CN105414435B - 一种7a09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法 - Google Patents
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Abstract
一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法，它涉及一种长壁深筋盒形球头摇臂成形模具及方法，以解决常规锻造制备长壁深筋盒形球头摇臂锻件，存在制坯和成形困难，容易出现折叠、流线紊乱和晶粒粗大的缺陷，且成形后容易发生弹性回复，导致最终成形的铝合金锻件的形状尺寸不合格，性能难以满足使用要求的问题，成形方法的主要步骤是：一、制坯；二、第一次锻造成形；三、冷却；四、一次酸洗；五、一次修伤；六、第二次锻造成形；七、二次酸洗；八、二次修伤；九、终锻成形；十、三次酸洗；十一、锻件热处理；十二、将锻件进行校形处理。本发明用于7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种长壁深筋盒形球头摇臂成形模具及方法，具体涉及一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法。
背景技术
航空用摇臂类锻件普遍带有长壁深筋，成形极易产生折叠缺陷，由于此种特殊的结构在成形过程中极易造成锻件晶粒粗大。此外此类锻件经常带有拐角，这类带有拐角的锻件，在热处理后容易发生弹性回复，锻件由于存于残余应力发生变形，造成形状尺寸不合格。此类锻件一端经常带有的球头，成形也比较困难，容易发生充不满等各种缺陷。由于在生产中，对于此类难以锻造的锻件，经常采用多套模具，热锻生产，由于多次加热，变形程度难以控制，经常造成锻件流线紊乱，晶粒过于粗大，性能难以满足使用要求。
发明内容
本发明为解决常规锻造制备长壁深筋盒形球头摇臂锻件，存在制坯和成形困难，容易出现折叠、流线紊乱和晶粒粗大的缺陷，且成形后容易发生弹性回复，导致最终成形的铝合金锻件的形状尺寸不合格，性能难以满足使用要求的问题，进而提供一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂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7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，它包括上模、下模和多个电加热圈；
上模的下表面具有上模水平面和上模斜面，上模斜面向上倾斜设置，上模水平面和上模斜面上开设有一体成形的上半模腔，上模水平面上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起；
下模的上表面具有下模水平面和下模斜面，下模斜面与上模斜面的倾斜方向一致，下模水平面和下模斜面上开设有一体成形的下半模腔，下模水平面上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起，下模斜面上的模腔内加工有凸棱，上模密封盖合在下模上，上半凸起和下半凸起正对设置，上半凹槽和下半凹槽盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂匹配的成形模腔，上模和下模上分别安装有电加热圈。
本发明的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法的步骤是：
一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；
二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400-440℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到380-410℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200吨～1500吨的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为415-425℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；
四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；
五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200T～1500T的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
七、二次酸洗：将经步骤六得到的铝合金锻件进行酸洗，得到第二次成形锻件半成品；
八、二次修伤：将经步骤七得到的第二次成形半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
九、终锻成形：将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200T～1500T的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
十、三次酸洗：将经步骤九得到的铝合金锻件进行酸洗，得到酸洗成形锻件；
十一、锻件热处理：将步骤十酸洗的成形锻件进行固溶，固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时；
十二、将锻件进行校形处理：步骤十一得到的锻件时效完后，放入箱式加热电阻炉中加热至100℃，通过成形模具再压一次，得到最终成形的7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂。
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7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂锻件，仅使用一套本发明成形装置就可以实现低成本、小型批量化、质量高，使用寿命高的模锻零件生产，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。
三、采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得该锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件，保证了后续锻件的最终成形。
四、本发明通过计算机有限元数值模拟进行工艺、方案和预制坯料的精确设计等，避免了长壁深筋盒形球头摇臂锻件成形过程中较易出现的充不满、折叠和晶粒粗大等缺陷等，成形后出现的弹性翘曲导致的零件形状和尺寸不合格。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。
五、本发明通过热处理后进行的另外一次校形合模锻造，解决了当前长壁深筋盒形球头摇臂锻件容易发生弹性翘曲，导致零件形状和尺寸不符合要求的难题。
六、本发明通过研究固溶时效工艺，使最终成形的锻件抗拉强度达到490MPa，屈服强度达到430MPa，延伸率达到12％。本发明等温模锻方法能有效地提高长壁深筋盒形球头摇臂锻件强度、塑性和韧性，制得的7A09铝合金锻件的抗拉强度达到490MPa，屈服强度达到430MPa，延伸率达到12％。机械性能明显增加，达到了相关要求。
