Gia công Rèn cho Hệ thống Dẫn Nhiên liệu Hàng không Vũ trụ

Gia công rèn cho hệ thống dẫn nhiên liệu hàng không vũ trụ đề cập đến việc chế tạo các bộ phận kim loại quan trọng cho động cơ hàng không, hệ thống đẩy tên lửa hoặc hệ thống cung cấp nhiên liệu vệ tinh, thông qua quy trình rèn kết hợp với gia công chính xác. Các bộ phận này chủ yếu được sử dụng để vận chuyển nhiên liệu như dầu hỏa hàng không, hydro lỏng/oxy lỏng, đảm bảo độ tin cậy và an toàn trong môi trường cao độ, tốc độ cao, nhiệt độ khắc nghiệt (-200°C đến +500°C) và áp suất cao (>10 MPa). Quy trình rèn (như rèn khuôn hoặc rèn chính xác) mang lại sự tinh chỉnh hạt, độ bền và cấu trúc không khuyết tật vượt trội. So với đúc hoặc gia công, tuổi thọ mỏi của các bộ phận rèn có thể tăng từ 2-5 lần, phù hợp với các yêu cầu độ tin cậy cao của hàng không vũ trụ (tuân thủ tiêu chuẩn AS9100). Các bộ phận điển hình bao gồm vỏ bơm nhiên liệu, thân van, khớp nối vòi phun và mặt bích đường ống.

1. Đặc tính Vật liệu

Các bộ phận rèn cho hệ thống dẫn nhiên liệu hàng không vũ trụ thường sử dụng hợp kim hiệu suất cao, đảm bảo khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao và trọng lượng nhẹ:

• Hợp kim Titan (Ti-6Al-4V): Nhẹ (mật độ 4.5 g/cm³), độ bền cao (>900 MPa), chống ăn mòn nhiên liệu, thích hợp cho hệ thống hydro lỏng nhiệt độ thấp.
• Hợp kim Niken siêu bền nhiệt (Inconel 718, Hastelloy X): Chịu nhiệt độ cao (>1000°C), chống oxy hóa, thích hợp cho hệ thống dẫn nhiên liệu tuabin khí nhiệt độ cao.
• Thép không gỉ (17-4PH, 15-5PH): Loại hóa bền tiết pha, độ cứng HRC>40, chống mỏi, thích hợp cho hệ thống dầu hỏa hàng không nhiệt độ trung bình.
• Khác: Hợp kim nhôm (7075-T6) được sử dụng cho các bộ phận chịu tải nhẹ, hoặc hợp kim coban được sử dụng cho các ứng dụng chống mài mòn khắc nghiệt.

2. Phương pháp Gia công

Gia công các bộ phận rèn kết hợp rèn thô, xử lý nhiệt và gia công tinh, đảm bảo độ chính xác (dung sai ±0.02mm) và chất lượng bề mặt (Ra≤0.8μm). Các bước quan trọng bao gồm:

• Rèn khuôn chính xác (Closed-Die Forging): Sử dụng khuôn nhiệt độ cao (800-1200°C) để rèn phôi, tạo thành các bộ phận gần hình dạng cuối cùng. Ưu điểm: Tỷ lệ sử dụng vật liệu >90%, giảm lượng gia công. Thích hợp cho các hình dạng phức tạp như khoang bên trong bơm.
• Rèn đẳng nhiệt (Isothermal Forging): Rèn ở nhiệt độ không đổi trong môi trường chân không hoặc khí trơ, thích hợp cho hợp kim titan/niken, tránh oxy hóa và biến dạng. Độ chính xác cao, hạt đồng đều.
• Xử lý nhiệt: Tôi chân không + hóa già, tăng độ bền (ví dụ: độ cứng Inconel 718 tăng từ HRC 30 lên 45).
• Gia công tinh:
  • Gia công CNC 5 trục: Loại bỏ lượng dư, gia công bề mặt cong và hệ thống lỗ. Sử dụng máy công cụ có độ cứng cao (như DMG Mori), kết hợp phần mềm CAM để tối ưu hóa đường dẫn, kiểm soát độ rung <5μm.
  • Gia công điện hóa (ECM) hoặc gia công laser: Gia công tinh không tiếp xúc khoang bên trong, tránh ứng suất nhiệt, độ nhám bề mặt Ra<0.4μm.
  • Mài/Đánh bóng: Xử lý bề mặt cuối cùng, tăng cường khả năng chống ăn mòn.
• Quy trình phụ trợ: Kiểm tra không phá hủy (siêu âm/tia X), đảm bảo không có vết nứt; Lớp phủ bề mặt (như DLC hoặc lớp phủ gốm) tăng cường khả năng chống mài mòn.