CN109676069A - 一种喷嘴壳体精密锻造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种喷嘴壳体精密锻造方法,该方法将锻造分为四个阶段,锻造过程均设计有模具实现精密锻造;本方法中的局部粗镦,即顶锻制坯可以精确控制制坯件的外形尺寸,尺寸精度最高可以达到±0.1mm,且锻造压力机较锻锤更加稳定,精确计算每一工步的变形量,因此能够使锻件流线沿外形均匀分布,制坯件的力学性能得到了很大提高,使得顶端、预锻和终锻工序每一步的变形量精确,提高锻件整体尺寸控制的精度。

Description

一种喷嘴壳体精密锻造方法
【技术领域】
本发明属于精密锻造领域,具体涉及一种喷嘴壳体精密锻造方法。
【背景技术】
喷嘴壳体是连接燃油总管与燃烧室的主要零件,它为燃烧室提供稳定、可靠的燃油。一般喷嘴壳体都要求有足够的强度和刚性,具备抗振动和在燃烧室内承受气流冲击的交变载荷的能力。
喷嘴壳体结构分为三部分,即头部、杆部和安装座,目前多采用模锻方法加工,通常采用自由锻工艺制坯。自由锻工艺是采用横截面积较大的安装座部位的横截面积来确定原材料的棒料直径。然后通过自由锻造用胎模先将棒料进行合理分配,再进行拔长,最后达到杆部横截面积要求。自由锻制坯时,一般采用天然气炉进行加热,不能精确的控制加热温度,得到的制坯件的表面质量也得不到保证;其次,模锻工艺整体加工余量大,机加工周期长。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种喷嘴壳体精密锻造方法;该方法提供了一种根据高温合金材料特性及喷嘴壳体结构而制定的精密锻造方法。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种喷嘴壳体精密锻造方法,包括以下步骤:
步骤1,将高温合金原始棒料加热后放置于制坯模具中,通过锻造压力机进行局部镦粗,冷却后形成顶锻制坯件;
步骤2,将顶锻制坯件加热后放置于预锻模中,通过锻造压力机进行锻造,冷却后形成预锻件;
步骤3,将预锻件加热后放置于终锻模中,通过锻造压力机进行锻造,冷却后形成带毛边的终成形件;
步骤4,将终成形件加热后,去除多余毛边,冷却后得到终锻件;
终锻件为喷嘴壳体,包括头部、杆部和安装座,杆部的两端分别固定连接有头部和安装座;顶锻制坯件和预锻件中的杆部为过程杆部。
本发明的进一步改进在于:
优选的,步骤1中,高温合金原始棒料的加热温度为980℃~1170℃;步骤2中,顶锻制坯件的加热温度为980℃~1160℃;步骤3中,预锻件的加热温度为980℃~1160℃;步骤4中,终成形件的加热温度为980℃~1160℃。
优选的,步骤1中,高温合金原始棒料的加热温度为1120℃~1170℃;步骤2中,顶锻制坯件的加热温度为1120℃~1160℃;步骤3中,预锻件的加热温度为1120℃~1160℃。
优选的,步骤2中,顶锻制坯件的过程杆部在锻造过程中的变形量为20%~40%。
优选的,步骤3中,预锻件的过程杆部在锻造过程中的变形量为30%~45%。
优选的,锻造过程中,头部和过程杆部为无余量锻造。
优选的,所述高温合金原始棒料的材料为镍基高温合金或铁基高温合金。
优选的,高温合金原始棒料、顶锻制坯件、预锻件和终成形件均通过电炉加热。
优选的,所有步骤中的冷却方式均为空冷。
优选的,制坯模具、预锻模和终锻模在使用前预热并在表面喷涂石墨润滑剂。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明公开了一种喷嘴壳体精密锻造方法,该方法将锻造分为四个阶段,锻造过程均设计有模具实现精密锻造;本方法中的局部粗镦,即顶锻制坯可以精确控制制坯件的外形尺寸,尺寸精度最高可以达到±0.1mm,且锻造压力机较锻锤更加稳定,精确计算每一工步的变形量,因此能够使锻件流线沿外形均匀分布,制坯件的力学性能得到了很大提高,使得顶锻、预锻和终锻工序每一步的变形量精确,提高锻件整体尺寸控制的精度。
