1铝合金铸造成型技术在美国导弹制造中的典型应用
以薄而轻、高强度的结构获得最高的总体性能是导弹设计所追求的目标。国外在导弹等产品的制造中广泛应用铸造技术生产精密薄壁铸件，使用计算机对铸造过程进行自动检测、监控和数据处理，铸造工艺参数和产品质量控制严格。
1982年开始批量装备美国空军战机的AGM－86B空对地战略巡航导弹（尺寸6.36m×Φ0.7m，重1430 kg），其弹体和发动机(发动机自主创新成果显著)燃料箱由美国铝业公司采用铝合金铸造技术制造完成［3］。该导弹结构件的80％采用精密铝合金铸造工艺，与原来采用铝合金模锻件并焊接的工艺相比，生产每枚导弹的成本降低了约30％。
AGM－86B导弹弹体舱段属于大口径薄壁圆筒结构，它通过采用9个大型整体砂型铝铸件（代替原来的44个铝模锻件）经过少量机加并焊接组合而成。AGM－86B导弹的涡扇发动机燃料箱是弹上结构最大、最复杂的结构件，有着严格的尺寸精度要求与高的承压性和密封性要求，其铸件由4个A357－T6铝合金材料的大型铸件构成，铸件的厚度很薄，仅为3.3±0.7mm.在铸造成型过程中，使用了40多个组合型芯，几百块不同材质的“冷铁”（铁、铜、铝块），并将某些“冷铁”嵌入型芯，还用了许多不许有位移和变形的大型夹具和工装。所生产出的铸件，其力学性能满足技术规定要求。
测试还表明，时效时间对A357铝合金铸件（砂型铸造，固溶处理，176.7℃下时效，T6回火热处理）力学性能具有一定的影响（1）。时效温度对A357铝合金铸件（砂型铸造，固溶处理，时效6h，T6回火热处理）力学性能也有一定的影响（2）。所生产的A357－T6铝合金精密铸件，不但能通过萤光渗透、X射线探伤和氮渗漏等严格的测试，而且能够保证AGM－86B巡航导弹燃料箱盛满油后10年内不会渗漏。
由美国麦道公司研制的海基型“捕鲸叉”亚音速飞航导弹（尺寸4.58m×Φ0.344m，重681kg，见1），其涡喷发动机薄壁进气道精密构件及铝合金控制舵也是由美国铝业公司铸造生产的。美国著名的超音速地对空“爱国者”战术导弹（尺寸5.13m×Φ0.41m，重1000kg），其控制舱尾段是用A356－T6铝合金（相当于ZL101）铸造而成的。美国海基型“三叉戟Ⅰ”战略导弹（尺寸10.36m×Φ1.88m），其仪器舱是用7075－T6铝合金铸造而成的。
A360铸铝合金（相当于ZL104）用于制造了某小型反坦克导弹的陀螺壳体和舵机的气缸体。
ZL101、ZL104铸铝合金在国内弹体等耐压舱体的制造上也有所应用。
2某耐水压铝合金精密舱体砂型差压铸造的成型过程
差压铸造（反压铸造或反重力铸造）的特点是液态金属在逆重力条件下受控地自下而上进入铸型并充满型腔，能够使金属熔流快速凝固，结晶条件优越。
差压铸造设备工作环境压力是低压铸造的4￣5倍，所生产的铸件与低压铸造生产的相比：铸件金属晶粒细小，组织致密性好，铸造缺陷少，机械性能高（能使抗拉强度增加20％左右，伸长率最大提高约70％），加工切削工艺性好，铸件合格率达到85％以上。例如，与低压铸造相比，差压铸造可使ZL104－T6铸件的强度增大8.3％，伸长率提高1.5倍。某种大口径薄壁结构耐水压铝合金舱体产品，是由几段圆筒形壳体和收敛曲线形壳体等对接总装而成的。圆筒壳体采用典型的网格式内筋柱壳结构型式（2），收敛曲线壳体内壁分布有若干不同大小的圆形安装凸台。舱体壳体的壁厚很薄（壁厚／直径＝8.5／1000￣11.5／1000，长度／直径＝1.49），对尺寸精度高和表面质量要求高（要求壁面光洁、壁厚均匀，内壁非加工铸面直径公差不超过±1.5mm，有关纵筋方位公差±20′、凸台中心位置公差±2mm等），对壳体的耐压稳定性和密封性要求严格。