七、本发明生产效率高，模锻时，金属的变形在模腔内进行，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，降低成本；本发明操作简单，劳动强度较低。
八、本发明通过有限元模拟、实验和组织性能的精确调控相结合的方法精确设计每道次成形的坯料和工艺，通过一套模具就成形出了形状尺寸和性能符合要求的锻件。性能达到了较高要求，最终成形的锻件无折叠、无晶粒粗大、无流线紊乱等各种缺陷，满足了使用要求。
附图说明
图1是本发明成形模具的主视结构图，图2是图1的俯视图，图3是图2的K-K向视图，图4是图2的左视图，图5是上模的俯视结构图，图6是图5的A-A向视图，图7是图5的B-B向视图，图8是图5的C-C向视图，图9是图5的D-D向视图，图10是图5的E-E向视图，图11是下模的俯视结构图，图12是图11的主视图，图13是图11的F-F向视图，图14是图11的G-G向视图，图15是图11的H-H向视图，图16是图11的J-J向视图，图17是图16的M处放大图，图18是长壁深筋盒形球头摇臂的俯视结构图，图19是图18的N-N向视图，图20是图19的T向视图，图21是步骤一得到的钣坯件结构示意图，图22是步骤四得到的半成品锻件结构示意图，图23是步骤五得到的半成品锻件结构示意图，图24是步骤七得到的锻件半成品结构示意图，图25是步骤八得到的半成品锻件结构示意图，图26是步骤十得到的酸洗成形锻件的结构示意图，图27是步骤十二得到7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂的结构示意图，图28是采用有限元数值模拟精确设计成形的锻件示意图，图29是采用有限元数值模拟精确设计成形的下模示意图，图30是采用有限元数值模拟精确设计成形的上模示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图17说明，本实施方式的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，它包括上模1、下模2和多个电加热圈3；
上模1的下表面具有上模水平面1-1和上模斜面1-2，上模斜面1-2向上倾斜设置，上模水平面1-1和上模斜面1-2上开设有一体成形的上半模腔1-3，上模水平面1-1上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起1-4；
下模2的上表面具有下模水平面和下模斜面，下模斜面与上模斜面1-2的倾斜方向一致，下模水平面和下模斜面上开设有一体成形的下半模腔2-3，下模水平面上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起2-4，下模斜面上的模腔内加工有凸棱2-5，上模1密封盖合在下模2上，上半凸起1-4和下半凸起2-4正对设置，上半凹槽和下半凹槽盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂5匹配的成形模腔4，上模1和下模2上分别安装有电加热圈3。
如图18-图20说明，本实施方式的长壁深筋盒形球头摇臂5主要包括制成一体的球头5-3、拐角连接板段5-4和主体板段5-5，拐角连接板段5-4的端部固接有球头5-3，拐角连接板段5-4上具有与凸棱2-5相配合的凹形槽5-6，主体板段5-5上开设有通孔5-1，通孔5-1的成形是依靠上半凸起1-4和下半凸起2-4相互挤压成形的，球头5-3是通过成形模腔4上的球形模腔成形的，图19中的截面5-2为上模和下模的分模面。
具体实施方式二：结合图3及图11-图12说明，本实施方式的凸棱2-5为由下模水平面向下模斜面方向逐渐外凸的凸棱，凸棱2-5的横截面的低端至顶端的曲线为平滑过渡的弧形曲线。如此设置，满足设计要求和实际成形长壁深筋盒形球头摇臂的需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图3、图6和图12说明，本实施方式的上模斜面1-2的两个拐角处设置向下延伸的上模定位柱1-6，上模水平面1-1的两个拐角处设置向上凹陷的上模台阶1-7，下模水平面的两个拐角处设置有向上延伸的下模定位柱2-7，下模斜面的两个拐角处设置有向下凹陷的下模台阶2-6，上模1的下表面上加工有一圈上模密封凹槽1-8，下模2的上表面上加工有一圈下模密封凹槽2-8，上模密封凹槽1-8和下模密封凹槽2-8构成密封腔，上模1通过布置在该密封腔内的密封圈密封盖合在下模2上，上模定位柱1-6定位在下模台阶2-6上，下模定位柱2-7定位在上模台阶1-7上。如此设置，有利于上模1和下模2的密封盖合，也有利于上模1和下模2的盖合定位成形。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1-图29说明，本实施方式的利用一种等温模锻成形模具实现7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法是按照以下步骤进行的：
一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；
二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400-440℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到380-410℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1200吨～1500吨的压力，上模1下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为415-425℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；
四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；
五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1200吨～1500吨的压力，上模1下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
七、二次酸洗：将经步骤六得到的铝合金锻件进行酸洗，得到第二次成形锻件半成品；
八、二次修伤：将经步骤七得到的第二次成形半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
九、终锻成形：将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1200吨～1500吨的压力，上模1下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
十、三次酸洗：将经步骤九得到的铝合金锻件进行酸洗，得到酸洗成形锻件；
十一、锻件热处理：将步骤十酸洗的成形锻件进行固溶，固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时；
十二、将锻件进行校形处理：步骤十一得到的锻件时效完后，放入箱式加热电阻炉中加热至100℃，通过成形模具再压一次，得到最终成形的7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂。本实施方式根据零件形状图设计得到锻件图，根据锻件图设计了模具图，根据零件形状尺寸设计了锻件，如图27，根据如图27的锻件采用有限元进行工艺过程的数值模拟，进行了工艺方案和预制坯过程的优化，设计了模具图，如图28的下模2和图29的上模1，根据模拟结果采用了直径为100mm，高度为280mm的挤压棒材。
