CN112170773A - 轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其特征在于：根据图纸要求设计待锻造的厚壁的管料的尺寸规格；采用径向精锻机，用锻造锤头进行拉杆零件锻造拔长完成；锻造拔长完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造缩径成型；锻造缩径完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造打扁成型；锻造完成，进行拉杆端部的机加工成型。针对需进行热锻的钛合金拉杆采用径向精密锻造机结合锻前炉内加热、上料感应补热、锻时感应保热的“三热法”工艺实施钛合金整体式拉杆精密径向近净成型锻造。本发明使一体杆在获得形状的同时，提升综合性能，实现成型后少加工的目的。

Description

轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术

技术领域

本发明涉及一种轻合金非回转体异型整体式拉杆的成型加工工艺。

背景技术

飞机结构拉杆广泛应用于固定翼飞机发动机短舱、操纵系统、整流罩、舵面、舱门、起落架等关键部位以及旋翼飞机的旋翼系统和尾桨系统等，随着航空产业对飞机战术机动性能提升的迫切要求，减小飞机整机重量以最大限度提升飞行推重比是关键，因此，采用比强度高的铝合金、钛合金材料是航空关键构件实现高性能轻量化的首选。而为进一步降低重量系数、提高性能和可靠性，在产品结构上往往要求采用整体式、薄壁化、高精度等轻量高效的设计理念。典型的钛合金整体式拉杆如图1、图2所示，整体式拉杆1的结构为中间薄壁结构11(壁厚2mm～3mm)，往两端双耳端头12方向截面积逐渐增厚(壁厚6.5mm～12mm)。

传统加工方法：

1)铝合金非回转体异型整体式拉杆加工方法：

由于铝合金属于轻质高强度、难形变性材料，且产品中间为薄壁结构(2mm～2.5mm)，无法采用常规的锻造方法一次成型，目前主要采用传统“分体加工+组装合体”方法实施整体式成型。其加工方法为：分别加工中间等壁厚回转结构的铝合金连杆和两端接头配件，然后采用螺纹配合方式进行组装合体。

铝合金非回转体异型整体式拉杆加工“分体加工+组装合体”方法存在的主要问题有：

连杆零件为薄壁细长管件(壁厚2～2.5mm，长度1500～1800mm)，需进行大切削量加工，加工难度大，加工后尺寸精度差；

两端接头零件数量多且均为不锈钢或合金材质，加大了产品总体重量；

连杆零件与两端接头零件采用内外螺纹配合方式进行组装合体，降低了产品的承载性能和抗疲劳性能。

2)钛合金非回转体异型整体式拉杆加工方法：

由于钛合金属于轻质高强度、难形变性材料，且产品中间为薄壁结构(2mm～3mm)，钛合金锻造温度窗口期窄(800℃～970℃)，如果直接将拉杆中间等值段部分锻造至最终壁厚尺寸，锻造过程中的由于温降速率快，锻造温度低于終锻温度，将导致锻造抗力骤增，易引发起皱、开裂等成形缺陷，无法直接一次锻造成型。因此目前主要采用传统“切削加工+挤压”方法和“分体加工+焊接合体”方法实施整体式成型。

(1)“切削加工+挤压”方法主要将厚壁管料机加工成中间薄壁结构，往两端方向截面积逐渐增厚形状，再采用挤压方法进行两端缩口和打扁，最后机加工成型。

“切削加工+挤压”方法需进行大切削量加工，钛合金加工成异型截面后将大量切断金属纤维，同时由于钛合金散热性能差导致精密机加工性较差，切削后表面容易产生残余应力，降低产品的承载性能和抗疲劳性能。

(2)“分体加工+焊接合体”方法采用的方式是分别加工两端叉耳结构零件及中间连杆，然后将三个零件焊接合体。

“分体加工+焊接合体”方法由于钛合金焊接熔点高、导热性差，焊缝及近缝区容易产生粗大晶粒，引起焊缝塑性及韧性下降。同时，焊接过程钛合金因难于防止在高温下吸收氢、氧、氮等有害气体，会导致焊缝中含有过量有害气体元素，一方面易形成气孔等缺陷，一方面将引起焊缝应力异常升高，使塑性严重下降焊缝变脆，导致拉杆质量可靠性不足。

