CN110000324B - 一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，它涉及一种壳体类锻件成形控制方法，该方法步骤包括：一、准备原始坯料；二、镦粗制坯；三、第一次预锻；四、第二次预锻；五、终锻。本发明通过精确制坯和控制变形程度，控制变形速率使难成形的筋条部分金属发生局部流动，以及通过控制中心连皮孔的形状大小和尺寸，来精确控制金属的流动和局部变形程度，解决了折叠、充不满和流线紊乱的问题，成功批量稳定制备该类锻件。
Description
技术领域
本发明涉及一种壳体类锻件成形控制方法，具体涉及一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法。
背景技术
铝合金辐射状筋条壳体构件，作为代表性构件，在航空航天、兵器和汽车领域应用较广。筋条类构件通常分为网格筋条和辐射筋条，均属于难成形模锻件，且筋条一般不允许后续机械加工，对模锻成形精度要求高。普通模锻成形方法很难精密锻造出辐射状筋条，即使勉强成形出辐射状筋条，也由于充填过程金属的对流汇合流动形成折叠缺陷，金属的长程不可控流动导致筋条和腹板相连处流线紊乱，结果最终达不到筋条的形状尺寸精度要求，力学性能下降，难以作为承载关键构件使用。
辐射状筋条壳体锻件，典型锻件如图1和图2所示，壳体外形呈圆盘形，两边带有凸耳，其中有按一定角度分布的12个辐射状筋条，几何形状和结构复杂，对于这些部件的设计要求高，不仅要求锻件具有较高的尺寸和形状精度，而且正面辐射状筋条无机械加工余量，尺寸公差要求0.1mm，其背面仅需少量机械加工。还要求锻件具有很高的理化性能和力学性能，锻件流线沿其几何外形分布，不允许有流线紊乱、涡流及穿流现象。普通模锻成形方法很难精密锻造出辐射状筋条。
对于辐射状筋条壳体锻件，采用等温模锻时金属与模具间能形成一个较为稳定和均匀的温度场，坯料始终在较理想的温度下变形流动，使得坯料具有很好的塑性和流动性能，降低坯料的变形抗力。但即便采用等温模锻，勉强成形出辐射状筋条，也会产生如图3和图4所示充填过程中心圆台和侧壁金属的对流汇合流动形成折叠缺陷，筋条顶部产生图5所示由于充填筋条部分两侧金属流动速度不一致，一侧金属先于另一侧金属充填模膛与后一部分金属对流产生折叠，筋条底部产生如图6所示筋条主体部分已经充满，此时模具继续下压，轴向流动的侧壁金属与径向流动的盘体部分金属汇流产生折叠。由于金属流动情况复杂，除明显折叠外，在荧光检查中往往会发现许多隐蔽的小折叠，这些折叠缺陷均会造成锻件不符合要求。金属的长程不可控流动导致筋条和腹板相连处流线紊乱，结果最终达不到筋条的形状尺寸精度要求，力学性能下降，难以作为承载关键构件使用。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，该方法通过精确制坯和控制变形程度，控制变形速率使难成形的筋条部分金属发生局部流动，以及通过控制中心连皮孔的形状大小和尺寸，来精确控制金属的流动和局部变形程度，模锻最后阶段采用小压力保压使金属产生缓慢变形局部流动来达到解决折叠、充不满和流线紊乱的难题，成功批量稳定制备该类锻件。
本发明的技术方案是：
一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，它包括：
一、准备原始坯料：检查原始棒材，经预处理得到一定规格的棒料；
二、镦粗制坯：将得到的棒料加热至410℃-430℃，并保温80-100分钟，平砧模加热至400℃-450℃，将棒料镦粗至一定规格的饼坯；
三、第一次预锻：使用终锻模具对镦粗得到的饼坯进行等温模锻成形，对坯料及终锻模具加热，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃；
以一定的速度下压至上模和下模之间剩余6mm-8mm间隙，得到第一预锻件，将得到的第一次预锻件碱洗修伤，清除坯料飞边，并在第一次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，控制中心孔的形状和尺寸来控制附近金属的流动，避免金属的长程不可控流动，为第二次预锻做准备；
四、第二次预锻：对第一次压下得到的预锻件以及终锻模具同样进行等温模锻成形，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以一定的速度下压至上模与下模之间剩余2mm-4mm，将得到的第二次预锻件碱洗修伤，切除坯料飞边，在第二次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，控制终锻筋条部分金属的流动；
