CN103406482A - 一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具及方法 - Google Patents
一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具及方法，它涉及一种铝合金零件成形模具及方法，以解决现有技术制造7075铝合金锥形机匣存在折叠、流线紊乱、表面粗晶缺陷和成形困难的问题，所述方法的主要步骤为：一、制坯，圆柱形7075铝合金坯料进行平钻镦粗，制得成形的坯件；二、预锻，在预锻模具的凹模中放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件；三、一次终锻，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件；四、一次清洗；五、修伤处理；六、二次终锻，进行第二次终锻成形，制得第二次终锻件；七、二次清洗，清洗掉表面的石墨。本发明用于7075铝合金锥形机匣的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金零件成形模具及方法，具体涉及一种7075铝合金锥形机匣零件等温模锻成形模具及方法。
背景技术
7075铝合金是Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金的一种，广泛应用于航空、航天等领域。航空航天用锻件不仅要求尺寸精度高、机械性能好，还要求具有良好的流线分布，这就使得该类锻件的成形难度也越来越大。由于铝合金的锻造温度范围较窄，如果成形温度过低，坯料的温度就会下降很快。这样不仅使变形抗力增加，材料塑性降低，而且还会产生粗晶、混晶、充不满、折叠、流线紊乱和表面粗晶等缺陷，将无法满足航空、航天等领域对关键锻件的需要。
7075铝合金锥形机匣外部呈锥台形，内部带有一个深内腔,外侧直径较大的一端带有四个对称分布的凸耳，凸耳上方有八条加强筋与其相贯。机匣外侧还有若干高筋、矮筋和凸台，整体形状十分复杂。此外，锥形机匣在直升机起飞、飞行及降落过程中承受着很大的负荷，因此还要求较优的组织性能。不仅要求机匣内部流线沿其几何外形分布，不允许有流线露头、涡流及穿流等缺陷，还要求晶粒细小均匀，不允许有粗晶和混晶等缺陷。上述情况和要求使得锥形机匣的成形技术难度很大。
近十年来，国内有科研单位尝试采用塑性加工的方法来解决直九直升机锥形机匣零件的国产化问题。所得机匣件的形状尺寸虽然基本符合要求，但机匣内部组织不稳定，在性能方面也难以满足直九的装机需求。
综上，7075铝合金锥形机匣形状十分复杂，性能要求高，极易形成折叠、流线紊乱和表面粗晶缺陷，成形困难。
发明内容
本发明为解决现有技术制造7075铝合金锥形机匣存在折叠、流线紊乱、表面粗晶缺陷和成形困难的问题，进而提供一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具及方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
本发明的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具包括上模、顶杆和下模，下模的上表面的中部由上至下依次加工有模腔和顶出孔，模腔和顶出孔贯通，模腔的形状呈锥形，上模的下表面的中部加工有与模腔相配合的冲头，下模的上表面的边缘上设置有四个凸耳槽，其中两个凸耳槽贴靠设置，另外两个凸耳槽贴靠设置，所述其中两个凸耳槽和所述另外两个凸耳槽正对设置，模腔的内表面上设置有八个长条凹槽，每两个长条凹槽与相应的一个凸耳槽相连通，模腔的内表面上设置有第一短条凹槽和第二短条凹槽，模腔的内表面上还设置有第一凹槽和第二凹槽，上模盖合在下模上，冲头伸入模腔内，顶杆伸入顶出孔内，且顶杆的上表面与模腔的底面齐平。
本发明的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法是按照以下步骤实现：一、制坯：将圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出并在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到100～150℃，并在平砧镦粗模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到420～430℃，坯料进行平砧镦粗，制得成形的坯件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%，坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，平砧镦粗至Φ240×210；
二、预锻：将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，将预锻上模和预锻下模放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在预锻下模的预锻模腔的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将预锻上模和喷涂有石墨乳水溶液的预锻下模加热到420℃～430℃，在预锻下模的预锻模腔内放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
三、一次终锻：将成形的预锻件进行喷涂石墨乳水溶液润滑，放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2-3小时，同时，将上模和下模放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在下模的模腔的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模和喷涂石墨乳水溶液的下模加热到420℃～430℃，在下模的模腔中放入预锻件，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
