CN109807276B - 一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，它涉及一种长支臂凸耳盘形锻件的成形方法，该方法步骤包括：一、镦粗制坯；二、分料，将圆形坯料通过反复镦拔，镦成一定边长和厚度的方板，然后用压块在方板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，在方板四角锻出一定长度和一定宽度的四个支臂；在坯料中心压一个一定直径和一定深度的球缺窝，使凸耳处圆环部位产生金属堆高聚料；三、等温模锻预锻；四、将预锻得到的锻件清洗，并修伤，为终锻做准备；五、等温模锻终锻。本发明通过通过分料，控制成形过程中极易形成的缺陷，本发明应用于长支臂凸耳盘形锻件的成形，是改善长支臂凸耳盘形锻件缺陷的一种有效方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种长支臂凸耳盘形锻件的成形方法，具体涉及一种通过分料控制长支臂凸耳盘形7075铝合金锻件充不满和折叠的成形方法。
背景技术
长支臂凸耳盘形锻件作为典型构件，在航空航天领域应用广泛，对锻件的承载性能和抗疲劳性能要求高，最终构件必须具有良好的流线分布，不允许流线紊乱和露头，因此这类关键构件必须采用模锻工艺研制和生产，模锻工艺是生产此类锻件的关键性技术。
然而长支臂凸耳盘形锻件的模锻成形难度高，其几何形状复杂，典型该类构件如图1所示，锻件截面形状变化大，分布有四个长支臂和两个短凸耳，且短凸耳位于圆盘根部处，长支臂长度为140mm，凸耳长度为50mm，中心圆盘处截面厚度为50mm，腹板厚度仅10mm，筋高35mm，截面形状尺寸变化大，金属流动复杂易产生对流汇流，极易产生折叠。成形此类锻件，坯料采取板料无法获得沿几何外形分布的金属流线，必须采用挤压棒料。若采用棒料，变形程度非常大，金属必然发生长程流动，常规热模锻方法分料不均最终模锻型腔充填不满，导致锻件尺寸不符合要求，锻件产生严重折叠和充不满等缺陷，难以获得符合要求的锻件。
采用等温模锻工艺和挤压棒料成形，由于金属流动摩擦力大，长支臂必须预先分料。制坯时若长支臂预先分料后，短凸耳就无法预先分料，在后期等温模锻成形时，短凸耳处模具型腔充满必然导致剩余金属在继续模压过程中发生长程流动，致使中心圆环处产生很深的拉深沟，形成严重折叠，如图2和图3所示。即使在后期成形过程中修好折叠，也会破坏锻件的流线，使锻件质量下降，疲劳性能难以达到要求。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，该方法能有效控制长支臂凸耳盘形锻件成形时凸耳充不满和折叠缺陷的形成，解决了此类锻件目前难以成形的问题。
本发明的技术方案是：
一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法包括以下步骤：
一、镦粗制坯，将原始的棒材平砧镦粗成一定高度的圆形坯料；
二、分料，将圆形坯料通过反复镦拔，镦成一定边长和厚度的方板，然后用压块在方板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，在方板四角锻出一定长度和一定宽度的四个支臂；在坯料中心压一个一定直径和一定深度的球缺窝，使凸耳处圆环部位产生金属堆高聚料；
三、预锻，将坯料放入模具进行等温模锻预锻，采用压入式毛坯，使预锻开始时坯料能够占据大部分模具型腔，在模具闭合时型腔刚好完全充满，利用反挤成形，控制金属横向和长程流动，等温模锻预锻的温度为430℃-450℃，预锻时模具不闭合，上模具和下模具之间的间隙为5mm-8mm；
四、将预锻得到的锻件清洗，并修伤，为终锻做准备；
五、终锻，终锻所用模具与预锻相同，在液压机上等温模锻终锻，上模具和下模具闭合，获得满足要求的最终锻件，终锻温度为390℃-420℃。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明申请提出了一种解决长支臂凸耳盘形锻件难以模锻成形，通过精准分料，控制成形过程中极易形成的缺陷（严重折叠和凸耳充不满），从而得到符合要求锻件的一种成形方法。通过镦拔出长支臂后，在坯料中心压一个球缺窝，使凸耳附近的圆环处产生金属堆高聚料，利于金属短程流动，从而补充模锻时凸耳缺料的问题。此外，本发明采用压入式毛坯，利用反挤成形，控制金属横向和长程流动，从而有效避免因金属不可控横向流动造成的流线紊乱问题。通过此方法能有效改善成形缺陷，获得流线良好，强度及延伸率和疲劳性能符合要求的锻件。本发明申请方法可以应用于当前长支臂凸耳盘形锻件的成形，是改善长支臂凸耳盘形锻件缺陷的一种有效方法，填补了当前国内该类型锻件成形领域的空白。
