تصنيع مشغولات الحدادة لنقل وقود الطيران والفضاء

يشير تصنيع مشغولات الحدادة لنقل وقود الطيران والفضاء إلى الأجزاء المعدنية الرئيسية لمحركات الطائرات أو أنظمة دفع الصواريخ أو أنظمة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود، والتي يتم تصنيعها من خلال عملية الحدادة جنبًا إلى جنب مع التصنيع الدقيق. تُستخدم هذه الأجزاء بشكل أساسي لنقل وقود الطائرات أو الهيدروجين السائل/الأكسجين السائل، مما يضمن الموثوقية والسلامة في بيئات الارتفاعات العالية والسرعات العالية ودرجات الحرارة القصوى (-200 درجة مئوية إلى +500 درجة مئوية) والضغط العالي (> 10 ميجا باسكال). توفر عملية الحدادة (مثل الحدادة بالقالب أو الحدادة الدقيقة) تحسينًا ممتازًا لحجم الحبيبات والقوة وهيكلًا خاليًا من العيوب. بالمقارنة مع الصب أو التشغيل الآلي، يمكن أن تزيد دورة حياة إجهاد مشغولات الحدادة بمقدار 2-5 مرات، مما يجعلها مناسبة لمتطلبات الموثوقية العالية في مجال الطيران والفضاء (وفقًا لمعيار AS9100). تشمل الأجزاء النموذجية هياكل غلاف مضخة الوقود، وأجسام الصمامات، ووصلات الفوهات، وشفاه خطوط الأنابيب.

1. خصائص المواد

تُستخدم سبائك عالية الأداء بشكل شائع في مشغولات الحدادة لنقل وقود الطيران والفضاء لضمان مقاومة التآكل ومقاومة درجات الحرارة العالية وخفة الوزن:

• سبائك التيتانيوم (Ti-6Al-4V): خفيفة الوزن (الكثافة 4.5 جم/سم³) وقوة عالية (> 900 ميجا باسكال) ومقاومة لتآكل الوقود، ومناسبة لأنظمة الهيدروجين السائل ذات درجة الحرارة المنخفضة.
• سبائك النيكل فائقة الحرارة (Inconel 718، Hastelloy X): مقاومة لدرجات الحرارة العالية (> 1000 درجة مئوية) ومضادة للأكسدة، ومناسبة لنقل وقود التوربينات الغازية ذات درجة الحرارة العالية.
• الفولاذ المقاوم للصدأ (17-4PH، 15-5PH): نوع التصلب بالترسيب، الصلابة HRC > 40، مقاومة للإجهاد، ومناسبة لأنظمة وقود الطائرات ذات درجة الحرارة المتوسطة.
• أخرى: تُستخدم سبائك الألومنيوم (7075-T6) للأجزاء ذات الأحمال الخفيفة، أو سبائك الكوبالت للتطبيقات شديدة المقاومة للتآكل.

2. طرق المعالجة

يجمع تصنيع مشغولات الحدادة بين الحدادة الخشنة والمعالجة الحرارية والتشطيب الدقيق لضمان الدقة (التفاوت ± 0.02 مم) وجودة السطح (Ra ≤ 0.8 μm). تشمل الخطوات الرئيسية ما يلي:

• الحدادة الدقيقة بالقالب المغلق (Closed-Die Forging): استخدام قوالب ذات درجة حرارة عالية (800-1200 درجة مئوية) لضغط الفراغات لتشكيل أجزاء قريبة من الشكل النهائي. المزايا: معدل استخدام المواد > 90%، مما يقلل من كمية التشغيل الآلي. مناسبة للأشكال المعقدة مثل التجاويف الداخلية للمضخات.
• الحدادة متساوية الحرارة (Isothermal Forging): الحدادة في درجة حرارة ثابتة في بيئة فراغ أو غاز خامل، ومناسبة لسبائك التيتانيوم/النيكل، وتجنب الأكسدة والتشوه. دقة عالية وحبيبات موحدة.
• المعالجة الحرارية: التبريد الفراغي + التصلب بالتقادم، مما يزيد من القوة (على سبيل المثال، تزداد صلابة Inconel 718 من HRC 30 إلى 45).
• التشطيب الدقيق:
  • التشغيل الآلي CNC ذو 5 محاور: إزالة الهوامش ومعالجة الأسطح المنحنية وأنظمة الثقوب. استخدام أدوات آلية عالية الصلابة (مثل DMG Mori)، جنبًا إلى جنب مع برنامج CAM لتحسين المسارات والتحكم في الاهتزاز < 5 μm.
  • التشغيل الكهروكيميائي (ECM) أو التشغيل بالليزر: تشطيب دقيق غير تلامسي للتجاويف الداخلية، وتجنب الإجهاد الحراري، خشونة السطح Ra < 0.4 μm.
  • الطحن/التلميع: المعالجة النهائية للسطح، وتحسين مقاومة التآكل.
• العمليات المساعدة: الاختبارات غير المدمرة (بالموجات فوق الصوتية/الأشعة السينية)، لضمان عدم وجود تشققات؛ الطلاء السطحي (مثل DLC أو الطلاء الخزفي) لتعزيز مقاومة التآكل.