四、一次清洗：将第一次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨；
五、修伤处理：将清洗后的第一次终锻件，用铰磨和铲子人工铲掉坯件凸耳表面的黑色折叠缺陷，一直到黑色折叠缺陷完全消除为止，并在第一次终锻件顶部冲孔；
六、二次终锻：将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到100℃～150℃，然后取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷涂石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至420℃～440℃，并保温1.5-2.5小时，同时，将上模和下模放在液压机上直接加热到100℃～150℃后，也在下模的模腔的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模和喷涂有石墨乳水溶液的下模加热到420℃～430℃，在下模的模腔中放入经上述处理后的第一次终锻件，进行第二次终锻成形，通过顶杆将成形件顶出，制得第二次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
七、二次清洗：将第二次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，制得7075铝合金锥形机匣成品。
本发明的有益效果是：
一、本发明以等温模锻成形为技术手段成形7075铝合金锥形机匣零件，仅使用一套本发明成形装置就可以实现低成本、小型零件的批量化生产、质量高，使用寿命高的模锻零件，为锻件的内部组织和优良性能提供重要保障。
二、本发明采用模锻成形工艺方法，使得所成形的锻件尺寸精度高、内部组织性能好，流线沿几何外形分布，成功地克服了现有技术制造的铝合金锥形机匣零件极易形成的折叠、流线紊乱、粗晶和表面粗晶等缺陷，具有良好的综合机械性能，在直升机起飞、飞行及降落过程中能承受很大的负荷，满足了航空航天对零件性能的要求。
三、本发明在进行等温模锻成形的同时，借助了数值模拟和实验对该锻件成形规律以及缺陷形成机理和控制方法，同时，采用数字化设计和制造技术有效地提高了该类锻件模具设计、成形方案优化以及成形工艺的质量。
四、本发明生产效率高，模锻时，金属的变形在模膛内进行，能获得所需形状，节省金属材料，减少切削加工工作量，在批量足够的条件下，能够降低成本；本发明操作简单，劳动强度较低，实现了铝合金锥形机匣的国产化。
五、本发明等温模锻方法能有效地提高铝合金强度、塑性和韧性，模锻后的试件经人工时效处理后，锻件纵向抗拉强度达到486.7Mpa以上，屈服强度达到409.7Mpa以上，延伸率12%以上，HB硬度144。锻件横向抗拉强度达到477.8Mpa以上，屈服强度达到400.5Mpa以上，延伸率10%以上，HB硬度144。锻件表面晶粒细小均匀，无粗晶混晶，内部组织致密，流线分布合理。经超声波检测，锻件内部内未见夹杂、气泡、缩孔等缺陷。
附图说明
图1是本发明成形模具的主剖视结构示意图，图2是本发明的成形模具的下模的俯视结构示意图，图3是图2的D向视图，图4是图2的E向视图，图5是7075铝合金锥形机匣锻件的主剖视结构示意图，图6是图5的俯视结构示意图，图7是图6的H-H剖视图，图8是本发明所结合的预锻模具的主剖视结构示意图，图9是图8中的预锻模具的下模的俯视结构示意图，图10是图8的B向视图，图11是图8的C向视图，图12是步骤一种得到坯件示意图，图13是步骤二得到的预锻件示意图，图14是步骤三得到的第一次终锻件示意图，图15是步骤四得到的清洗锻件示意图，图16是步骤五修伤处理后得到的锻件示意图，图17是经步骤六和步骤七后得到的铝合金锥形机匣锻件示意图，图18是具体实施方式十二得到的铝合金锥形机匣零件三维坐标形状尺寸测量图，图19是具体实施方式十二得到的铝合金锥形机匣锻件的直立加强筋的纵向剖面的流线分布图，图20是体实施方式十二得到的铝合金锥形机匣锻件的直立加强筋的组织图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具包括上模10、顶杆11和下模12，下模12的上表面的中部由上至下依次加工有模腔12-1和顶出孔12-2，模腔12-1和顶出孔12-2贯通，模腔12-1的形状呈锥形，上模10的下表面的中部加工有与模腔12-1相配合的冲头10-1，下模12的上表面的边缘上设置有四个凸耳槽12-4，其中两个凸耳槽12-4贴靠设置，另外两个凸耳槽12-4贴靠设置，所述其中两个凸耳槽12-4和所述另外两个凸耳槽12-4正对设置，模腔12-1的内表面上设置有八个长条凹槽12-5，每两个长条凹槽12-5与相应的一个凸耳槽12-4相连通，模腔12-1的内表面上设置有第一短条凹槽12-6和第二短条凹槽12-7，模腔12-1的内表面上还设置有第一凹槽12-8和第二凹槽12-9，上模10盖合在下模12上，冲头10-1伸入模腔12-1内，顶杆11伸入顶出孔12-2内，且顶杆11的上表面与模腔12-1的底面齐平。
本实施方式的顶孔12-2与顶杆11配合设置，模腔12-1的形状和大小与锥形机匣的本体1相一致，凸耳槽12-4用于成形凸耳2，八个长条凹槽12-5用于成形加强筋3，第一短条凹槽12-6用于成形第二支撑筋6，第二短条凹槽12-7用于成形第一支撑筋4，第一凹槽12-8和第二凹槽12-9分别用于成形凸台5。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式的上模10的侧面设置有上卡槽，下模12的侧面设置有下卡槽12-3。如此设置，便于上模10和下模12进行合模固定，便于锥形机匣锻件终锻成形。