五、终锻：对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以一定的速度下压至上模和下模留1mm间隙，进行保压，最后模具闭合，得到的终锻件进行碱洗和清除飞边，得到合格的锻件。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明提供了一种解决辐射状筋条壳体锻件在成形时极易形成的折叠、充不满和流线紊乱现象的方法。通过精确制坯、控制变形速率和变形程度有效解决了锻造中充不满、折叠的问题。是一种针对辐射状筋条铝合金壳体类锻件形状较为复杂，性能要求高，由于辐射状筋条的存在，成形过程易形成折叠缺陷导致其成形较为困难的有效方法，该方法通过控制应变速率让金属保持合理流动速度来避免折叠，通过精确制坯，在中心孔部位预留金属变形空间，控制中心孔的形状大小和尺寸，精确控制金属流动，使辐射状筋条部位及易产生折叠部位金属只产生金属局部流动，避免金属长程不可控流动。该方法成形的锻件尺寸精度高、内部组织性能好，流线沿几何外形合理分布，各项性能均达到了设计要求，成功地控制了该类锻件极易形成的折叠缺陷，成功批量稳定制备该类锻件。
附图说明
图1为从正面看的辐射状筋条壳体锻件示意图；
图2为从背面看的辐射状筋条壳体锻件示意图；
图3为圆盘底部折叠示意图；
图4为圆盘顶部折叠示意图；
图5为筋条顶部折叠示意图；
图6为筋条底部折叠示意图；
图7为实施例中2A12铝合金镦粗后得到的锻坯示意图；
图8为终锻上模示意图；
图9为终锻下模示意图；
图10为第一次预锻件示意图；
图11为不开设中心孔后切断筋条部位与腹板部位相连接处形成严重折叠的示意图；
图12为第一次预锻得到具有折叠缺陷的坯料图；
图13为第二次预锻件示意图；
图14为终锻件示意图；
图15为最终成形获得的锻件示意图。
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。
一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，它包括：
一、准备原始坯料：检查原始棒材，经预处理得到一定规格的棒料；
二、镦粗制坯：将得到的棒料加热至410℃-430℃，并保温80-100分钟，平砧模加热至400℃-450℃，将棒料镦粗至一定规格的饼坯；
三、第一次预锻：使用终锻模具对镦粗得到的饼坯进行等温模锻成形，对坯料及终锻模具加热，上模1和下模2的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃；
以一定的速度下压至上模1和下模2之间剩余6mm-8mm间隙，得到第一次预锻件，将得到的第一次预锻件碱洗修伤，清除坯料飞边，并在第一次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，精确控制中心孔的形状和尺寸来控制附近金属的流动，避免金属的长程不可控流动，为第二次预锻做准备；如果不加工中心孔，不控制中心孔的形状和尺寸，筋条部位金属在充满后，随着模具继续下压，金属必然发生长程横向流动，从而切断筋条部位与腹板部位相连接处流线，以及形成严重的折叠，如图11所示，图11示意筋条与腹板相连处有金属长程流动形成的折叠；
四、第二次预锻：对第一次压下得到的预锻件以及终锻模具同样进行等温模锻成形，上模1和下模2的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以一定的速度下压至上模1与下模2之间剩余2mm-4mm，将得到的第二次预锻件碱洗修伤，切除坯料飞边，并在第二次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，控制终锻筋条部分金属的流动；
五、终锻：对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模1和下模1的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以一定的速度下压至上模1和下模2留1mm间隙，进行保压，最后模具闭合，得到的终锻件进行碱洗和清除飞边，得到合格的锻件；在终锻过程进行保压，是为了让金属发生缓慢变形和局部流动，避免金属快速变形和远距离流动，产生折叠，从而造成锻件报废。
上述实施方式中，步骤一中原始棒材，用锯床进行下料，车掉外皮粗晶环，得到一定规格的棒料。如此处理，便于后续坯料的制备和锻件的形成。
在步骤二镦粗制坯中，将棒料加热至420℃保温时间90分钟。作为一种优选方案，镦粗后高度为30-35mm。便于后续预锻成形。
在第一次预锻后的预锻件碱洗，发现有图11的折叠缺陷，需要进行折叠修伤，清除坯料飞边，通过控制金属连皮孔的形状大小和尺寸，来控制金属充填筋条部分的流动，为第二次预锻做准备。
