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航空工業(yè)慶安3D打印技術(shù)：用新技術(shù)助力研發(fā)能力提升
發(fā)布時間：
2023-01-11 12:45
近年來隨著航空工業(yè)轉(zhuǎn)型升級步伐的不斷加快，一大批新工藝、新技術(shù)、新方法逐步運(yùn)用到科研生產(chǎn)中，為航空業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展提供了動力。航空工業(yè)慶安在由零部件供應(yīng)商向系統(tǒng)級供應(yīng)商轉(zhuǎn)型的過程中，不斷吸收引進(jìn)新技術(shù)新方法，研發(fā)制造能力逐漸向著數(shù)字化、精準(zhǔn)化方向邁進(jìn)，有力支撐了企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。鑄造設(shè)計(jì)工作是慶安公司產(chǎn)品生產(chǎn)制造的源頭，在新品不斷增加、鑄造工藝要求持續(xù)提升的形勢下，樹脂原型模在精密鑄造技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上大膽探索3D打印技術(shù)在砂型鑄造方面的應(yīng)用，并取得了很大突破，為公司新品研制水平進(jìn)一步提升奠定了基礎(chǔ)。
慶安公司3D打印砂型鑄造技術(shù)團(tuán)隊(duì)
“十二五”以來，隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展，公司新產(chǎn)品數(shù)量不斷增加，各種鑄件的品種也越來越多。新一代型號產(chǎn)品的研制周期大幅縮短，公司要想在行業(yè)具備競爭力，必須在很短的時間內(nèi)研制出合格的產(chǎn)品。毛坯的鑄造是公司產(chǎn)品制造的源頭，能否按時保質(zhì)保量確保產(chǎn)品交付，在一定程度上決定了產(chǎn)品的交付周期。
傳統(tǒng)的鑄件研制從工藝方案確定、設(shè)計(jì)工裝、制造工裝、試模、鑒定模具、冶金試制、生產(chǎn)試加工，整個流程往往在6個月以上，而新產(chǎn)品的研制要求給出鑄件毛坯的制造周期在2個月以內(nèi)，對于目前新品研制時間周期來說已經(jīng)無法滿足要求。新產(chǎn)品性能指標(biāo)提高，對部件的重量、結(jié)構(gòu)、功能等提出了更為苛刻的要求，特別是重量的限制，原來依靠多個鑄件加工后裝配到一起，以來實(shí)現(xiàn)功能的結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行集成以減輕重量。傳統(tǒng)的鑄造工藝受到鑄件技術(shù)水平的限制，集成的鑄件無法制造出來，也只能拆分成多個鑄件進(jìn)行組合，不僅延長了鑄造時間，而且組合成的精度也受到一定限制。
為了從根本上縮短鑄造生產(chǎn)周期，滿足新產(chǎn)品研制需要，2015年開始，3D打印砂型鑄造技術(shù)便進(jìn)入了慶安公司的視野。時任總工程師湯濟(jì)新提出，公司要真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)科研型向科研生產(chǎn)型轉(zhuǎn)變，3D技術(shù)輔助制造是一個必不可少的手段，技術(shù)部門要利用好這項(xiàng)新技術(shù)形成生產(chǎn)能力。3D技術(shù)的出現(xiàn)讓設(shè)計(jì)思想發(fā)生了很大改變，根據(jù)產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)鑄件形狀，不用考慮很多鑄件的工藝限制，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性，進(jìn)一步集成的組件簡化了裝配過程，減少了故障環(huán)節(jié)，減輕了重量，充分發(fā)揮出了產(chǎn)品的性能。
3D打印樹脂砂工藝是SLS技術(shù)在高分子樹脂粉末激光選區(qū)燒結(jié)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新應(yīng)用。它的出現(xiàn)對于鑄造工作者甚至是產(chǎn)品設(shè)計(jì)者來說是一次徹底的革命。它徹底拋開了設(shè)計(jì)模具、制造模具、試模三個周期最長的環(huán)節(jié)，不僅節(jié)省了傳統(tǒng)鑄造2/3的時間，而且再復(fù)雜的模型都可以一次鑄造成型，徹底結(jié)束了過去傳統(tǒng)方式多個模具成型拼接的歷史。
慶安公司通過3D打印樹脂砂技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)方面提高了設(shè)計(jì)復(fù)雜鑄件工藝方案的水平，使工藝人員加大了鑄造模擬軟件以及檢測設(shè)備的應(yīng)用，提升了設(shè)計(jì)工藝水平;在制造方面提高了一線操作人員的精細(xì)程度，逐步改變了過去操作粗放的習(xí)慣，使鑄造技能水平上了新臺階。