发明内容

本发明提供轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其目的是解决现有技术的缺点，使整体式拉杆在获得形状的同时，保留了较为完整的金属流线并优化材料微观组织，提升综合性能，成型后少加工。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：根据图纸要求设计待锻造的厚壁的管料的尺寸规格；

步骤2：采用径向精锻机，用锻造锤头进行拉杆零件锻造拔长完成；

步骤3：锻造拔长完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造缩径成型；

步骤4：锻造缩径完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造打扁成型；

步骤5：锻造完成，进行拉杆端部的机加工成型。

所述轻合金为铝合金。

所述轻合金为钛合金时：

步骤1与步骤2之间还有：

步骤1.1：将待锻造的管料放入锻造加热炉中进行加热，加热至规定温度，然后上料至精锻机3；

步骤1.2：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，精锻机夹爪带动管料进行旋转并轴向往返运动，启动感应线圈进行感应补热；

步骤2中还有：待管料加热至规定温度后，感应线圈补热停止，并退回零点位置，精锻机夹爪带动管料轴向进给至锻造箱内开展锻造拔长，同时启动感应线圈进锻时保热；

步骤3中还有：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，采用感应线圈对拉杆端部进行加热；

步骤4中还有：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，采用感应线圈对拉杆端部进行加热。

本发明的有益之处在于：

本发明提出轻合金整体式拉杆精锻近净成型的技术，同时针对需进行热锻的钛合金拉杆提出了钛合金整体式拉杆“三热法”精锻近净成型的概念，即采用径向精密锻造机结合锻前炉内加热、上料感应补热、锻时感应保热的“三热法”工艺实施钛合金整体式拉杆精密径向近净成型锻造。通过整体式拉杆精锻近净成型方案可实现轻合金整体式拉杆一体化锻造成型，使一体杆在获得形状的同时，保留了较为完整的金属流线并优化材料微观组织，提升综合性能，实现成型后少加工的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为轻合金整体式拉杆主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本发明精锻工序设备工作原理图；

图4为初始的管料剖视图；

图5为锻造拔长后的管料剖视图；

图6为管端锻造缩径后的管料剖视图；

图7为管端锻造打扁后的管料剖视图；

图8为铝合金非回转体异型整体式拉杆初始的管料剖视图；

图9为铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造拔长工艺示意图；

图10为铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造缩径工艺示意图图；

图11为铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造打扁后工艺示意图；

图12为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆初始的管料剖视图；

图13为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆上料至精锻机示意图；

图14为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆感应补热示意图；

图15为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造拔长工艺示意图；

图16为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造缩径工艺示意图；

图17为钛铝合金非回转体异型整体式拉杆锻造打扁后工艺示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。

需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明精锻工序采用四锤头径向精锻机，设备工作原理如图3所示。轴承旋转，管料1’按箭头B方向旋转，四个锻造锤头2高频脉冲往复按箭头C方向进行锻打。采用精确控制的锻造压力(锻造强度小于400Mpa，显著小于变形强度)，使管料1’的外径产生微量变形，通过多次的锻造叠加实现锻造成形。产品锻造的过程主要包括三道锻造加工：如图4所示，初始的管料1’；如图5所示为锻造拔长后的管料1’；图6为管端锻造缩径后的管料1’；图7为管端锻造打扁后的管料1’。

针对钛合金整体式拉杆为确保在锻造温度范围内直接将拉杆中间等值段部分锻造至最终壁厚尺寸，创新性的采用“三热法”进行锻造过程的温度控制，即锻造前在加热炉内加热至始锻温度，上料后在锻造箱前采用感应线圈进行锻造前的感应补热，同时锻造时在锻造箱后面采用感应线圈进行锻造过程的实时补热，将锻造过程的温度稳定在一定范围内，然后采用径向精锻机进行拉杆两端的锻造缩径及锻造打扁成型，实现一次锻造成型。