第一次预锻的等温模锻成形时，上模1下压速度为12.8mm/s至上模1与下模2之间剩余6mm-8mm，此时吨位约为2200吨。通过控制应变速率让金属保持合理流动速度来避免折叠，通过精确制坯，在第一次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，通过中心孔的形状大小和尺寸，一方面预留金属变形空间可以容纳多余金属，另一方面避免金属充满辐射状筋条后，在继续下压过程中，金属发生长程横向流动形成严重的折叠缺陷。
在第二次预锻后的预锻件碱洗，发现有折叠缺陷，需要进行折叠修伤，清除坯料飞边，通过控制金属连皮流动来控制金属充填筋条部分的流动，为终锻做准备，第二次预锻的等温模锻成形时，上模1下压速度为5mm/s至上模1与下模2之间剩余2mm-4mm，此时吨位约为1900吨。通过进一步控制应变速率让金属保持合理流动速度来避免折叠，通过精确制坯，在第二次预锻件连皮部位中间加工一定直径的中心孔，在中心孔部位预留金属变形空间来容纳金属和控制金属的流动。
在步骤五中，因对锻件反复修伤导致其在第二次预锻中无法充满型腔，所以在终锻中采用小压力保压使金属缓慢变形，局部流动可以充满型腔，避免产生任何折叠，满足锻件尺寸要求。采取了对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模1和下模2的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以一定的速度下压至上模1和下模2留1mm间隙，进行保压，得到的终锻件经过碱洗和清除飞边的措施，得到如图15所示合格的锻件。具体以上模下压速度为5mm/s进行终锻，此时吨位约为1500吨，通过进一步控制应变速率让金属保持合理流动速度来避免折叠，确保了内部组织性能好，流线沿几何外形合理分布，各项性能均达到了设计要求。
实施例1
一、准备原始坯料：初步检查原始的挤压棒材，用锯床进行下料，车掉外皮粗晶环，得到Φ235mm×60mm的棒料；
二、镦粗制坯：将Φ235mm×60mm的棒料加热至420℃保温时间90分钟，模具平砧模加热至400℃-450℃，镦粗至图7所示的Φ320mm×30mm的饼坯；
三、第一次预锻：使用图8所示的上模1和图9所示的下模2形成的终锻模具对镦粗得到的尺寸为Φ320mm×30mm的2A12(LY12)饼坯进行成形，对坯料及上模1和下模2加热，上模1和下模2温度区间为400℃-450℃，坯料温度约为410℃-430℃；
以12.8mm/s的速度上模1下压至上模1和下模2之间剩余6-8mm，此时吨位2200吨，得到第一次预锻件，将得到的第一次预锻件碱洗，发现有图12所示的折叠缺陷，进行折叠修伤，清除坯料飞边，如图10所示，在得到的第一次预锻件连皮中间部位加工Φ70mm的圆孔，精确控制该中心连皮圆孔的形状和尺寸，来控制金属流动，控制充填筋条部分的流动，为第二次预锻做准备；
四、第二次预锻：对第一次下压得到的预锻件以及模具同样进行保温，上模1和下模2温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃。以5mm/s下压至上模1和下模2之间的间隙剩余2-4mm左右，此时吨位为1900吨，将得到的锻件碱洗修伤，过程与步骤三相同，切除坯料飞边，在步骤四得到的图13所示第二次预锻件中间部位加工出Φ20mm的圆孔，控制最终终锻筋条部分金属的流动；
五、终锻：对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模1和下模2温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以2mm/s的速度进行终锻，上模1和下模2具留有1mm间隙进行保压，吨位1500吨，最后模具闭合，得到的终锻件进行碱洗和清除飞边，得到合格的锻件。在终锻中采用小压力保压使金属缓慢局部流动可以充满型腔，避免产生任何折叠，满足锻件尺寸要求。得到图14所示终锻件后进行碱洗和清除飞边，就可以得到合格的图15所示锻件。
实施例2
一、准备原始坯料：初步检查原始的挤压棒材，用锯床进行下料，车掉外皮粗晶环，得到Φ235mm×60mm的棒料；
二、镦粗制坯：将
的棒料加热至420℃保温时间90分钟，模具平砧模加热至425℃，镦粗至图7所示的Φ320mm×30mm的饼坯；
三、第一次预锻：使用图8所示的上模1和图9所示的下模2形成的终锻模具对镦粗得到的尺寸为
的2A12(LY12)饼坯进行成形，对坯料及上模1和下模2加热，上模1和下模2温度区间为425℃，坯料温度为420℃；
以12.8mm/s的速度上模1下压至上模1和下模2之间剩余7mm，此时吨位2200吨，得到第一次预锻件，将得到的第一次预锻件碱洗，发现有图12所示的折叠缺陷，进行折叠修伤，清除坯料飞边，如图10所示，在得到的第一次预锻件连皮中间部位加工
