CN106134316B - 大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法 - Google Patents
大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法Info
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Abstract
本发明是一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法，采用自由锻与胎膜锻或V形砧相结合的工艺，其过程包括预成形、用胎膜或V形砧成形、拔长毛坯、冲孔和修正，通过多个火次成形毛坯。本发明用平砧将放在胎膜或V形砧上的预成形毛坯压成弧形，用引棒按照先两边后中间的顺序多次局部压凹成形两凸台；用引棒压扁拔长毛坯，每次拔长后用平砧沿相同的方向将毛坯整平到同一平面上；冲孔时，在已成形的方形区域多个火次双面冲孔。本发明解决了大型复杂构件预制坯时预锻模成本高、设备吨位不能满足，机加工不适宜生产形状复杂的毛坯等困难；并通过锻造成形改善了材料组织性能，提高了材料的利用率，具有工艺简单、现场可操作性强、装备通用性好的特点。
Description
一、技术领域
本发明涉及热加工领域，具体是一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法。
二、背景技术
为了满足航空、航天、兵器、舰船等领域对于提高结构性能、减轻结构重量、缩短生产周期和降低成本的要求，复杂构件整体成形已成为重要的发展方向，同时航空航天飞行器所用的结构件，特别是大型复杂结构件(如大型非对称近环类锻件)，均是在十分恶劣的服役条件下使用。为了保证其使用性能，这些锻件一般都选用价格昂贵的新型结构材料(如钛合金)生产，并且对该类锻件的宏观力学性能和微观组织要求都十分严格。而预制坯的形状、尺寸和性能在很大程度上决定着这类大型复杂整体锻件成形的精度、性能及成形过程能否实现，是生产此类锻件的关键环节之一。
传统成形预制坯的方法通常为：(1)采用型材机加工成形，即将棒材整体拍扁成终锻所要求毛坯厚度尺寸或直接采用等厚板机械加工成形最终毛坯形状的方法。这种方法不适应生产外形复杂的毛坯，而且材料利用率低，切断了金属流线，使得最终锻件的流线外露，降低了抗腐蚀的能力。(2)采用铸造成形，由于毛坯存在偏析、缩孔、裂纹等缺陷，直接影响到最终锻件的性能，导致锻件的使用性能不高。(3)单纯采用自由锻成形，该方法仅适应生产一些小型简单的毛坯，难以成形外形及结构复杂的毛坯。(4)采用预锻模成形，需投入预锻模，使生产成本增加，而且该类零件尺寸大，材料变形抗力大，压力机吨位不能满足要求，使预锻过程无法实施。综上所述，传统方法无法实现大型非对称近环类锻件预成形毛坯的生产或不能满足要求，因此，急需开发大型非对称近环类锻件合理的预制坯成形方法，而目前尚未见到相关报道。
三、发明内容
为克服现有技术中存在的或者无法实现大型非对称近环类锻件预成形毛坯的生产，或者破坏了材料的性能，或者导致材料生产成本增加的不足，本发明提出了一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法。
本发明采用自由锻与胎膜锻相结合，或者以自由锻与V形砧相结合的方法制造大型非对称近环类锻件预制坯，其具体过程是：
a.原材料准备：按计算毛坯的质量增加20％余量下料；在毛坯表面涂敷高温保护涂层；按毛坯的加热规范进行加热、水冷的均匀化处理；将毛坯在加热炉中加热到锻造温度范围；
b.预热平砧和钳口；
c.预成形：通过镦粗、压扁，使毛坯成形为方坯，并利用平砧将方坯修整出所需的大凸台；
d.采用胎膜或V形砧经一个火次或多个火次锻造成形：首先用平砧将放在胎膜上的毛坯压成弧形，使毛坯紧贴胎膜，并修整毛坯；毛坯重新放在胎膜上，将圆柱形引棒重直于毛坯的最大表面放置，在平砧的作用下，引棒按照先两边后中间的顺序多次局部压凹成形两凸台，成形后修整毛坯；