本实施方式的步骤一得到的钣坯件结构示意图如图21所示，步骤四得到的半成品锻件结构示意图如图22所示，步骤五得到的半成品锻件结构示意图如图23所示，步骤七得到的锻件半成品结构示意图如图24所示，步骤八得到的半成品锻件结构示意图如图25所示，步骤十得到的酸洗成形锻件的结构示意图如图26所示，步骤十二得到7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂的结构示意图如图27所示。
如图18-图20说明，本实施方式得到的长壁深筋盒形球头摇臂5主要包括制成一体的球头5-3、拐角连接板段5-4和主体板段5-5，拐角连接板段5-4的端部固接有球头5-3，拐角连接板段5-4上具有与凸棱2-5相配合的凹形槽5-6，主体板段5-5上开设有通孔5-1，通孔5-1的成形是依靠上半凸起1-4和下半凸起2-4相互挤压成形的，球头5-3是通过成形模腔4上的球形模腔成形的，图19中的截面5-2为分模面。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四的不同点是：步骤二中将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到420℃并保温2.3小时，最后将模具加热到395℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1350吨的压力，上模1下行速度为1.0mm/s，锻造温度为420℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式的与具体实施方式四至五之一不相同的是：步骤六中将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到385℃并保温2.4小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1350吨的压力，上模1下行速度为1.0mm/s，锻造温度为410℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为22％。其它与具体实施方式四或五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不相同的是：步骤九中将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到385℃并保温2.2小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1350吨的压力，上模1下行速度为1.0mm/s，锻造温度为410℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为24％。其它与具体实施方式四至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不相同的是：步骤二中石墨乳水溶液的质量百分浓度为21％。其它与具体实施方式四至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不相同的是：步骤六中石墨乳水溶液的质量百分浓度为23％。其它与具体实施方式四至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式四至九之一不相同的是：步骤九中石墨乳水溶液的质量百分浓度为25％。其它与具体实施方式四至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法是按照以下步骤进行的：
一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；
二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到430℃并保温2.5小时，最后将模具加热到400℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1350吨的压力，上模1下行速度为1.0mm/s，锻造温度为420℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为22％；
三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；
四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；
五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到380℃并保温2.2小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1300吨的压力，上模1下行速度为1.2mm/s，锻造温度为410℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为23％；
七、二次酸洗：将经步骤六得到的铝合金锻件进行酸洗，得到第二次成形锻件半成品；
八、二次修伤：将经步骤七得到的第二次成形半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
九、终锻成形：将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400℃并保温2.5小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模2的下半模腔2-3内，在压力机的作用下向上模1施加1400吨的压力，上模1下行速度为1.2mm/s，锻造温度为415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为25％；
十、三次酸洗：将经步骤九得到的铝合金锻件进行酸洗，得到酸洗成形锻件；
十一、锻件热处理：将步骤十酸洗的成形锻件进行固溶，固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时；
十二、将锻件进行校形处理：步骤十一得到的锻件时效完后，放入箱式加热电阻炉中加热至100℃，通过成形模具再压一次，得到最终成形的7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂。本实施方式通过有限元数值模拟精确设计成形工序和预制坯料、通过弯曲拔长镦粗复合制得长壁深筋盒形球头摇臂锻件坯件。采用一次弯曲、两次拔长、三次镦粗制得该锻件坯件。成形完锻件固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时。
锻件时效完后，为了消除翘曲，回炉加热至100℃，再压一次，压至模具闭合，以保证零件残余应力释放，零件形状尺寸合格。最终性能该锻件抗拉强度达到486MPa，屈服强度达到429MPa，延伸率达到11％。
Claims (10)
1.一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：它包括上模(1)、下模(2)和多个电加热圈(3)；
