例谈飞机轮毂挤压成形及热处理工艺

许世娇

摘要：基于对飞机轮毂挤压成形及热处理工艺进行分析，首先对于飞机轮毂的概况以及铝合金的成形技术等来分析出飞机轮毂的挤压成形工艺;其次对于飞机轮毂铝合金强化的手段以及热处理工艺进行分析，根据热处理工艺对其的性能影响来确定出最佳的热处理工艺，进而使得飞机轮毂铝合金综合性能指标得到进一步的提升。

关键词：飞机轮毂;挤压成形技术;热处理工艺

引言

材料工程是国民经济还有科技发展当中的重要支柱产业，而航空材料就是其中重要的一部分。现阶段在中小型飞机的轮毂当中主要应用铝合金等温模锻的飞机轮毂，对于轮毂大小尺寸制造来说只能采取胎模锻或者是自由锻来进行，但是这样的方式存在着设备吨位大、材料利用率低、成形困难还有机械加工多的缺点。因此，本文通过铝合金来对飞机轮毂挤压成形的过程还有热处理工艺进行分析，进而根据热处理工艺对其的性能影响来确定出最佳的热处理工艺。

一、飞机轮毂挤压成形工艺

（一）飞机轮毂概况

一般飞机轮毂主要由轮胎、刹车装置还有轮毂组成[1]。在机轮的最初设计当中，机轮是没有刹车装置的，因为那时的飞机着陆速度是很低的，通过一段时间的滑行，飞机就会受阻力的影响而停止。但是，现在随着飞机质量还有速度的提高，单独依靠阻力已经不能使得飞机安全的着陆了，所以就需要安装刹车装置。同时，随着飞机重量的不断增加以及着陆速度的不段提高，给轮毂带来了非常大的热冲击，所以用于制造轮毂所需的材料一定要具有很好的导热性能。对于轮毂来说，其结构是多样化的，其中包含了实心轮毂、双辐条、单腹板、对开式及偏置对开式等。目前实心轮毂已经淘汰了，而对于双辐条轮毂来说，由于很难进行锻造，所以只适合进行铸造。对开式还有单腹板各有其优缺点，但是偏置对开式对两者之间的优点则是同时具有的。然而为了在轮毂当中放置刹车装置还有其他的相应设备，在对轮毂进行设计的时候一般都是采取单腹板，在对其材料进行选择的时候一般有钛合金、锻铝合金、改进铝合金机轮、有机材料、复合材料、粉末冶金这几种。

（二）铝合金挤压成形技术

1、现状

铝合金挤压成形材料随着我国社会经济的迅速发展而在生活中被广泛的应用，所以铝合金型材加工也迅猛的发展起来[2]。铝合金挤压型材正朝着多功能、多用途、多品种、高精化、高效率、高质量、大型化、复杂化、薄壁化以及扁宽化的方向发展。许多的新工艺也在不断的涌现，不断的创新工模具结构，同时也在不断的提高工艺技术、设备以及生产管理的全线自动化程度，很多的新技术也在进一步的完善。

2、铝合金等温挤压技术

使得坯料的温度还有模具的温度大致在相同的范围内，让毛坯在温度没什么变化的情况来实现全部的变形过程称之为等温成形技术。通常来说，常规的铝合金在热挤压的过程中，因为金属变形还有温度的不均匀，就会使得挤压出来的轮毂成品在性能、尺寸、组织以及形状等方面都会存在一部分的缺陷，而运用等温成形技术就可以在挤压成形的整个过程中使得变形区内的金属温度处于恒定不变的状态，进而最大程度的确保金属流动以及金属变形的阻力均匀性。由此也可以看出等温成形技术在飞机轮毂制造当中具有变形温度稳定、变形效率低等特点，能够极大程度的降低变形抗力，降低设备吨位，使得轮毂成形过程简化。同时能在最优的热力学条件下来完成铝合金的全部變形过程，具有对于加工参数能够进行精准控制的优点。

二、飞机轮毂铝合金强化的手段以及热处理工艺

（一）强化手段

通常来说，要想使得铝合金的强度提高都要从两个方面进行：一是对其内部的位错以及缺陷进行消除，让其达到理论的强度，进而成为理想的晶体;二是将更多的位错加入到晶体的内部，这样就可以形成很大的变形阻力，进而来使得材料的强度提高[3]。

1、沉淀强化：

对飞机轮毂铝合金进行时效处理的目的就是让过饱和的固溶体分解出第二相，这些脱溶出的第二相弥散分布在基体中，让基体晶格产生变化，进而使得位错密度增大，达到强度提高的目的。

2、固溶强化：

在基体当中尽可能的融入难溶相，这样可以使得基体的过饱和度程度增加，难溶相造成晶格畸变，晶格畸变增大了位错运动的阻力，使滑移难以进行，进而达到强化的目的。

3、过剩相强化：

除了析出的第二相以外，还有一些没有固溶的过剩相，在发生剧烈形变的时候，细小的过剩相可以起到强化的作用。

4、细晶强化：

细化的晶粒可以使得材料的强度提高，晶粒越细小晶界越多，堆积之后就会造成较多的位错，使得变形的阻力增大。

（二）热处理工艺

在飞机轮毂制造当中应用热处理工艺的目的就是使其铝合金的使用性能还有工艺性能得到改善，并且也是将铝合金材料的潜力进一步发挥出来的重要手段。在对铝合金进行热处理的时候，一般采取的方法就是退火、时效以及固溶处理。退火属于一种软化处理，其目的就是使其得到较为优良的工艺塑性以及稳定的组织[4]。而固溶则是一种硬化处理，在固溶处理后，利用时效处理来使得铝合金的强度提高。对于同一成分当中的铝合金而言，对其效果造成影响的原因主要由固溶处理加热的温度及冷却时间、时效的温度和保温时间、以及时效前的塑性变形等。

结束语

综上所述，本文就某飞机轮毂铝合金的成形工艺以及热处理工艺技术进行分析，通过成形的过程、对于性能进行强化的方法、以及对其的热处理工艺技术解析，来了解其成形过程还有性能强化的方式，进而使得飞机轮毂铝合金综合性能指标得到进一步的提升。

参考文献

[1] 于洋. 某飞机轮毂挤压成形及热处理工艺研究[D]. 中北大学， 2014.

[2] 滕奎， 李滨来， 陈文云，等. 时效制度对喷射成形7055铝合金机轮轮毂锻件性能的影响[J]. 粉末冶金材料科学与工程， 2014， 000（001）：83-88.

[3] Ding Feng， 丁丰， Zhang Pingze，等. 基于HyperMesh与Deform的飞机起落架外筒锻件的热处理工艺数值模拟[C]// 中国机械工程学会热处理分会. 中国机械工程学会热处理分会， 2016.

[4] 蔡克华. 上海飞机制造厂热处理工艺通过NADCAP评审[J]. 航空标准化与质量， 2005（6）：5-5.

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