CN110153340B - 楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属塑性成形工艺技术领域，提供了一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺，用于成形带阻尼台和榫头的航空发动机叶片；首先采用楔横轧对称加工合金圆棒坯料，得到叶片预成形件，所述叶片预成形件具有不同直径的回转体特征；然后利用等温模锻对所述叶片预成形件进行加工，形成阻尼台、榫头和叶尖等几何特征。本发明具有如下优点：生产效率高，单机每分钟可加工叶片预成形件8~12件；提高了材料利用率可达10%~15%；成形过程少人为干预，工艺稳定性提高；坯料变形均匀可得到细化晶粒，有利于力学性能的提高，楔横轧模具磨损小，服役寿命长。

Description

楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺
技术领域
本发明涉及金属塑性成形工艺技术领域，特别涉及一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺。
背景技术
设计制造大推重比、性能稳定可靠的发动机已成为国内大飞机、高性能军机发展的瓶颈，是国家与国防建设的急需。航空发动机的制造是一项极其复杂的系统工程，其中最核心的部件当属“叶片”。航空发动机工作时，叶片要在十分恶劣的工况中起到能量转换的作用,其性能直接影响发动机的性能和安全。
目前通用的叶片生产工艺为挤压/镦粗和自由锻等。对于前者(挤压/镦粗)很难生产带有阻尼台特征的叶片。后者(自由锻)又存在人工依赖性强、工艺稳定性差和生产效率低等缺点。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺，力学性能提升，生产效率高，工艺稳定性高。
本发明采用如下技术方案：
一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺，用于成形带阻尼台和榫头的航空发动机叶片；首先采用楔横轧对称加工合金圆棒坯料，得到叶片预成形件，所述叶片预成形件具有不同直径的回转体特征；然后利用等温模锻对所述叶片预成形件进行加工，形成阻尼台和榫头。
进一步的，具体包括如下步骤：
S1、根据叶片最终形状和一定余量的叶片飞边体积补偿进行叶片预成形件体积再分配；
S2、根据叶片预成形件进行楔横轧模具反求，并设计模锻成形模具；
S3、将合金圆棒坯料加热至初始轧制温度，保温30～50min确保温度分布均匀；然后将圆棒坯料送入楔横轧机中的楔横轧模具进行轧制得到叶片预成形件，叶片预成形件的阻尼台和榫头部分依据等温模锻需要轧制成不同直径的回转体；
S4、将叶片预成形件进行二次加热至成形温度，并保温30～45min。然后将叶片预成形件送入等温模锻成形模具中，在已经预热并保温的压力机等温模锻型腔中进行锻造，将预成形件锻造出阻尼台、榫头和叶尖几何形状；
S5、切除叶片周围飞边，完成合金叶片塑性成形。
进一步的，步骤S1中，叶片预成形件体积再分配通过等面积原理确定。
进一步的，步骤S1中，按照余量5％～10％进行叶片体积补偿。
进一步的，步骤S3中，楔横轧轧制合金圆形棒料为对称成形，将所得叶片预成形件从对称中心一分为二后进入后续的等温模锻成形工艺。
进一步的，步骤S3中的所述初始轧制温度和步骤S4中的成形温度，均根据成性材料的微观组织演变特点试验确定。例如通常根据两相体积分数、α相形态确定初始轧制温度和成形温度。
进一步的，成形材料为钛合金或高温合金。
进一步的，成形材料为TC4、TC6或GH4169。
一种航空发动机合金叶片，由上述所述的复合工艺制得。
本发明的有益效果为：
1)采用楔横轧工艺可以成形带有阻尼台和榫头特征的航空发动机叶片；
2)楔横轧机转速可调，采用一模两件对称成形，生产效率高，单机每分钟可生产叶片预成形件6～12件；
3)采用楔横轧工艺进行制坯，可根据零件形状随形设计楔横轧模具，最大限度实现坯料精确制坯，从而提高材料利用率。楔横轧加工所得预成形件可平均提高材料利用率10％～15％；
4)与自由锻工艺相比，楔横轧成形过程智能控制少人为干预，工艺稳定性提高；
5)预成形过程中，坯料承受剧烈塑性变形，大应变可细化晶粒，有利于力学性能的提高。
6)与挤压工艺相比，楔横轧模具磨损小，服役寿命长，可显著降低生产成本。
附图说明
图1所示为本发明实施例一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺的流程图。
图2所示为实施例中所涉带阻尼台和榫头的航空发动机压气机TC6钛合金叶片示意图。
图3所示为实例中所涉航空发动机压气机用TC6钛合金叶片预成形件示意图。
图4所示为实例中所涉楔横轧对称成形时一模两件的叶片预成形件示意图。
图5所示为实例中所涉楔横轧模具形状示意图。
图6所示为实例中所涉楔横轧成形所用坯料示意图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。
本发明实施例一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺，用于成形带阻尼台和榫头的航空发动机叶片；首先采用楔横轧对称加工合金圆棒坯料，得到叶片预成形件，所述叶片预成形件具有不同直径的回转体特征；然后利用等温模锻对所述叶片预成形件进行加工，形成阻尼台和榫头。
不失一般性，下面以成形材料TC6为例，详细介绍本发明的复合工艺。
参照图1，一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机用合金叶片的复合工艺，具体包括以下步骤：
1)叶片预成形件体积再分配：参照图2，根据TC6钛合金叶片最终体积，考虑一定余量的飞边体积补偿，基于等面积原理，确定叶片预成形件的等效半径及其他尺寸(图3所示)。
2)反求楔横轧和等温模锻模具：在实际楔横轧成形中采用对称成形，参照图4，进而反求楔横轧模具几何尺寸及模具参数(图5所示)。参照图2所示叶片形状，反求等温模锻型腔的相关几何尺寸。
3)圆棒坯料楔横轧成形：基于等体积原理，根据图4所示预成形件确定TC6钛合金圆棒坯料几何尺寸，并按照工艺要求下料，在中频加热炉中加热至初始轧制温度(870～950℃)，保温40～50min分钟确保温度分布均匀。然后将圆棒坯料(如图6所示)送入楔横轧机中进行轧制得到叶片预成形件。
4)叶片预成形件等温模锻成形：将楔横轧成形所得对称分布的叶片预成形件，将其从轴向对称中心切开后，在表面涂敷润滑液，并进行二次加热锻造温度(915～935℃)，并保温35～40min，然后送入已经预热并保温的压力机等温模锻型腔中进行锻造，将预成形件锻造出阻尼台、榫头和叶尖几何形状。
5)采用水力切割去除叶片周围飞边，得到TC6钛合金叶片。
本发明与现在通用的挤压/镦粗和自由锻等其他叶片预成形工艺相比，具有如下优点：首次将楔横轧/等温模锻成形复合工艺应用于航空发动机合金叶片的制造；生产效率高，单机每分钟可加工叶片预成形件8～12件；提高了材料利用率可达10％～15％；成行过程少人为干预，工艺稳定性提高；坯料变形均匀可得到细化晶粒，有利于力学性能的提高，楔横轧模具磨损小，服役寿命长。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (7)