具体实施方式三：结合图1-图17说明本实施方式，本实施方式的利用实施方式一或二的等温模锻成形模具实现一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，所述7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法是按照以下步骤实现：一、制坯：将圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出并在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到100～150℃，并在平砧镦粗模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到420～430℃，坯料进行平钻镦粗，制得成形的坯件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%，坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，平砧镦粗至Φ240×210；
二、预锻：将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，将预锻上模7和预锻下模8放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在预锻下模8的预锻模腔8-1的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将预锻上模7和喷涂有石墨乳水溶液的预锻下模8加热到420℃～430℃，在预锻下模8的预锻模腔8-1内放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
三、一次终锻：将成形的预锻件进行喷涂石墨乳水溶液润滑，放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2-3小时，同时，将上模10和下模12放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在下模12的模腔12-1的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模10和喷涂石墨乳水溶液的下模12加热到420℃～430℃，在下模12的模腔12-1中放入预锻件，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
四、一次清洗：将第一次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨；
五、修伤处理：将清洗后的第一次终锻件，用铰磨和铲子人工铲掉坯件凸耳表面的黑色折叠缺陷，一直到黑色折叠缺陷完全消除为止，并在第一次终锻件顶部冲孔；
六、二次终锻：将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到100℃～150℃，然后取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷涂石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至420℃～440℃，并保温1.5-2.5小时，同时，将上模10和下模12放在液压机上直接加热到100℃～150℃后，也在下模12的模腔12-1的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模10和喷涂有石墨乳水溶液的下模12加热到420℃～430℃，在下模12的模腔12-1中放入经上述处理后的第一次终锻件，进行第二次终锻成形，通过顶杆11将成形件顶出，制得第二次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
七、二次清洗：将第二次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，制得7075铝合金锥形机匣成品。
本实施方式的步骤一、二、三、六和七中的加热炉为箱式加热电阻炉，功率为75KW，型号为KLSTND/SB-041，生产厂家为哈尔滨第一电炉厂。
本实施方式的步骤一、二、三、六和七中的液压机的型号为KLSTND/SB-03，额定压力为50000KN，生产厂家为沈阳沈工机床厂。
结合图5-图7说明，本实施方式的锥形机匣锻件包括本体1，本体1为具有空腔的台形本体，本体1的外侧面的底部设置有对称设置的四个凸耳2，每个凸耳2上设置有两条加强筋3，每条加强筋3与本体1的外侧面连接，本体1的外侧面上还设置有多个凸台5、多个第一支撑筋4和第二支撑筋6。
结合图8-图11说明，本实施方式的预锻模具包括预锻上模7、预锻下模8和预锻顶杆9，预锻下模8的上表面的中部由上至下依次加工有预锻模腔8-1和预锻顶出孔8-2，预锻顶出孔8-2与预锻顶杆9配合设置，预锻模腔8-1的形状和大小与锥形机匣的带有凸耳2的本体1相一致，预锻上模7的下表面的中部加工有与预锻模腔8-1相配合的预锻冲头7-1，预锻上模7盖合在预锻下模8上，预锻冲头7-1伸入预锻模腔8-1内，预锻顶杆9伸入预锻顶出孔8-2内，且预锻顶杆9的上表面与预锻模腔8-1的底面齐平，预锻上模7的侧面设置有预上卡槽，预锻下模8的侧面设置有预锻下卡槽8-3，预锻上卡槽和预锻下卡槽8-3是为了预锻上模7和预锻下模8进行合模固定，便于锥形机匣锻件预锻成形。
本实施方式待成形的锥形机匣锻件采用数字化及模具设计：根据铝合金锥形机匣锻件的二维图纸。利用CATIA软件设计出机匣锻件的三维造型图。从铝合金锥形机匣锻件的二维图纸设计零件图，整个机匣锻件是在一个旋转体的基础上，在旋转体的表面进行布尔运算，加上耳部、加强筋、凸台构成的，如图5-图7所示。