e.拔长毛坯：通过一个火次或多个火次、用引棒沿方坯的宽度方向或方坯长度方向在毛坯的最大表面上局部压扁拔长毛坯，并且每次拔长后用平砧沿相同的方向将毛坯整平到同一平面上；为使毛坯满足成形要求，引棒的运动方向始终垂直于自身轴线方向；并且多个火次拔长毛坯时，除第一次的拔长外，其余各次的拔长都是在两次冲孔之间进行的；
f.冲孔：在已成形的方形区域通过一个火次或多个火次双面冲孔；冲孔时先将毛坯压凹，并将其翻转后固定在下冲头上继续冲孔，毛坯与冲头的装配位置根据最终毛坯要求的圆环体积而定；
g.局部修正、后续机加工，打磨、去毛刺，全部工序完毕。
由于本发明采用自山锻与胎膜锻相结合的技术方案，为制造大型非对称近环类锻件预制坯提供了一种简单可行的成形方法，解决了目前大型复杂构件预制坯时预锻模成本高、设备吨位不能满足，机加工不适宜生产形状复杂的毛坯等困难。本发明通过锻造成形方法改善了材料组织性能，提高了材料的利用率，保证了锻件质量，具有工艺简单实用、现场可操作性强、装备通用性好的特点。
四、具体实施方式
实施例一
本实施例为成形轮廓尺寸1.09×0.97m，重量为75公斤的TA15钛合金整体筋板构件，其预制坯的最终厚度30mm。在毛坯的上方左右两边要求有两个大小不一但高度棚等的凸台，小凸台长度×宽度：140×55mm，大凸台上端宽度为330mm，下端宽度为287mm，高度为376mm：并且紧连两凸台的一侧为一个r＝406mm半圆形的框，框内有d＝634mm的孔。
本实施例中，除冲孔工序足在8000吨压力机上成形，成形速度为1mm/s，其余各工序均用40/45MN快锻机组成形，成形速度10mm/s。全部成形过程需要五个火次完成，各个火次加热到Tβ-40℃保温1小时：每一变形工序毛坯都包裹绝热棉，毛坯包裹绝热棉时：先将毛坯直接保温半小时后再包裹绝热棉保温半小时；用机械手和抛钳搬动和定位毛坯；所用平砧宽600mm，平砧的圆角半径90mm。在成形过程中，需经过修坯、成形、冲孔和局部修整的工序。
实施步骤如下：
步骤一：原材料准备。将TA15钛合金铸锭在快锻机上改锻成Φ340×1600mm的棒料，以改善材料的冶金质量，截取高度672mm、质量为271kg的一段棒材，两端车平，棒材表面需要涂高温保护涂层。为保证原材料的均匀性，截取后的棒材先经过Tβ+30℃/3.5h加热、水冷的均匀化处理，之后棒材在中温箱式电阻炉中经Tβ-40℃/1.4h保温，炉内控制微氧化气氛，垫空加热，毛坯温差≤10℃。
步骤二：预热平砧和钳口，预热温度在250～400℃之间。
步骤三：修坯、成形凸台，需要两个火次，具体是：
第一个火次：毛坯平放在工作台上，沿径向修整毛坯到厚度224mm，使毛坯成形为方形；定义方坯的长边所在的方向为长度方向，短边所在的方向为宽度方向。
第二个火次：平砧垂直于方坯长度方向，在方坯长度方向上长73mm的一角压下成形大凸台，并在工作台上拍扁整形大凸台；继续沿宽度方向成形大凸台，成形后拍扁整形大凸台到厚度180mm，大凸台下端宽度和高度分别为：130mm×166mm。
步骤四：胎膜锻成形毛坯，胎膜半径为300mm，胎膜上端宽542mm。
将毛坯竖立在胎膜上，用平砧对上表面进行整平，然后在上表面中间处压下，形成一凹坑2，并使毛坯整体与胎膜接触：用引棒在上模的上表面沿长度方向局部压下3次，成形一凹弧，压下深度分别为120mm、120mm、140mm；把毛坯放在工作台上用平砧压爪扁整形到厚度200mm。本步骤中压凹工步的次序依次是先压凹毛坯的一边部位，然后压凹毛坯的另一边部位，再压凹毛坯的中间部位。
步骤五：拔长毛坯。将毛坯平放在工作台上，先用平砧沿宽度方向压扁到厚度为140mm；然后用Φ200引棒局部压扁拔长，引棒压下量70mm，送进量为70mm；最后用平砧局部整平毛坯到厚度为33～38mm。本步骤中引棒的轴线与长度方向平行，引棒运动方向为宽度方向；引棒是用机械手夹持放在毛坯上，在上模平砧的作用下对毛坯变形。