慶安公司通過復(fù)雜鑄件的試制、批產(chǎn)，帶動了質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理人員甚至是其他輔助人員的認(rèn)知水平，逐步養(yǎng)成良好的質(zhì)量習(xí)慣，提升了公司的整體鑄造水平，也提升了公司產(chǎn)品在市場上的競爭力，對公司成為優(yōu)秀的飛機(jī)附件供應(yīng)商起到了促進(jìn)作用。
一項(xiàng)新技術(shù)的誕生必然會遇到傳統(tǒng)的阻力，公司3D打印樹脂砂技術(shù)團(tuán)隊(duì)在攻關(guān)的過程中，不僅要面對各種技術(shù)工藝問題，在新品試制中他們首先面對的是傳統(tǒng)工藝流程和3D打印技術(shù)革新后工藝流程的沖突。3D打印樹脂砂技術(shù)+鑄造技術(shù)跨越了設(shè)計(jì)模具、制造模具、試模、模具鑒定這幾個環(huán)節(jié)，而在公司的現(xiàn)行質(zhì)量管理體系中這幾個環(huán)節(jié)是必須進(jìn)行的，無法證明合格的實(shí)物就不能使用在正式產(chǎn)品中。更改后的技術(shù)狀態(tài)如何控制?如何保證后續(xù)的3D砂型與之前的模型一致性?怎么去控制砂型?鑄件不能解剖怎么辦?等等一系列問題擺在了攻關(guān)團(tuán)隊(duì)面前。
3D打印樹脂砂型工藝是一個還沒有全面工業(yè)化的新工藝，每公斤砂型的費(fèi)用在100元左右，稍微大一點(diǎn)的砂型費(fèi)用需上萬元;此外，但凡能夠使用3D打印樹脂砂型工藝，交付時間上都沒有給第二輪試制的空間，只能成功不能失敗。團(tuán)隊(duì)面對這些巨大的壓力下，將工藝方案在設(shè)計(jì)階段反復(fù)的模擬驗(yàn)證，借鑒原來并不多的經(jīng)驗(yàn)，摸索前進(jìn)，團(tuán)隊(duì)的每個人都盡了自己的最大努力。
雖然遇到的問題千奇百怪，但面前的攔路虎就是團(tuán)隊(duì)通往成功路上的基石。大家沒有退縮，沒有懈怠，有的就是逢山開路，遇水架橋的決心和勇氣，他們用數(shù)據(jù)證明了這一項(xiàng)新技術(shù)的可行性，最終達(dá)成一致共識，通過了首次交付。
為了降低3D打印砂型的成本，加快研制進(jìn)度，團(tuán)隊(duì)的技術(shù)人員提出了鑄件成型部分使用3D打印砂型，澆鑄系統(tǒng)及輔助不參與鑄件成型的部分使用3D打印樹脂工裝。接下來，就是將占鑄型很大一部分重量的澆鑄系統(tǒng)部分使用慶安能夠進(jìn)行的3D打印樹脂工裝，利用這個工裝制作砂型澆鑄系統(tǒng)，鑄型成本降低50%以上，工藝方案的變動也更加靈活。
某帶鰭殼體鑄件毛坯為公司首次采用3D打印模具生產(chǎn)，代表了3D打印技術(shù)開始應(yīng)用到公司鑄造模具制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)，使慶安公司3D技術(shù)的應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域向前推進(jìn)了一大步。
此次3D打印模具在公司砂型鑄造上首次成功應(yīng)用，為今后新品快速生產(chǎn)開創(chuàng)了一條新路子，拓寬了3D技術(shù)的應(yīng)用范圍，也為公司低壓鑄造大型薄壁鑄件積累了成功經(jīng)驗(yàn)。
經(jīng)過幾年的攻關(guān)和努力，2018年3D打印技術(shù)被大量運(yùn)用到公司樹脂砂鑄造方面，產(chǎn)品鑄造周期由傳統(tǒng)的5個多月降到了45天左右。大大縮短了研制周期，后續(xù)新品基本都采用3D打印技術(shù)，改變鑄件試制周期長的局面。特別是針對多品種、小批量生產(chǎn)特點(diǎn)的個性化研制具有很強(qiáng)的靈活性。
團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張建平感慨地說，新生的東西總會碰到各種各樣的阻力，這是事物發(fā)展的規(guī)律，通過首次交付以及在生產(chǎn)中的運(yùn)用，大家基本上接受了這項(xiàng)新工藝，達(dá)成了基本的共識，后續(xù)的工作就是如何將其納入質(zhì)量管理體系，接受質(zhì)量約束，更好地為公司服務(wù)。新生的技術(shù)隨著認(rèn)識水平的提高，各種新的問題仍會不斷出現(xiàn)，我們要正視、積極面對這些問題，正是在解決這些問題的過程當(dāng)中，團(tuán)隊(duì)就逐漸成長起來。公司研發(fā)制造能力的提升就是我們團(tuán)隊(duì)前進(jìn)的動力。
目前，3D技術(shù)已經(jīng)開始由快速原型功能向功能零件制造方向前進(jìn)，并且已經(jīng)取得了一定的成績，相信不久的將來，3D技術(shù)的應(yīng)用必將成為助推慶安公司核心競爭力提升的加速器。文章來源：中國航空新聞網(wǎng)
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