本实施方式的成形模具设计：根据机匣锻件的CATIA三维图设计出成形模具，如图1-图4所示，下模的底部设计成通孔，其作用是当终锻过程完成后，由顶杆将机匣锻件顶出脱模。由于终锻过程中载荷非常大，上模和下模相对位置极其容易发生错移，因此，在模具上设计长方体的锁扣，可以有效防止上模和下模的相对位置发生错移。
本实施方式的预锻成形数值模拟及预锻模具设计：对于形状复杂的铝合金锻件，应采用多套模具，多次模压逐步成形。采用预锻工步的主要目的是在终锻前进一步分配金属。铝合金锥形机匣形状复杂，一次成形很困难，极易产生充不满、折叠、流线紊乱和粗晶混晶等缺陷，因此，在终锻成形锥形机匣之前，必须进行预锻和修伤处理（除去凸耳处的折叠），合理分布坯料不同部位的体积。根据数值模拟结果的优化，根据选定的预锻件来设计预锻模具，预锻模具如图8-图11所示。
本实施方式的步骤五中修伤处理时需要注意铲除折叠缺陷后需要光滑自然过渡，
本实施方式的终锻模具和预锻模具制造，按照设计的终锻模具和预锻模具三维造型进行模具加工，模具材料选用5CrNiMo，按照锻造，粗加工，热处理，精车的顺序加工模具，加工完的成形模具和预锻模具分别如图1和图8所示。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三的不同的是步骤一中圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到125℃；喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至435℃，并保温3小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到120℃，将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到425℃。本实施方式得到的坯件如图12所示，由图12可知，得到的坯件外表光滑平整。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同的是步骤二中将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到140℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂上石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至420℃，并保温3小时，同时，将预锻上模7和预锻下模8放在液压机上加热到125℃后，将预锻上模7和喷涂有石墨乳水溶液的预锻下模8加热到425℃。本实施方式得到的预锻件如图13所示，由图13可知，得到的坯件外表光滑平整，预锻件与机匣本体相匹配。其它步骤及参数与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是步骤三中将成形的预锻件进行喷石墨润滑，放入箱式加热炉中加热至435℃，并保温2.5小时，同时，将终锻模具放在液压机上加热到130℃后，将喷涂有石墨乳水溶液的终锻模具加热到425℃。本实施方式得到的第一次终锻件如图14所示，由图14可知，第一次终锻件的凸耳处具有折叠。其它步骤及参数与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四或六的不同的是步骤六中将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到130℃，将喷涂有石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至430℃，并保温2小时，同时，将终锻模具放在液压机上加热到125℃后，将喷涂有石墨乳水溶液的终锻模具加热到425℃。其它步骤及参数与具体实施方式四或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三的不同的是步骤一中石墨乳水溶液的质量百分浓度为11%～13%。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四、五或六的不同的是步骤四中清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为28%的硝酸溶液。本实施方式得到的清洗件如图15所示，由图15可知，经酸碱清洗后，清洗掉了第一次终锻件表面上的石墨润滑剂，零件外表平整，轮廓清晰。其它步骤及参数与具体实施方式四、五或六相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同的是步骤八七中清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为25%的硝酸溶液。本实施方式得到的清洗件如图17所示，由图17可知，经酸碱清洗后，清洗掉了第二次终锻件表面上的石墨润滑剂，得到的7075铝合金锥形机匣零件外表平整，轮廓清晰，凸耳处无折叠现象，流线沿几何外形分布合理。其它步骤及参数与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法是按照以下步骤实现：
一、制坯：将圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出并在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到100～150℃，并在平砧镦粗模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到420～430℃，坯料进行平砧镦粗，制得成形的坯件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%，坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，平砧镦粗至Φ240×210热到425℃，坯料进行平砧镦粗，制得成形的坯件，其中石墨乳的质量百分浓度为15%；