上模(1)的下表面具有上模水平面(1-1)和上模斜面(1-2)，上模斜面(1-2)向上倾斜设置，上模水平面(1-1)和上模斜面(1-2)上开设有一体成形的上半模腔(1-3)，上模水平面(1-1)上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起(1-4)；
下模(2)的上表面具有下模水平面和下模斜面，下模斜面与上模斜面(1-2)的倾斜方向一致，下模水平面和下模斜面上开设有一体成形的下半模腔(2-3)，下模水平面上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起(2-4)，下模斜面上的模腔内加工有凸棱(2-5)，上模(1)密封盖合在下模(2)上，上半凸起(1-4)和下半凸起(2-4)正对设置，上半凹槽和下半凹槽盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂(5)匹配的成形模腔(4)，上模(1)和下模(2)上分别安装有电加热圈(3)。
2.根据权利要求1所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：凸棱(2-5)为由下模水平面向下模斜面方向逐渐外凸的凸棱，凸棱(2-5)的横截面的低端至顶端的曲线为平滑过渡的弧形曲线。
3.根据权利要求1或2所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：上模斜面(1-2)的两个拐角处设置向下延伸的上模定位柱(1-6)，上模水平面(1-1)的两个拐角处设置向上凹陷的上模台阶(1-7)，下模水平面的两个拐角处设置有向上延伸的下模定位柱(2-7)，下模斜面的两个拐角处设置有向下凹陷的下模台阶(2-6)，上模(1)的下表面上加工有一圈上模密封凹槽(1-8)，下模(2)的上表面上加工有一圈下模密封凹槽(2-8)，上模密封凹槽(1-8)和下模密封凹槽(2-8)构成密封腔，上模(1)通过布置在该密封腔内的密封圈密封盖合在下模(2)上，上模定位柱(1-6)定位在下模台阶(2-6)上，下模定位柱(2-7)定位在上模台阶(1-7)上。
4.利用权利要求1或2所述的一种等温模锻成形模具实现7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：所述7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法是按照以下步骤进行的：
一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；
二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400-440℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到380-410℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1200吨～1500吨的压力，上模(1)下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为415-425℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；
四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；
五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1200吨～1500吨的压力，上模(1)下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
七、二次酸洗：将经步骤六得到的铝合金锻件进行酸洗，得到第二次成形锻件半成品；
八、二次修伤：将经步骤七得到的第二次成形半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；
九、终锻成形：将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1200吨～1500吨的压力，上模(1)下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；
十、三次酸洗：将经步骤九得到的铝合金锻件进行酸洗，得到酸洗成形锻件；
十一、锻件热处理：将步骤十酸洗的成形锻件进行固溶，固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时；
十二、将锻件进行校形处理：步骤十一得到的锻件时效完后，放入箱式加热电阻炉中加热至100℃，通过成形模具再压一次，得到最终成形的7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂。
5.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤二中将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到420℃并保温2.3小时，最后将模具加热到395℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1350吨的压力，上模(1)下行速度为1.0mm/s，锻造温度为420℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％。
6.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤六中将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到385℃并保温2.4小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1350吨的压力，上模(1)下行速度为1.0mm/s，锻造温度为410℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为22％。
7.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤九中将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到170℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到385℃并保温2.2小时，最后将模具加热到380℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1350吨的压力，上模(1)下行速度为1.0mm/s，锻造温度为410℃，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为24％。
8.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤二中石墨乳水溶液的质量百分浓度为21％。
9.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤六中石墨乳水溶液的质量百分浓度为23％。
10.根据权利要求4所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：步骤九中石墨乳水溶液的质量百分浓度为25％。
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