进一步的,本发明整个锻造过程中均通过电炉加热,可以精确控制加热温度,达到±10℃,进而精确控制了锻件的变形量。
进一步的,本发明限定了顶锻制坯件和预锻件在锻造过程中的变形量,在精确控制过程锻件尺寸的同时,也限制了锻件的形变量,使得锻件内部晶粒形变符合要求。
进一步的,锻件头部及杆部为无余量锻造,无需机加工,且定位基准无需转换,大大缩短了加工周期,加工效率提升2倍以上。
进一步的,本发明的方法主要适用于高温合金,适用性广。
进一步的,本发明的冷却方式均为空冷,为自然冷却方式,符合锻件性能需求。
进一步的,所有的模具在使用前均首先进行预热,防止模具偏冷,对高温的过程件表面质量造成影响;在模具表面喷涂石墨润滑剂,防止模具和过程件之间摩擦力太大,划伤过程件表面。
【附图说明】
图1为本发明的高温合金喷嘴壳体精锻工艺流程图;
图2为本发明的喷嘴壳体顶锻制坯件图;
图3为本发明的喷嘴壳体终成形锻件图;
图4为本发明的喷嘴壳体终成形锻件A-A截面的剖面图;
图5为本发明的喷嘴壳体终成形锻件的左视图。
其中:1-头部;2-杆部;3-安装座;4-过程杆部。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体步骤对本发明做进一步详细描述,参见图1,本发明公开了一种喷嘴壳体精密锻造方法;提供锻造加热炉、锻造压力机、高温合金原始棒料、制坯模具、锻造预成形模具(简称预锻模)、锻造终成形模具(简称终锻模)、切边模具;锻造加热炉为电炉;
参见图3、图4和图5,目标喷嘴壳体包括头部1,杆部2和安装座3,杆部2的两端分别固定连接有头部1和安装座3;参见图2所有过程件在加工过程中的杆部2为过程杆部4。该方法适用于常见的高温合金,如镍基高温合金或铁基高温合金。
结合图1,该喷嘴壳体的精密锻造具体包括以下步骤:
步骤1,将高温合金原始棒料在电炉内加热至980℃~1170℃,该温度优选为1120℃~1170℃,加热在该温度范围后,将高温合金原始棒料放置于制坯模具中;高温合金原始棒料放置于制坯模具中前,需对制坯模具充分加热,模具表面喷涂石墨润滑剂进行润滑,减少因模具温度太低对高温合金原始棒料表面质量的影响;将装有高温合金原始棒料的制坯模具放置于锻造压力机上,然后在锻造压力机上进行局部镦粗,锻后空冷至室温,得到顶锻制坯件(简称顶锻件),如图2所示。
步骤2,将顶锻制坯件在电炉内加热至980℃~1160℃,该温度优选为1120℃~1160℃,加热在该温度范围后,将顶锻制件放置于预热过的预锻模中,将装有顶锻制坯件的预锻模放置于锻造压力机上,然后在锻造压力机上进行预成形锻造,该步骤中杆部2变形量要求20%~40%,锻造后空冷至室温,得到预成形件(简称预锻件)。
步骤3,将预锻件在电炉内加热至980℃~1160℃,该温度优选为1120℃~1160℃,加热在该温度范围后,将预锻件放置于预热过的终锻模中,然后在锻造压力机上进行终成形锻造,该步骤中杆部2变形量要求30%~45%,锻造后空冷,最后得到带毛边的终成形件;
步骤4,将带毛边的终成形件在电炉内加热至980℃~1160℃,然后在曲柄压力机上进行切边,切去多余毛边,得到终成形件(简称终锻件)。
与传统模锻工艺相比,本发明的优点如下:
(1)采用顶锻制坯内部组织及流线分布更加均匀
由于高温合金高温材料的合金化程度高,变形温度范围窄,因此对锻造工艺参数非常敏感。传统自由锻制坯过程中,采用天然气炉进行加热,不能精确的控制加热温度;自由锻锤的打击力不易控制,造成锻件的变形量波动较大,变形抗力不均匀导致锻件内部产生较大热应力,随着打击次数增加,锻件温度持续升高,部分变形再结晶晶粒重新长大,因此流线不易均匀分布,最终降低了制坯件的力学性能;而顶锻制坯采用电炉加热,可以精确控制加热温度,可达到±10℃;精确控制了锻件的变形量,且顶锻设备较锻锤更加稳定,工艺参数可以严格控制,精确计算每一工步的变形量,因此能够使锻件流线沿外形均匀分布,制坯件的力学性能得到了很大提高,同时对后续预锻、终锻工序打下了良好的基础。