步骤六：在毛坯最大表面上双面冲孔工序。
冲头直径540mm，冲头圆角半径20mm，冲孔连皮12mm，先用冲头将放在工作台上的毛坯轻轻压凹20mm，翻转毛坯并将其放在与冲头完全相同的下冲头上，毛坯事先压凹处包住下模冲头，并继续冲孔。本步骤中，毛坯表面的冲孔中心距毛坯圆弧边最下端和与圆弧相邻的长边之间的距离分别为430mm和440mm。至此，已完成了毛坯的成形。
步骤七：局部修正，后续机加工，打磨、去毛刺。全部工序完毕。
实施例二
本实施例为成形轮廓尺寸1.55×1.37m，重量为150公斤的TA15钛合金整体筋板构件，其预制坯的最终厚度43mm。在毛坯的上方左右两边要求有两个等高但大小不一的凸台，小凸台长度×宽度：200×78mm，大凸台上端宽度为466mm，下端宽度为406mm，高度为532mm；并且紧连两凸台的一侧为一个r＝575mm半圆形的框，框内有d＝896mm的孔。
本实施例中，除冲孔工序是在8000吨压力机上成形，成形速度为1mm/s，其余各工序均是用40/45MN快锻机组成形，成形速度10mm/s。全部成形过程要十一个火次完成，各个火次加热至Tβ-40℃保温2小时；每一变形工序毛坯都包裹绝热棉，毛坯包裹绝热棉时：先将毛坯直接保温1h后再包裹绝热棉保温1h；用机械手和抛钳搬动和定位毛坯；所用平砧宽600mm，半砧的圆角半径90mm。在成形过程中，需经过修坯、成形、冲孔和局部修整的工序。
实施步骤如下：
步骤一：原材料准备。将TA15钛合金铸锭在快锻机上改锻成Φ340×1600mm的棒料，以改善材料的冶金质量，截取高度950mm、质量为384kg的一段棒材，两端车平，棒材表面需要涂高温保护涂层。为保证原材料的均匀性，截取后的棒材先经过Tβ+30℃/5h加热、水冷的均匀化处理。之后棒材在中温箱式电阻炉中经Tβ-40℃/2h保温，炉内控制微氧化气氛，垫空加热，毛坯温差≤10℃。
步骤二：预热平砧和钳口，预热温度250～400℃。
步骤三：修坯、成形凸台，需要两个火次，具体是：
第一个火次：沿毛坯轴向镦粗至900mm；然后用抛钳将毛坯平放在工作台上，沿径向修整毛坯到厚度224mm，使毛坯成形为两边稍有鼓肚的方形；定义方坯的长边所在的方向为长度方向，短边所在的方向为宽度方向。
第二个火次：平砧垂直于长度方向，在方坯长度方向上长103mm的一角压下成形大凸台，后在工作台上拍扁整形大凸台：继续沿宽度方向成形大凸台，成形后拍扁整形大凸台到厚度180mm，大凸台下端宽度和高度分别为：179×235mm。
少骤四：在V形砧上成形毛坯，需要两个火次。用能够满足毛坯成形要求的V形砧当作胎膜成形，V形砧顶角110°，下端宽300mm，上端开口宽700mm。
第一个火次：竖立在V形砧上，用平砧对上表面进行整平，然后在上表面中间处压下，形成一凹坑2，并使毛坯整体与V形砧接触；
第二个火次：继续上一步的成形过程，用引棒在上表面沿长度方向局部压下3次，成形一V形凹弧，压下深度分别为120mm，120mm，120mm；后把毛坯放在工作台上用平砧压扁整形到厚度190mm。本步骤中压凹工步的次序依次是先压凹毛坯的一边部位，然后压凹毛坯的另一边部位，再压凹毛坯的中间部位；
第三个火次：用引棒继续上一步的成形过程，沿长度方向局部压下2次，成形一V形凹弧，压下深度分别为80mm，80mm，110mm；后把毛坯放在工作台上用平砧压扁整形到厚度200mm。
步骤五：三个火次拔长毛坯。本步骤中引棒的轴线与长度方向平行，引棒运动方向为宽度方向；且除第一次的拔长外，其余各次的拔长都是在两次冲孔之间进行的，引棒是用机械手夹持放在毛坯上，在上模平砧的作用下对毛坯变形。
第一个火次：毛坯平放在工作台上，先用平砧沿宽度方向压扁到厚度为140mm；然后用Φ300引棒局部压扁拔长，引棒压下量20mm，送进量为100mm；最后用平砧局部整平毛坯到厚度为110mm；
第二个火次：第一次冲孔后，用引棒沿宽度方向的拔长毛坯：之后用平砧先沿长度方向平整，后沿宽度方向整平到厚度为72mm；
