CN109570418A - 一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金筋板矩形锻件的精密成形方法，属于模锻技术领域，该精密成形方法包括在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯；以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件；所述凸台的上表面以斜面过渡到坯料上表面，所述通孔的直径比凹模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm。本发明在坯料中间设置通孔并采用反向加载的方式进行锻造，有利于减小成形时的模压力，同时又可避免出现折迭缺陷，降低切削工作量。

Description

一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法

技术领域

本发明属于模锻技术领域，尤其涉及一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法。

背景技术

随着航空航天工业的发展，对于质轻高强精密锻件，尤其是大型精密锻件的要求日益增加。其中大型精密锻件由于设备吨位和材料塑性限制难以采用冷成形工艺生产，因此等温精密锻造方法得到广泛应用。

筋板类矩形锻件由于投影面积较大，等温精密锻造过程中极易出现模压力过大；同时由于筋板类矩形锻件具有薄腹板和高筋条结构，其模具型腔内金属流动复杂，采用传统的正向加载方式时，在锻件成形前期，边角部分金属会跟随中间金属整体向上翘起(如图1所示)，导致在模具最终闭合阶段，腹板部位外流金属与边角部位金属汇流(如图2所示)，在腹板与边角过渡区出现折迭缺陷，影响锻件成形质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法，本发明提供的成形方法可以防止矩形锻件在成形过程中出现模压力过大的现象，同时有效避免出现折迭缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法，包括：

在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯；以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件；

所述凸台的上表面以斜面过渡到铝合金坯料的上表面，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm。

优选的，所述斜面的倾斜角度为150～165°。

优选的，每个凸台的上表面面积为预制坯上表面面积的5～10％。

优选的，在将所述预制坯放入下模模膛之前，还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。

优选的，对所述预制坯加热的温度为420～460℃，加热的时间为2.0～3.0h。

优选的，对所述预制坯加热前还包括对预制坯进行预热，在预热后的预制坯表面添加润滑剂。

优选的，所述预热的温度为160～180℃。

优选的，对所述模具加热的温度为380～450℃。

优选的，所述锻造的温度为400～450℃。

优选的，所述锻造时，向上模施加的压力为2500～3000吨，上模下行速度为0.8～3.0mm/s。

本发明提供了一种铝合金筋板矩形锻件的精密成形方法，包括在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯；以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件；所述凸台的上表面以斜面过渡到铝合金坯料上表面，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm。本发明在坯料中间部分加工通孔，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm，使得锻造过程中锻件中间部分金属流动空间增大，从而解决矩形锻件成形力过大和充填困难的问题；在坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，所述凸台上表面以斜面过渡到铝合金坯料上表面，按照反向加载的方式进行锻造，即按凸台向下将预制坯放入下模模膛进行锻造，使得锻件底部易产生折迭部位始终与凹模接触，保证各部分金属不发生汇流，从而避免锻件底部腹板与边角交接处产生折迭缺陷。

此外，本发明提供的铝合金筋板矩形锻件的精密成形方法生成效率高，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，降低成本；本发明操作简单，劳动强度低。

附图说明

图1为有限元模拟坯料正向加载成形初期上翘现象示意图；

图2为铝合金筋板矩形锻件采用正向加载底部产生折迭缺陷示意图；

图3为本发明预制坯形状示意图；

图4为本发明坯料反向加载示意图；

图5为对比例1坯料采用正向加载示意图；

图6为实施例1的铝合金筋板矩形锻件照片；

图7为对比例1的铝合金筋板矩形锻件正面照片；

图8为对比例1的铝合金筋板矩形锻件反面照片；

图9为对比例2的矩形锻件示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种铝合金筋板矩形锻件的精密成形方法，包括：

在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯；以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件；