附图说明
图1为从正面看的长支臂凸耳盘形类锻件三维图；
图2为从反面看的长支臂凸耳盘形类锻件三维图；
图3为长支臂凸耳盘形类锻件等温模锻折叠缺陷图；
图4为从正面看的长支臂凸耳盘形类锻件圆盘根部折叠缺陷示意图；
图5为从反面看的长支臂凸耳盘形类锻件圆盘根部折叠缺陷示意图；
图6为本发明精准分料墩拔成方板示意图；
图7为本发明精准分料墩拔成支臂示意图；
图8为本发明精准分料墩拔成方板的实物图；
图9为本发明精准分料墩拔成支臂的实物图；
图10为精准分料压出球缺窝示意图；
图11为图10中压出球缺窝并获得堆高聚料的B-B向视图；
图12为锻模装配二维示意图；
图13为可看到凹模型腔的锻模装配三维示意图；
图14为可看到凸模型腔的锻模装配三维示意图；
图15为上模具示意图；
图16为下模具示意图；
图17为普通镦粗式预锻时坯料与上下模具刚接触示意图；
图18为普通镦粗式预锻时型腔快充满时示意图；
图19为普通镦粗式预锻时金属发生横向流动示意图；
图20为普通镦粗式预锻时形成流线切断示意图；
图21为本发明压入式等温预锻时坯料与上下模具刚接触时的示意图；
图22为本发明压入式等温预锻时型腔快充满时的示意图；
图23为本发明压入式等温模锻时上下模具闭合时的示意图；
图24为本发明终锻后带有飞边的锻件实物图；
图25为本发明终锻后无飞边的锻件实物图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
结合图1和图2说明本发明申请涉及构件为典型长支臂凸耳盘形锻件，结合图3-图5说明，在未采用精准分料控制法等温模锻的情况下，不仅长支臂凸耳盘形锻件由于摩擦力限制金属不易长程流动，在凸耳处充填困难，即使坯料足够，也会使中心的圆环处抽出很深的拉深沟，形成很深的折叠，如图4和图5的A处所示，严重影响锻件的流线分布，导致锻件疲劳性能不符合要求。
结合图6-图16以及图21图25说明，本申请实施方式的一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，通过分料控制长支臂短凸耳盘形锻件凸耳充不满和折叠：
一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法包括以下步骤：
一、镦粗制坯，将原始的棒材平砧镦粗成一定高度的圆形坯料；
二、分料，将圆形坯料通过反复镦拔，镦成一定边长和厚度的方板4，然后用压块在方板四个厚侧面的中间压出四个凹坑5，在方板四角锻出一定长度和一定宽度的四个支臂6；在坯料中心压一个一定直径和一定深度的球缺窝7，使凸耳处圆环部位产生金属堆高聚料8；
三、预锻，将坯料放入模具进行等温模锻预锻，采用压入式毛坯，使预锻开始时坯料能够占据大部分模具型腔，在模具闭合时型腔刚好完全充满，利用反挤成形，控制金属横向和长程流动，等温模锻预锻的温度为430℃-450℃，预锻时模具不闭合，上模具1和下模具2之间的间隙为5mm-8mm；结合图17-图20说明，如果采用普通镦粗式预锻，型腔内空余空间较大，金属多沿横向流动，从而产生流线紊乱甚至型腔中间高筋处流线切断。因此，本申请方式采用压入式坯料等温模锻，结合图21-图23说明，使预锻开始时坯料能够占据大部分模具型腔，在模具闭合时型腔刚好完全充满，从而控制金属横向和长程流动，使材料只能在局部流动，主要产生挤压式变形，避免成形过程中极易形成的流线紊乱及流线切断。步骤三中，在等温模锻预锻之前，将步骤二成形的坯料放入箱式加热炉中加热至100-150℃，取出后在其表面均匀涂抹石墨乳水溶液，再将坯料放入箱式加热炉中加热至440℃，并将模具放在液压机上加热至100-150℃，在模具型腔表面均匀涂抹石墨乳水溶液，再继续加热至430℃，将坯料放入模具进行等温模锻预锻。
四、将预锻得到的锻件清洗，并修伤，为终锻做准备；
五、终锻，终锻所用模具与预锻相同，在液压机上等温模锻终锻，上模具和下模具闭合，获得满足要求的最终锻件，终锻温度为390℃-420℃。
上述实施方式中，经多次实验，采取了以下方案：步骤一中原始棒材的外径为140mm-160mm，长度为360mm-390mm，镦粗成的坯料的高度为80mm-100mm。步骤二中镦拔得到的方板为正方形板，该正方形板的边长L为330mm-340mm，厚度为60mm，用压块在该正方形板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，压块直径为80mm。锻出的支臂的长度K为140mm-150mm，宽度为12mm-14mm。在坯料中心压出的球缺窝7的直径D为90mm-100mm，高度H为25mm-30mm。