第三个火次：第二次冲孔后，用引棒沿宽度方向的拔长毛坯；之后用平砧先沿长度方向平整，后沿宽度方向整平到厚度为45～55mm，最薄处为45mm。
步骤六：在毛坯最大表面上两火次双面冲孔工序，具体是：
第一个火次：冲头直径为460mm，冲头圆角半径20mm，冲孔连皮厚度为12mm。先用冲头将放在工作台上的毛坯轻轻压凹20mm，翻转毛坯并将其放在与冲头完全相同的下冲头上，毛坯事先压凹处包住下模冲头，并继续冲孔。本步骤中，毛坯表面的冲孔中心距毛坯圆弧边最下端和与圆弧相邻的长边之间的距离分别为290mm和300mm。
第二个火次：冲头直径为600mm，冲头圆角半径20mm，冲孔连皮厚度为12mm。先用冲头将放在工作台上的毛坯轻轻压凹20mm，翻转毛坯并将其放在与冲头完全相同的下冲头上，毛坯事先压凹处包住下模冲头，并继续冲孔。本步骤中，毛坯表面的冲孔中心距毛坯圆弧边最下端和与圆弧相邻的长边之间的距离分别为390mm和470mm。
第三个火次：冲头直径760mm，冲头圆角半径20mm，冲孔连皮12mm，先用冲头将放在工作台上的毛坯轻轻压凹20mm，翻转毛坯并将其放在与冲头完全相同的下冲头上，毛坯事先压凹处包住下模冲头，并继续冲孔。本步骤中，毛坯表面的冲孔中心距毛坯圆弧边最下端和与圆弧相邻的长边之间的距离分别为540mm和550mm。至此，已完成了毛坯的成形。
步骤七：局部修正，后继机加工，打磨、去毛刺。全部工序完毕。
Claims (3)
1.一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法，其特征在于以自由锻与胎模锻相结合的方法，或者以自由锻与V形砧相结合的方法成形预制坯，其具体过程是：
a.原材料准备：按计算毛坯的质量增加20％余量下料；在毛坯表面涂敷高温保护涂层；按毛坯的加热规范进行加热、水冷的均匀化处理；将毛坯在加热炉中加热到锻造温度范围；
b.预热平砧和钳口；
c.预成形：通过镦粗、压扁，使毛坯成形为方坯，并用平砧将方坯修整出所需的大凸台；
d.采用胎模或V形砧经一个火次或多个火次锻造成形：首先用平砧将放在胎模或V形砧上的毛坯压成弧形，使毛坯紧贴胎模，并修整毛坯；毛坯置于胎模或V形砧上，将圆柱形引棒垂直于毛坯的最大表面放置，在平砧的作用下，引棒按照先两边后中间的顺序多次局部压凹成形两凸台，成形后修整毛坯；
e.拔长毛坯：通过一个火次或多个火次、用引棒沿方坯宽度方向或方坯长度方向在毛坯的最大表面上局部压扁拔长毛坯，并且每次拔长后用平砧沿相同的方向将毛坯整平到同一平面上；为使毛坯满足成形要求，引棒的运动方向始终垂直于自身轴线方向；当多个火次拔长毛坯时，除第一个火次的拔长外，其余各个火次的拔长都是在两次冲孔之间进行；
f.冲孔：在已成形的方形区域通过一个火次或多个火次双面冲孔；冲孔时先将毛坯压凹，并将其翻转后固定在下冲头上继续冲孔，毛坯与冲头的装配位置根据最终毛坯要求的圆环体积而定；
g.局部修正、后续机加工，打磨、去毛刺，全部工序完毕。
2.如权利要求1所述一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法，其特征在于冲孔工序中上下冲头大小和形状完全相同，且在压力机上定位后两冲头的轴线共线。
3.如权利要求1所述一种大型非对称近环类锻件预制坯的成形方法，其特征在于成形两个凸台时，引棒沿方坯长度方向压下的次序是先压左右两边后压中间。
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| CN113770661A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-10 | 贵阳安大宇航材料工程有限公司 | 一种高筒薄壁环件制备工艺 |
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