙度，修理后的零件如2所示。

1.2 激光熔覆焊

導(dǎo)彈掛鉤為航空彈射裝置前、后作動(dòng)部件中的重要承力件。航空彈射裝置掛彈飛行時(shí)，若掛鉤與底座的間隙距離過大，容易使導(dǎo)彈吊耳在中間振動(dòng)，造成導(dǎo)彈掛鉤淺表性裂紋，若裂紋不及時(shí)處理，容易因反復(fù)振動(dòng)而致使裂紋進(jìn)行擴(kuò)大的風(fēng)險(xiǎn)。導(dǎo)彈掛鉤在修理時(shí)磁粉探傷發(fā)現(xiàn)，部分掛鉤存在裂紋，具體見圖3。

導(dǎo)彈掛鉤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于為模壓件，開模成本高，且修理過程中無需批量生產(chǎn)。由于為俄制裝備，對(duì)外采購器材困難，且外購成本高。首先采用打磨方式將零件表面裂紋去處，然后進(jìn)行激光熔覆焊，最后修整焊后零件表面，修理后的零件如4所示。

1.3 3D打印

當(dāng)航空彈射裝置不掛彈掛飛時(shí)，其上的堵蓋用防脫螺釘通過兩孔固定在與導(dǎo)彈對(duì)接機(jī)構(gòu)的矩形電連接器上，對(duì)與導(dǎo)彈對(duì)接的電連接器起防護(hù)作用，原堵蓋如圖5所示。修理過程中，發(fā)現(xiàn)部分產(chǎn)品堵蓋缺失，也存在部分堵蓋破裂，無法繼續(xù)使用。

目前該堵蓋無對(duì)應(yīng)的采購渠道，只能形成自主生產(chǎn)制造能力。堵蓋為模壓件，修理過程中重新開模制造成本較高，且不需要批量生產(chǎn)。

3D打印為產(chǎn)品修理提供了新的思路。首先通過測繪，建立該零件的3維模型圖，然后通過切片處理，設(shè)計(jì)好打印路徑，并存儲(chǔ)為3D打印機(jī)能夠直接讀取并使用的文件，將該文件裝入至打印機(jī)，同時(shí)裝入3D打印材料，調(diào)試打印平臺(tái)，設(shè)定打印參數(shù)，最后完成3D打印堵蓋的增材加工過程。打印后的堵蓋使用對(duì)應(yīng)規(guī)格的絲錐進(jìn)行攻螺紋，加工后的堵蓋如圖6所示。

2 結(jié)論與展望

實(shí)踐證明，如熱噴涂、激光熔覆焊、3D打印等增材再制造技術(shù)相比傳統(tǒng)制造技術(shù)具有高可靠性及低成本特性，能夠有效解決航空產(chǎn)品修理過程中的難題。隨著增材再制造工藝方法不斷完善和技術(shù)逐漸提高，增材再制造技術(shù)必將在航空修理領(lǐng)域具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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