CN110129626A - 航空叶片压铸工艺 - Google Patents

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范晓刚
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Abstract

本方案公开了航空技术领域的航空叶片压铸工艺，包括以下步骤：(1)准备材料：铝锭、精炼剂、铝铁中间合金和工业硅；(2)制作压铸模具；(3)将称量好的铝锭、工业硅和铝铁中间合金在770℃～790℃的温度下熔化；再将合金温度降到730℃～760℃后扒渣，扒渣时，打渣剂用量为合金重量的0.1％～0.3％；精炼；出炉；(4)压铸：熔炼液压铸前将压铸参数设置为：压射压力8～10MPa；然后将压铸模具预热10min～30min，到达模具工作温度200℃～250℃后进行浇注熔炼液，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；(5)整理；(6)精加工。本方案中的工艺加工周期短，成本低。

Description

航空叶片压铸工艺
技术领域
本发明涉及航空技术领域，特别涉及航空叶片压铸工艺。
背景技术
叶片是航空飞行器内部重要结构件。该叶片呈弧形结构，弧面结构从壁厚1mm过渡到1.5mm。两侧面壁厚从1mm过渡到0.2mm，最小壁厚0.2mm。侧面有两处直径为Φ4的圆柱，厚度分别为2.2mm和1.6mm，中间钻Φ1.6和Φ2.6的孔，两孔公差要求，两孔要求同轴度0.05。
叶片要求抗拉强度200MPa以上。根据该叶片结构及各项性能指标的要求，最小壁厚0.2mm，压铸模设计手册中推荐铝合金压铸件的最小壁厚为0.8mm。目前国内各行业生产主要是由棒料机加工成型，经过铣加工→钻孔→线切割加工成型，每件叶片的加工时长约4小时，加工工作量大。由于该产品年产量较大，由全加工成型生产周期长、加工成本高。
发明内容
本发明意在提供航空叶片压铸工艺，以解决现有技术加工周期长，加工成本高的问题。
本方案中的航空叶片压铸工艺，包括以下步骤：
(1)准备材料：铝锭、精炼剂、铝铁中间合金和直径大小为20mm～40mm的工业硅；
(2)制作压铸模具；
(3)合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅和铝铁中间合金在770℃～790℃的温度下熔化；再将合金温度降到730℃～760℃后扒渣，扒渣时，打渣剂用量为合金重量的0.1％～0.3％；精炼，将扒渣后的合金加热至730℃～760℃得到合金液，将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金液重量的0.15％～0.25％；出炉，合金液精炼完毕后，将合金液浇注成合金锭或者将合金液温度降至720℃～750℃,再将其浇注到浇包送料，得到熔炼液；
(4)压铸：熔炼液压铸前将压铸参数设置为：压射压力8～10MPa；然后将压铸模具预热10min～30min，到达模具工作温度200℃～250℃后进行浇注熔炼液，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
(5)整理：去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、飞边；
(6)精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
本方案的有益效果：由全加工改为压铸成型工艺，压铸是将液态或半液态金属液在高速高压下充填铸型，并在高压下快速凝固而获得铸件的方法。特点：1、压铸件尺寸精度高，表面质量好，表面粗糙度高。2、力学性能好。3、能生产薄壁复杂铸件。4、生产效率高，劳动条件好，易于实现机械化和自动化。5、铸件机械加工余量小或不经机械加工。该技术能节省产品制作周期，实现节能降耗的目的。在工艺上，突破压铸产品最小壁厚0.2～0.8mm。该铸件的圆弧面改为压铸一次成型，由于采用了该设计有点，本发明生产出的压铸件壁厚均匀，表面粗糙度好，产品一致性好，加工余量少，产品只需加工两个精度为0.01mm的孔即可。采用上述工艺，除侧面两个孔加工成型外，其余部位均一次压铸成型，机械加工时长10～15min。因此，本发明与现有技术相比，具有成品率高、节约加工成本及时间成本等优点。
进一步，所述铝锭的材料牌号为Al99.70b。
进一步，工业硅的材料牌号为Si553。
进一步，所述中间合金为铝铁中间合金AlFe20，原材料复验化学成分为Fe≥18％～22％、Cu≤0.1％、Si≤0.2％、Ti≤0.3％、Zn≤0.1％，Al余量。
附图说明
图1为采用本发明中压铸工艺所生产出的航空叶片的三维图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：
航空叶片压铸工艺，具体操作步骤为：
(1)准备材料：铝锭、精炼剂、铝铁中间合金和直径大小为20mm～40mm的工业硅；
(2)制作压铸模具：根据叶片图要求，设计能满足叶片要求的铸件图，再根据设计的铸件图进行压铸模具的设计，最后按模具设计图制作模具。
(3)合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅(规定工业硅可使用的直径大小范围为30mm)、铝铁中间合金和回炉料放入中频炉中，熔化，炉料装完后即可升温，升温到温度770℃。扒渣，用热电偶测量合金温度降到740℃时即可扒渣，打渣剂JYD4的用量为合金重量的0.2％；取样检查化学成分；精炼，用热电偶测量合金温度达到740℃时，用钟罩将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金重量的0.2％。出炉，当合金液精炼完毕后，根据需要浇注合金锭或者使用热电偶测量合金液温度为730℃时,将合金液浇注到浇包送料；清炉，每一炉浇注完毕后，必须彻底清除炉内坩埚壁上的炉渣和附着物；
(4)压铸：采用250T压铸机进行压铸，压铸前将压铸参数设置为：快速位置170mm；压射压力9MPa；快速速度0.5圈；然后将压铸模具预热至170℃，预热时间20min，到达模具工作温度225℃后进行浇注合金，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
(5)整理：待冷却后去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、飞边；
(6)精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
实施例2：
航空叶片压铸工艺，具体操作步骤为：
(1)准备材料：铝锭：铝锭的材料牌号为Al99.70b(Al≥99.70％)，表面整洁呈银白色，无较严重的缩松和缩孔，允许有轻微的夹渣、精炼剂、铝铁中间合金：材料牌号为铝铁中间合金(AlFe20)，原材料复验化学成分(Fe≥18～22％、Cu≤0.1％、Si≤0.2％、Ti≤0.3％、Zn≤0.1％，Al余量)，合金锭表面应无霉斑及油污，无夹杂物，但允许有氧化膜、皱皮和收缩裂纹，断口组织应致密、不允许有明显的熔渣和偏析和直径大小为20mm～40mm的工业硅：块状、表面清洁，断面应清洁，不允许有夹渣、泥土、粉状硅粘结及其它非冶炼过程所带异物、；
(2)制作压铸模具：根据叶片图要求，设计能满足叶片要求的铸件图，再根据设计的铸件图进行压铸模具的设计，最后按模具设计图制作模具。
(3)合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅(规定工业硅可使用的直径大小范围为30mm)、铝铁中间合金和回炉料放入中频炉中，熔化，炉料装完后即可升温，升温到温度780℃。扒渣，用热电偶测量合金温度降到750℃时即可扒渣，打渣剂JYD4的用量为合金重量的0.18％；取样检查化学成分；精炼，用热电偶测量合金温度达到750℃时，用钟罩将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金中的0.18％。出炉，当合金液精炼完毕后，根据需要浇注合金锭或者使用热电偶测量合金液温度为740℃时,将合金液浇注到浇包送料；清炉，每一炉浇注完毕后，必须彻底清除炉内坩埚壁上的炉渣和附着物；
(4)压铸：采用250T压铸机进行压铸，压铸前将压铸参数设置为：快速位置170mm；压射压力9MPa；快速速度0.5圈；然后将压铸模具预热至185℃，预热时间25min，到达模具工作温度235℃后进行浇注合金，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
(5)整理：待冷却后去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、飞边；
(6)精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
通过对压铸的航空叶片进行测试，得出如下数据：
表1压铸件化学成分质量分数(％)
Si Cu Zn Mg Mn Ti Zr Al
11.59 0.17 0.010 0.01 0.07 0.009 0.001 余量
表2力学性能对比
序号 σb δ5
标准要求 ≥220MPa ≥2％
该产品实测值 258MPa 4.2％
对比例：经过铣加工→钻孔→线切割加工成型
表3加工时长对比
组别 生产周期(h)
对比例 4
实施例1 2
实施例2 2.3
结论：本发明生产出的压铸件壁厚均匀、表面粗糙度好、产品一致性好、加工余量少、力学性能好、能生产薄壁复杂逐渐、生产效率高。