二、预锻：将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到150℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至440℃，并保温2.5小时，同时，将预锻模具放在液压机上加热到130℃后，也在预锻模具型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的预锻模具加热到430℃，在预锻模具的凹模中放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件；
三、一次终锻：将成形的预锻件进行喷涂石墨乳水溶液润滑，放入箱式加热炉中加热至430℃，并保温3小时，同时，将终锻模具放在液压机上加热到140℃后，也在终锻模具型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将喷涂石墨乳水溶液的终锻模具加热到425℃，在终锻模具的凹模中放入预锻件，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件；
四、一次清洗：将第一次终锻件放入清洗池进行清洗，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为30%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨；
五、修伤处理：将清洗后的第一次终锻件，用铲子铲掉凸耳表面的折叠层，一直到未见折叠为止，并在第一次终锻件顶部冲孔；
六、二次终锻：将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到150℃，然后取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷涂石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至430℃，并保温2小时，同时，将终锻模具放在液压机上直接加热到150℃后，也在终锻模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将喷涂有石墨乳水溶液的终锻模具加热到420℃，在终锻模具的凹模中放入经上述处理后的第一次终锻件，进行第二次终锻成形，制得第二次终锻件；
七、二次清洗：将第二次终锻件放入清洗池进行清洗，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为28%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨，制得7075铝合金锥形机匣成品。
本实施方式各成形阶段得到的产品示意图分别如图12-图17所示。本实施方式得到的成品7075铝合金锥形机匣锻件，具有外表平整，轮廓清晰，凸耳处无折叠现象，流线沿几何外形分布合理的特点，同时铝合金锻件强度高，塑性和韧性好，模锻后的试件经人工时效处理后，锻件纵向抗拉强度达到497.2Mpa，屈服强度达到420.6Mpa，延伸率14%，HB硬度151。锻件横向抗拉强度达到482.1Mpa，屈服强度达到420.7Mpa，延伸率13%以上，HB硬度150。锻件表面晶粒细小均匀，无粗晶混晶，内部组织致密，流线分布合理。经超声波检测，锻件内部内未见夹杂、气泡、缩孔等缺陷。
具体实施方式十二：本实施方式的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法是按照以下步骤实现：
一、制坯：将圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出并在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到100～150℃，并在平砧镦粗模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到420～430℃，坯料进行平砧镦粗，制得成形的坯件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%，坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，平砧镦粗至Φ240×210；
二、预锻：将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到130℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至430℃，并保温3.5小时，同时，将预锻模具放在液压机上加热到150℃后，也在预锻模具型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的预锻模具加热到425℃，在预锻模具的凹模中放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件；
三、一次终锻：将成形的预锻件进行喷涂石墨乳水溶液润滑，放入箱式加热炉中加热至440℃，并保温2.5小时，同时，将终锻模具放在液压机上加热到125℃后，也在终锻模具型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将喷涂石墨乳水溶液的终锻模具加热到430℃，在终锻模具的凹模中放入预锻件，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件；