根据产品结构特点和技术要求等因素，综合分析选定了舱体的制造材料和制造工艺。选择具有很好浇铸流动性与抗盐雾腐蚀能力等优点的某铝硅系铸造铝合金材料，采用砂型差压铸造方法浇铸经T5状态热处理形成舱体壳体铸件，再对铸件两端和外表面进行适量机械加工，从而形成耐水压精密薄壁舱体壳体。铸造过程重点保证铸件内部质量以提高组织致密性，重点保证内壁铸面尺寸精度，以提高壳体壁厚的均匀一致性。每件铸件必须通过100％X射线探伤，保证内部组织质量不低于C级。
根据舱体壳体图纸、技术要求和铸造方法，依据有关技术标准，制定了详细的铸造工艺方案和生产工艺流程，编制了铸件生产用图与检验验收技术条件。
以下为技术要求和注意事项：
（1）差压铸造设备由计算机控制，能够自动检测铸造过程参数并进行数据处理；（2）精心设计铸造模具与相应工装夹具和专检工具，合理确定分型面、浇铸流道和拔模斜度等；（3）选择优质的树脂砂，准确安装固定模具活块防止错型对中不准；（4）摆放分布“冷铁”位置适当尤其在结构应力易集中处；（5）砂型紧实稳定，涂料涂覆匀薄，使表面光顺；（6）合理选定差压铸造设备工作控制参数，如差压设定值约0.07MPa、保压时间约7min、浇铸温度约700℃等；（7）确定好铸件浇铸与打箱时间间隔（约4h），严格按热处理状态和规范对铸件进行热处理强化；（8）对回炉料的添加量和周转时间严格控制；添加前，回炉料需认真清理干净，防止因夹带砂粒和存在氧化皮等杂质而使熔炼后铝液纯度降低或铸件产生夹渣超标等缺陷问题；（9）对模具定期进行尺寸检查和表面清理。
经测定，生产出的铸件其附铸件的力学性能为Rm＝290￣330MPa、A＝5％￣11％、HB＝91￣101，满足标准HB963－90和标准CB884－83相应规定要求，其化学成分化验结果也满足要求，组织探伤合格率达85％。
在舱体铸件转入适量机加前，进行一定的振动时效处理，进一步使铸件内应力得以降低释放。残余应力的存在是不利于结构的机械精度和尺寸的稳定的。
舱体壳体铸件的适量机械加工是在数控机床上完成的，重点保证了壳体结构床上加工少变形与床下变形不超标，同时还保证了外表加工面与内壁非加工面之间壁厚的均匀一致性以及内外圆的同轴度。机加完的舱体壳体即使发现有缺陷也不允许做补焊或浸润处理，对每一件壳体都进行了严格的水压检查试验，满足耐压性和水密性规定要求的为合格壳体。将合格的圆筒壳体和曲线壳体的相应端面以一定的方式密封联结，并在其内安装上电器系统，加装封头调试，通过后即形成了某耐水压精密薄壁铝合金舱体产品。
3结语
在满足产品使用功能、可靠性、安全性与经济性等基础上，应用现代设计原则和方法，采用先进制造和装配工艺技术，并充分利用材料的机械力学性能，能够使耐压舱体的设计制造做到结构简单、紧凑和重量轻。同时，设计中注意解决好结构重量优化与生产工艺性保证之间可能发生的矛盾，充分考虑实际的生产加工能力以提高产品的可加工性和经济性。
美国、俄罗斯、英国等发达国家轻合金精密铸造成型技术在国防工业应用广泛，其制造技术包括装备设施、工艺方法和检测手段世界领先，生产过程产品质量控制严格。国外差压铸造设备压力罐直径最大达到2m，可用于大型复杂产品的精密薄壁耐压舱体的铸造成型。
国内采用差压铸造和调压铸造等成型技术，能够铸造出机械力学性能好、致密度比较高的铝合金、镁合金和钛合金耐压舱体和耐压容器等薄壁空间结构件。
在铸件组织致密性、尺寸精度和检测技术以及铸造工艺优化等方面，还需要不断研究提高。砂型铸造中应注意将影响产品质量的有关重要因素控制好，尽量做到：液体金属对铸型的充填要平稳而无紊流，熔流凝固的起始位置和方向要合适，保证液体金属有良好的流动性，采用变形最少的热处理规程等。热处理后的铸件应采取振动时效处理等措施进一步释放其内应力，以更利于适量机加精度的保证和尺寸稳定性的保持。
扩展阅读：发动机自主创新成果显著 http://www.51ccq.cn/Html/xxnews/20085/2008522160351.html