所述凸台的上表面以斜面过渡到铝合金坯料的上表面，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm。

本发明在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯。在本发明中，所述凸台的上表面以斜面过渡到铝合金坯料上表面，即凸台的侧面为斜面，所述斜面的倾斜角度优选为150～165°，进一步优选为155～160°；凸台的上表面优选为平面；每个凸台上表面的面积优选占所述坯料上表面面积的5～10％，进一步优选为7％；每个凸台上表面的面积优选为相等；凸台的高度优选为3～10mm。在本发明中，所述凸台的上表面优选为矩形，所述凸台其中的两个侧面优选与铝合金坯料底面垂直，且与铝合金坯料侧面重合，凸台的另外两个侧面以斜面过渡到铝合金坯料上表面。本发明所述凸台的上表面以斜面过渡到坯料上表面，有利于金属充填均匀。本发明对所述铝合金坯料的具体成分没有特殊要求，采用任意成分的铝合金坯料均可。本发明对所述铝合金坯料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的铝合金坯料即可。本发明对所述预制坯的加工方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的加工方式即可。

本发明在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm，进一步优选为8～10mm。本发明通过在坯料中间部分加工通孔，并控制通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm，能够使得锻造过程中锻件中间部分金属流动空间增大，有利于降低成形压力。本发明所述中间部分可以为铝合金坯料的中心位置，也可以不是中心位置，具体根据最终锻件中通孔的位置确定。本发明对所述加工通孔的加工方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的加工方式即可。本发明得到的预制坯的形状如图3所示，其中：1为凸台，2为通孔，3为铝合金坯料，4为连接凸台上表面与坯料上表面之间的斜面。

得到预制坯后，本发明以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件。本发明通过采用反向加载的方式，即将所述预制坯按照凸台向下的方式放入下模模膛进行锻造，可使锻件底部易产生折迭缺陷部位始终与凹模接触，保证各部分金属不发生汇流现象，避免了锻件底部腹板与边角交接处折迭缺陷的产生，图4为反向加载示意图，其中：3为铝合金坯料，5为上模，6为下模。本发明利用上模和下模闭合时形成闭合型腔，得到所需形状的锻件。本发明在将所述预制坯放入下模模膛之前，优选还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。在本发明中，对所述预制坯加热的温度优选为420～460℃，进一步优选为420～440℃；所述加热的时间优选为2.0～3.0h，进一步优选为2.5h，所述加热时间指的是预制坯达到加热温度后的保温时间。本发明对所述模具加热的温度优选为380～450℃，进一步优选为410～420℃。本发明对所述预制坯和模具的加热方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的加热方式即可。在本发明中，所述锻造的温度优选为400～450℃，进一步优选为410～420℃，由于本发明采用等温精密成形，模具的温度与锻件温度相同，因此所述锻造的温度指的是模具与锻件的温度。

在本发明中，所述预制坯加热前，优选还包括对所述预制坯进行预热，在预热后的预制坯表面添加润滑剂。本发明所述预热的温度优选为160～180℃，进一步优选为170～180℃；本发明优选达到预热温度后立即将预制坯取出，在预热后的预制坯表面添加润滑剂。本发明所述预热温度有利于润滑剂完整均匀的附着于预制坯上。本发明对所述预热的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的预热方式即可。在本发明中，所述润滑剂优选为石墨乳水溶液，所述石墨乳水溶液的质量百分浓度优选为15～20％。本发明对所述润滑剂的用量没有特殊要求，能够起到防止锻件与模具相粘连的效果即可。本发明对所述石墨乳水溶液的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明对所述润滑剂的添加方式没有特殊要求，具体的可采用喷涂的方式。

本发明在锻造过程中，对上模施加压力，在该压力作用下，下模会发生下行；在本发明中，所述锻造时，向上模施加的压力优选为2500～3000吨；上模下行速度优选为0.8～3.0mm/s，进一步优选为1.5～1.8mm/s。本发明通过对上模施加一定的压力，使上模在下行时，挤压金属变形，金属的变形在模腔内进行，当上模和下模完全闭合时，停止锻造，即可获得所需形状的锻件。

锻造完成后，本发明优选还包括采用顶出装置将铝合金筋板矩形锻件取出，进行空冷。本发明对所述顶出装置的结构没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的顶出装置即可。锻件冷却后，本发明优选还包括对冷却后的锻件进行酸洗，去除表面金属氧化皮，清理表面石墨，得到表面处理的铝合金筋板矩形锻件。本发明对所述酸洗的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的酸洗方式即可。