四、一次清洗：将第一次终锻件放入清洗池进行清洗，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为30%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨；
五、修伤处理：将清洗后的第一次终锻件，用铲子铲掉凸耳表面的折叠层，一直到未见折叠为止，并在第一次终锻件顶部冲孔；
六、二次终锻：将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到145℃，然后取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷涂石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至440℃，并保温2.5小时，同时，将终锻模具放在液压机上直接加热到135℃后，也在终锻模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将喷涂有石墨乳水溶液的终锻模具加热到430℃，在终锻模具的凹模中放入经上述处理后的第一次终锻件，进行第二次终锻成形，制得第二次终锻件；
七、二次清洗：将第二次终锻件放入清洗池进行清洗，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为25%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨，制得7075铝合金锥形机匣成品。
本实施方式的坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，步骤一中镦粗至Φ240×210，本实施方式步骤五中的冲孔直径150mm。本实施方式各成形阶段得到的产品示意图分别如图12-图17所示。本实施方式得到的成品7075铝合金锥形机匣锻件，具有外表平整，轮廓清晰，凸耳处无折叠现象，流线沿几何外形分布合理的特点，同时铝合金锻件强度高，塑性和韧性好，模锻后的试件经人工时效处理后，锻件纵向抗拉强度达到501.1Mpa，屈服强度达到441.3Mpa，延伸率15%，HB硬度153。锻件横向抗拉强度达到499.2Mpa，屈服强度达到442.5Mpa，延伸率14%，HB硬度152。锻件表面晶粒细小均匀，无粗晶混晶，内部组织致密，流线分布合理。经超声波检测，锻件内部内未见夹杂、气泡、缩孔等缺陷。图18为最终锻件的三维坐标形状尺寸测量图，经测量锻件整体各处尺寸均符合要求。本发明得到的锻件表面晶粒细小均匀一致，而且综合机械性能好。图19为锻件直立高筋部位的纵向剖面图，图中显示，锻件内部金属的流线沿其几何外形分布，与锻件的外部轮廓保持一致，未出现流线紊乱、涡流及穿流现象。图20表明直立高筋部位的金属组织致密均匀。
Claims (10)
1.一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具，其特征在于：所述成形模具包括上模（10）、顶杆（11）和下模（12），下模（12）的上表面的中部由上至下依次加工有模腔（12-1）和顶出孔（12-2），模腔（12-1）和顶出孔（12-2）贯通，模腔（12-1）的形状呈锥形，上模（10）的下表面的中部加工有与模腔（12-1）相配合的冲头（10-1），下模（12）的上表面的边缘上设置有四个凸耳槽（12-4），其中两个凸耳槽（12-4）贴靠设置，剩余两个凸耳槽（12-4）贴靠设置，所述其中两个凸耳槽（12-4）和所述另外两个凸耳槽（12-4）正对设置，模腔（12-1）的内表面上设置有八个长条凹槽（12-5），每两个长条凹槽（12-5）与相应的一个凸耳槽（12-4）相连通，模腔（12-1）的内表面上设置有第一短条凹槽（12-6）和第二短条凹槽（12-7），模腔（12-1）的内表面上还设置有第一凹槽（12-8）和第二凹槽（12-9），上模（10）盖合在下模（12）上，冲头（10-1）伸入模腔（12-1）内，顶杆（11）伸入顶出孔（12-2）内，且顶杆（11）的上表面与模腔（12-1）的底面齐平。
2.根据权利要求1所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具，其特征在于：上模（10）的侧面设置有上卡槽，下模（12）的侧面设置有下卡槽（12-3）。
3.利用权利要求1或2所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形模具实现7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：所述7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法是按照以下步骤实现：
一、制坯：将圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出并在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到100～150℃，并在平砧镦粗模具的型腔表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到420～430℃，坯料进行平砧镦粗，制得成形的坯件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%，坯料的尺寸为Φ190mm×410mm，平砧镦粗至Φ240×210；
二、预锻：将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到100～150℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2.5-3.5小时，同时，将预锻上模（7）和预锻下模（8）放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在预锻下模（8）的预锻模腔（8-1）的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后将预锻上模（7）和喷涂有石墨乳水溶液的预锻下模（8）加热到420℃～430℃，在预锻下模（8）的预锻模腔（8-1）内放入坯件，进行预锻成形，制得成形的预锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