的圆孔，精确控制该中心连皮圆孔的形状大小和尺寸，来控制金属流动，避免金属发生横向长程流动，来控制充填筋条部分的流动，为第二次预锻做准备；
四、第二次预锻：对第一次下压得到的预锻件以及模具同样进行保温，上模1和下模2温度区间为400℃-450℃，坯料温度为420℃。以5mm/s下压至上模1和下模2之间的间隙剩余3mm左右，此时吨位为1900吨，最后模具闭合，得到的终锻件进行碱洗和清除飞边，得到合格的锻件，过程与步骤三相同，切除坯料飞边，在步骤四得到的图13所示第二次预锻件中间部位加工出Φ20mm的圆孔，控制最终终锻筋条部分金属的流动；
五、终锻：对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模1和下模2温度区间为400℃-450℃，坯料温度为420℃。以2mm/s的速度进行终锻，上模1和下模2具留有1mm间隙进行保压，吨位1500吨。在终锻中采用小压力保压使金属缓慢局部流动可以充满型腔，避免产生任何折叠，满足锻件尺寸要求。得到图14所示终锻件后进行碱洗和清除飞边，就可以得到合格的图15所示锻件。
实施例1和实施例2得到的合格的锻件，锻件指标屈服强度均360MPa以上(要求310MPa)，抗拉强度450MPa以上(要求420MPa)，延伸率10％以上(要求7％)，符合要求，已经批量稳定生产大规模应用。
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 (7)
1.一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：它包括：
一、准备铝合金原始坯料：检查原始棒材，经预处理得到Φ235mm×60mm的棒料；
二、镦粗制坯：将得到的棒料加热至410℃-430℃，并保温80-100分钟，平砧模加热至400℃-450℃，将棒料镦粗至Φ320mm×30mm的饼坯；
三、第一次预锻：使用终锻模具对镦粗得到的饼坯进行等温模锻成形，对坯料及终锻模具加热，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃；
以12.8mm/s的速度下压至上模和下模之间剩余6mm-8mm间隙，得到第一预锻件，将得到的第一次预锻件碱洗修伤，清除坯料飞边，并在第一次预锻件连皮部位中间加工Φ70mm的圆孔，控制中心孔的形状和尺寸来控制附近金属的流动，避免金属的长程不可控流动，为第二次预锻做准备；
四、第二次预锻：对第一次压下得到的预锻件以及终锻模具同样进行等温模锻成形，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以5mm/s的速度下压至上模与下模之间剩余2mm-4mm，将得到的第二次预锻件碱洗修伤，切除坯料飞边，在第二次预锻件连皮部位中间加工Φ20mm的圆孔，控制终锻筋条部分金属的流动；
五、终锻：对第二次预锻件以及终锻模具进行加热保温，上模和下模的温度区间为400℃-450℃，坯料温度为410℃-430℃，以2mm/s的速度下压至上模和下模留1mm间隙，进行保压，保压压力为1500吨，最后模具闭合，得到的终锻件进行碱洗和清除飞边，得到合格的锻件。
2.根据权利要求1所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：检查原始棒材，用锯床进行下料，车掉外皮粗晶环，得到棒料。
3.根据权利要求2所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：棒料加热至420℃保温时间90分钟。
4.根据权利要求3所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：步骤三的上模和下模的温度为425℃，坯料温度为420℃。
5.根据权利要求4所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：步骤四的上模和下模的温度为425℃，坯料温度为420℃。
6.根据权利要求5所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：步骤五的上模和下模的温度为425℃，坯料温度为420℃。
7.根据权利要求1或2所述一种辐射状筋条壳体类锻件等温模锻成形控制方法，其特征在于：步骤三、步骤四和步骤五中上模和下模的温度均为425℃，坯料温度均为420℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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