(2)外形尺寸精度更高
制坯工艺的尺寸稳定性与一致性是决定终锻工序质量的关键因素,因此对制坯件外形尺寸的控制越精确,最终得到的锻件一致性也越好。传统自由锻制坯采用了粗放式的制坯方法,很难精确控制制坯件的外形尺寸,尺寸精度通常以毫米为单位;而顶锻制坯可以精确控制制坯件的外形尺寸,尺寸精度最高可以达到±0.1mm,保证了预锻、终锻工序精确匹配。
(3)加工余量小,机加工效率高
普通模锻加工余量为单面3mm左右,机械加工周期长,加工效率低下;而本方法采用精密锻造工艺,锻件头部及杆部为无余量锻造,无需机加工,且定位基准无需转换,大大缩短了加工周期,加工效率提升2倍以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,将高温合金原始棒料加热后放置于制坯模具中,通过锻造压力机进行局部镦粗,冷却后形成顶锻制坯件;
步骤2,将顶锻制坯件加热后放置于预锻模中,通过锻造压力机进行锻造,冷却后形成预锻件;
步骤3,将预锻件加热后放置于终锻模中,通过锻造压力机进行锻造,冷却后形成带毛边的终成形件;
步骤4,将终成形件加热后,去除多余毛边,冷却后得到终锻件;
终锻件为喷嘴壳体,包括头部(1)、杆部(2)和安装座(3),杆部(2)的两端分别固定连接有头部(1)和安装座(3);顶锻制坯件和预锻件中的杆部为过程杆部(4)。
2.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,步骤1中,高温合金原始棒料的加热温度为980℃~1170℃;步骤2中,顶锻制坯件的加热温度为980℃~1160℃;步骤3中,预锻件的加热温度为980℃~1160℃;步骤4中,终成形件的加热温度为980℃~1160℃。
3.根据权利要求2所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,步骤1中,高温合金原始棒料的加热温度为1120℃~1170℃;步骤2中,顶锻制坯件的加热温度为1120℃~1160℃;步骤3中,预锻件的加热温度为1120℃~1160℃。
4.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,步骤2中,顶锻制坯件的过程杆部(4)在锻造过程中的变形量为20%~40%。
5.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,步骤3中,预锻件的过程杆部(4)在锻造过程中的变形量为30%~45%。
6.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,锻造过程中,头部(1)和过程杆部(4)为无余量锻造。
7.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,所述高温合金原始棒料的材料为镍基高温合金或铁基高温合金。
8.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,高温合金原始棒料、顶锻制坯件、预锻件和终成形件均通过电炉加热。
9.根据权利要求1所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,所有步骤中的冷却方式均为空冷。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的喷嘴壳体精密锻造方法,其特征在于,制坯模具、预锻模和终锻模在使用前预热并在表面喷涂石墨润滑剂。
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