为了便于说明本申请实施方式分料控制长支臂凸耳盘形锻件，以一种长支臂凸耳盘形锻件成形过程为例：将原始直径为150mm，高度为390mm的棒材镦粗成高为90mm的坯料，再进行反复镦拔，锻成边长为330mm，厚度为60mm的正方形板，然后用直径80mm的压块在方板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，再使方板坯料周围形成四个支臂，示意图及实物图如图6-图9所示。为了改善成形缺陷，在坯料中心压出一个直径为100mm，高度为30mm的球缺窝，保证预锻时在凸耳处产生金属堆高聚料8，如图11所示。
模锻时在液压机上进行等温模锻制坯，等温模锻预锻温度为430℃-450℃，采用压入式毛坯，利用反挤成形方法有效控制了坯料的变形程度和锻件的流线沿其外轮廓形状的分布，解决了产生流线紊乱、穿流和严重折叠等成形缺陷问题，传统成形得的流线切断缺陷示意图如图17-图20所示。本发明申请压入式模锻及其获得锻件流线示意图如图21-图23所示，锻模装配示意图如图12-图16所示。终锻所用模具与预锻相同，等温模锻终锻的温度为400℃-420℃，得到的带有飞边的锻件如图24所示，经切除飞边，得到如图25的最终锻件。
对锻件热处理（固溶及双级人工时效处理）后，得到无过热、过烧，低倍检查无缺陷，流线良好的锻件。锻件纵向：屈服强度为390MPa，抗拉强度为458MPa，延伸率15%；横向：屈服强度为391MPa，抗拉强度为451MPa，延伸率11%；高度方向：屈服强度为368MPa，抗拉强度为435MPa，延伸率9%，符合相关要求，说明采用此发明方法成形长支臂凸耳盘形锻件是可行的，可以有效改善成形缺陷，得到满足要求的锻件，流线符合要求，疲劳性能达2400小时，锻件性能全面达到使用要求，已在某国产直升机上大规模广泛应用。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (6)
1.一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：它包括以下步骤：
一、镦粗制坯，将原始的棒材平砧镦粗成一定高度的圆形坯料；
二、分料，将圆形坯料通过反复镦拔，镦成一定边长和厚度的方板，然后用压块在方板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，在方板四角锻出一定长度和一定宽度的四个支臂；在坯料中心压一个一定直径和一定深度的球缺窝，使凸耳处圆环部位产生金属堆高聚料；
三、预锻，将坯料放入模具进行等温模锻预锻，采用压入式毛坯，使预锻开始时坯料能够占据大部分模具型腔，在模具闭合时型腔刚好完全充满，利用反挤成形，控制金属横向和长程流动，等温模锻预锻的温度为430℃-450℃，预锻时模具不闭合，上模具和下模具之间的间隙为5mm-8mm；
四、将预锻得到的锻件清洗，并修伤，为终锻做准备；
五、终锻，终锻所用模具与预锻相同，在液压机上等温模锻终锻，上模具和下模具闭合，获得满足要求的最终锻件，终锻温度为390℃-420℃。
2.根据权利要求1所述一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：步骤三在等温模锻预锻之前，将步骤二成形的坯料放入箱式加热炉中加热至100-150℃，取出后在其表面均匀涂抹石墨乳水溶液，再将坯料放入箱式加热炉中加热至440℃，并将模具放在液压机上加热至100-150℃，在模具型腔表面均匀涂抹石墨乳水溶液，再继续加热至430℃，将坯料放入模具进行等温模锻预锻。
3.根据权利要求2所述一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：步骤一中原始棒材的外径为140mm-160mm，长度为360mm-390mm，镦粗成的坯料的高度为80-100mm。
4.根据权利要求3所述一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：步骤二中镦拔得到的方板为正方形板，该正方形板的边长为330mm-340mm，厚度为60mm，用压块在该正方形板四个厚侧面的中间压出四个凹坑，压块直径为80mm。
5.根据权利要求4所述一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：步骤二中锻出的支臂的长度为140mm-150mm，宽度为12mm-14mm。
6.根据权利要求5所述一种长支臂凸耳盘形锻件分料控制成形方法，其特征在于：步骤二中在坯料中心压出的球缺窝的直径为90mm-100mm，高度为25mm-30mm。
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