三、一次终锻：将成形的预锻件进行喷涂石墨乳水溶液润滑，放入箱式加热炉中加热至420℃-440℃，并保温2-3小时，同时，将上模（10）和下模（12）放在液压机上加热到100℃～150℃后，也在下模（12）的模腔（12-1）的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模（10）和喷涂石墨乳水溶液的下模（12）加热到420℃～430℃，在下模（12）的模腔（12-1）中放入预锻件，进行第一次终锻成形，制得成形的第一次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
四、一次清洗：将第一次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，清洗池内的清洗液采用质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液和质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液，清洗掉表面的石墨；
五、修伤处理：将清洗后的第一次终锻件，用铰磨和铲子人工铲掉坯件凸耳表面的黑色折叠缺陷，一直到黑色折叠缺陷完全消除为止，并在第一次终锻件顶部冲孔；
六、二次终锻：将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到100℃～150℃，然后取出在其表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷涂石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至420℃～440℃，并保温1.5-2.5小时，同时，将上模（10）和下模（12）放在液压机上直接加热到100℃～150℃后，也在下模（12）的模腔（12-1）的内表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，然后，将上模（10）和喷涂有石墨乳水溶液的下模（12）加热到420℃～430℃，在下模（12）的模腔（12-1）中放入经上述处理后的第一次终锻件，进行第二次终锻成形，通过顶杆（11）将成形件顶出，制得第二次终锻件，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为10%～15%；
七、二次清洗：将第二次终锻件放入清洗池进行清洗，先放入质量百分比浓度为10%的氢氧化钠溶液清洗池，完全浸没5分钟，取出放入80℃的热水池进行清洗，浸没2分钟，取出放入质量百分比浓度为20%-30%的硝酸溶液清洗池进行清洗，浸没5分钟取出，放入室温的水池进行清洗，清洗掉表面的石墨，制得7075铝合金锥形机匣成品。
4.根据权利要求3所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤一中圆柱形7075铝合金坯料先放入箱式加热炉中加热到125℃；喷涂有石墨乳水溶液的坯料放入箱式加热炉中加热至435℃，并保温3小时，同时，平砧镦粗模具在液压机上直接加热到120℃，将喷涂有石墨乳水溶液的平砧镦粗模具加热到425℃。
5.根据权利要求4所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤二中将成形的坯件放入箱式加热炉中加热到140℃，然后，取出在其表面均匀地喷涂上石墨乳水溶液，再将喷涂有石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热炉中加热至420℃，并保温3小时，同时，将预锻上模（7）和预锻下模（8）放在液压机上加热到125℃后，将预锻上模（7）和喷涂有石墨乳水溶液的预锻下模（8）加热到425℃。
6.根据权利要求5所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤三中将成形的预锻件进行喷石墨润滑，放入箱式加热炉中加热至435℃，并保温2.5小时，同时，将将上模（10）和下模（12）放在液压机上加热到130℃后，将上模（10）和喷涂有石墨乳水溶液的下模（12）加热到425℃。
7.根据权利要求4或6所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤六中将修伤处理后的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热到130℃，将喷涂有石墨乳水溶液的第一次终锻锻件放入箱式加热炉中加热至430℃，并保温2小时，同时，将将上模（10）和下模（12）放在液压机上加热到125℃后，将上模（10）和喷涂有石墨乳水溶液的下模（12）加热到425℃。
8.根据权利要求3所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤一中石墨乳水溶液的质量百分浓度为11%～13%。
9.根据权利要求4、5或6所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤四中采用质量百分比浓度为28%的硝酸溶液。
10.根据权利要求9所述的一种7075铝合金锥形机匣等温模锻成形方法，其特征在于：步骤七采用质量百分比浓度为25%的硝酸溶液。
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