Claims (4)

1.航空叶片压铸工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备材料：铝锭、精炼剂、铝铁中间合金和直径大小为20mm～40mm的工业硅；
(2)制作压铸模具；
(3)合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅和铝铁中间合金在770℃～790℃的温度下熔化；再将合金温度降到730℃～760℃后扒渣，扒渣时，打渣剂用量为合金重量的0.1％～0.3％；精炼，将扒渣后的合金加热至730℃～760℃得到合金液，将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金液重量的0.15％～0.25％；出炉，合金液精炼完毕后，将合金液浇注成合金锭或者将合金液温度降至720℃～750℃,再将其浇注到浇包送料，得到熔炼液；
(4)压铸：熔炼液压铸前将压铸参数设置为：压射压力8～10MPa；然后将压铸模具预热10min～30min，到达模具工作温度200℃～250℃后进行浇注熔炼液，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
(5)整理：去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、飞边；
(6)精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
2.根据权利要求1所述的航空叶片压铸工艺，其特征在于：所述铝锭的材料牌号为Al99.70b。
3.根据权利要求2所述的航空叶片压铸工艺，其特征在于：工业硅的材料牌号为Si553。
4.根据权利要求3所述的航空叶片压铸工艺，其特征在于：所述中间合金为铝铁中间合金AlFe20，原材料复验化学成分为Fe≥18％～22％、Cu≤0.1％、Si≤0.2％、Ti≤0.3％、Zn≤0.1％，Al余量。
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