具体实施例：

A：铝合金非回转体异型整体式拉杆技术实施方法：

步骤1：根据图纸要求设计待锻造的厚壁的管料1’的尺寸规格，如图8。

步骤2：采用径向精锻机3，用锻造锤头2进行拉杆零件锻造拔长完成，如图9。

步骤3：锻造拔长完成后，更换锻造锤头2，然后采用径向精锻机3进行拉杆端部12’的锻造缩径成型，如图10。

步骤4：锻造缩径完成后，更换锻造锤头2，然后采用径向精锻机3进行拉杆端部12’的锻造打扁成型，如图11。

步骤5：锻造完成，进行拉杆端部12’的机加工成型，成为如图1、图2的整体式拉杆1的结构。

B：钛合金非回转体异型整体式拉杆技术实施方法：

步骤1：根据图纸要求设计待锻造的厚壁的管料1’的尺寸规格，如图12。

步骤1.1：将待锻造的管料1’放入锻造加热炉中进行加热，加热至规定温度，然后机器人上料至精锻机3，如图13。

步骤1.2：上料后感应线圈4启动并移动至指定位置，精锻机夹爪31带动管料1’进行旋转并如箭头D进行轴向往返运动，启动感应线圈4进行感应补热，如图14。

步骤2：待管料1’加热至规定温度后，感应线圈4补热停止，并退回零点位置，精锻机夹爪31带动管料1’轴向进给至锻造箱内开展锻造拔长，同时启动感应线圈5进锻时保热，如图15。

步骤3：锻造拔长完成后，更换锻造锤头2，上料后感应线圈5启动并按箭头E和箭头F方向移动至指定位置也即对应拉杆端部12’位置(此时拉杆端部12’尚未进入锤头2之间)，采用感应线圈5对拉杆端部12’进行加热，然后感应线圈5退回零点位置，拉杆端部12’进入锤头2之间，采用径向精锻机3进行拉杆两端12’的锻造缩径成型，如图16。

步骤4：锻造缩径完成后，更换锻造锤头2，上料后感应线圈5启动并按箭头E和箭头F方向移动至指定位置也即对应拉杆端部12’位置(此时拉杆端部12’尚未进入锤头2之间)，采用感应线圈5对拉杆端部12’进行加热，然后感应线圈5退回零点位置，拉杆端部12’进入锤头2之间，然后采用径向精锻机进行拉杆端部12’的锻造打扁成型，如图17。

步骤5：锻造完成，进行拉杆端部12’的机加工成型，成为如图1、图2的整体式拉杆1的结构。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其特征在于：

包括如下步骤：

步骤1：根据图纸要求设计待锻造的厚壁的管料的尺寸规格；

步骤2：采用径向精锻机，用锻造锤头进行拉杆零件锻造拔长完成；

步骤3：锻造拔长完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造缩径成型；

步骤4：锻造缩径完成后，更换锻造锤头，然后采用径向精锻机进行拉杆端部的锻造打扁成型；

步骤5：锻造完成，进行拉杆端部的机加工成型。

2.如权利要求1所述的轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其特征在于：所述轻合金为铝合金。

3.如权利要求1所述的轻合金非回转体异型整体式拉杆精锻近净成型技术，其特征在于：

所述轻合金为钛合金时：

步骤1与步骤2之间还有：

步骤1.1：将待锻造的管料放入锻造加热炉中进行加热，加热至规定温度，然后上料至精锻机3；

步骤1.2：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，精锻机夹爪带动管料进行旋转并轴向往返运动，启动感应线圈进行感应补热；

步骤2中还有：待管料加热至规定温度后，感应线圈补热停止，并退回零点位置，精锻机夹爪带动管料轴向进给至锻造箱内开展锻造拔长，同时启动感应线圈进锻时保热；

步骤3中还有：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，采用感应线圈对拉杆端部进行加热；

步骤4中还有：上料后感应线圈启动并移动至指定位置，采用感应线圈对拉杆端部进行加热。

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