1.一种楔横轧/等温模锻成形航空发动机合金叶片的复合工艺，其特征在于，所述复合工艺用于成形带阻尼台和榫头的航空发动机合金叶片；所述复合工艺首先采用楔横轧对称加工合金圆棒坯料，得到叶片预成形件，所述叶片预成形件具有不同直径的回转体特征；然后利用等温模锻对所述叶片预成形件进行加工，形成阻尼台、榫头和叶尖；
具体包括如下步骤：
S1、根据合金叶片最终形状和一定余量的飞边体积补偿进行叶片预成形件体积再分配；按照余量5％～10％进行叶片体积补偿；
S2、根据叶片预成形件进行楔横轧模具反求，并设计等温模锻成形模具；
S3、将合金圆棒坯料加热至初始轧制温度，保温30～50min确保温度分布均匀；然后将合金圆棒坯料送入楔横轧机中的楔横轧模具进行轧制得到叶片预成形件，叶片预成形件的阻尼台和榫头部分依据等温模锻需要轧制成不同直径的回转体；
S4、将叶片预成形件进行二次加热至成形温度，并保温30～45min，然后将叶片预成形件送入等温模锻成形模具中，在已经预热并保温的压力机等温模锻型腔中进行锻造，将叶片预成形件锻造出阻尼台、榫头和叶尖几何形状；
S5、切除合金叶片周围飞边，完成合金叶片塑性成形。
2.如权利要求1所述的复合工艺，其特征在于，步骤S1中，叶片预成形件体积再分配通过等面积原理确定。
3.如权利要求1所述的复合工艺，其特征在于，步骤S3中，楔横轧轧制合金圆棒坯料为对称成形，将所得叶片预成形件从对称中心一分为二后进入后续的等温模锻成形工艺。
4.如权利要求1所述的复合工艺，其特征在于，步骤S3中的所述初始轧制温度和步骤S4中的成形温度，均根据成形材料的微观组织演变特点试验确定。
5.如权利要求1-4任一项所述的复合工艺，其特征在于，成形材料为钛合金或高温合金。
6.如权利要求5所述的复合工艺，其特征在于，成形材料为TC4、TC6或GH4169。
7.一种航空发动机合金叶片，由如权利要求1-6任一项所述的复合工艺制得。
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