下面结合实施例对本发明提供的铝合金筋板矩形锻件精密成形方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)制坯：将厚80mm的铝合金原材料轧制板材进行机械加工，在坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，凸台的高度为4mm，凸台顶面为矩形平面，凸台两个侧面与底面垂直，与坯料侧面重合，另两个侧面以斜面过渡到坯料表面，斜面倾斜角度为164°，在坯料中间加工直径170mm的通孔，比凹模与通孔对应的约束台的直径大8mm，得到预制坯；

(2)锻造成形：将得到的铝合金预制坯放入箱式加热电阻炉中进行预热，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410℃并保温2小时，最后将模具加热到430℃，将加热好的预制坯凸台向下放入下模的模膛内，在压力机作用下向上模施加2600吨的压力，上模下行速度为1.5mm/s，锻造温度为410℃，当坯件充满模膛后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件；

(3)冷却：将步骤(2)指的的锻件用顶出装置取出，空冷至室温；

(4)酸洗：将冷却后的锻件进行酸洗，去除表面金属氧化皮，清理表面石墨，得到表面处理的铝合金筋板矩形锻件。

对比例1

与实施例1不同的是，采用坯料正向加载的方式进行锻造，即坯料凸台向上进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件。正向加载示意图如图5所示，图5中，3为铝合金坯料，5为上模，6为下模，7为下模与通孔对应的约束台。

对实施例1和对比例1得到的铝合金筋板矩形锻件进行观察，实施例1和对比例1的铝合金筋板矩形锻件正反面照片如图6和图7～8所示。从图6可以看出实施例1采用本发明方法制得的矩形锻件表面光滑，无任何折迭缺陷；而图7和图8显示，对比例1的矩形锻件正面和反面均存在一定的折迭缺陷。

对比例2

与实施例1不同的是，坯料中间不含通孔，其余步骤与实施例1相同。

图9为对比例2得到的矩形锻件示意图，从图中可以看出，锻件中间部分为带有连皮的孔，连皮的出现一方面说明对比例2锻件的投影面积大，模压力大，另一方面连皮的出现会增加切削工作量，增加劳动强度。

而图6显示，实施例1得到的矩形锻件中间部分仍然为通孔，表明在锻造成形时投影面积小，模压力小，同时有利于减少切削工作量。

由以上实施例可知，本发明提供了一种铝合金筋板矩形锻件精密成形方法，在坯料中间设置通孔并采用反向加载的方式进行锻造，有利于减小成形时的模压力，同时又可避免出现折迭缺陷，降低切削工作量。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝合金筋板类矩形锻件的精密成形方法，包括：

在铝合金坯料上表面四个边角部分加工出四个凸台，在所述铝合金坯料中间部分加工通孔，得到预制坯；以凸台向下的方式将所述预制坯放入下模模膛内，采用上模和下模进行锻造，得到铝合金筋板矩形锻件；

所述凸台的上表面以斜面过渡到铝合金坯料的上表面，所述通孔的直径比下模与通孔对应的约束台的直径大5～10mm。

2.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述斜面的倾斜角度为150～165°。

3.根据根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，每个凸台的上表面面积为预制坯上表面面积的5～10％。

4.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，在将所述预制坯放入下模模膛之前，还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。

5.根据权利要求4所述的精密成形方法，其特征在于，对所述预制坯加热的温度为420～460℃，加热的时间为2.0～3.0h。

6.根据权利要求4或5所述的精密成形方法，其特征在于，对所述预制坯加热前还包括对预制坯进行预热，在预热后的预制坯表面添加润滑剂。

7.根据权利要求6所述的精密成形方法，其特征在于，所述预热的温度为160～180℃。

8.根据权利要求4所述的精密成形方法，其特征在于，对所述模具加热的温度为380～450℃。

9.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述锻造的温度为400～450℃。

10.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述锻造时，向上模施加的压力为2500～3000吨，上模下行速度为0.8～3.0mm/s。