CN112338124B

CN112338124B - 一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法及预锻模

Info

Publication number: CN112338124B
Application number: CN202011060592.8A
Authority: CN
Inventors: 斯庆阳; 杨文宇; 潘俊杰
Original assignee: Guizhou Anda Aviation Forging Co Ltd
Current assignee: AVIC Guizhou Anda Aviation Forging Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112338124A

Abstract

本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法及预锻模。所述锻造方法，包括以下步骤：(1)荒型制备；(2)模锻：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，采用传统终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，采用终锻模具、预锻模具交替对荒型进行模压，通过多火次模压成型；(3)热处理；(4)探伤及理化测试。本发明通过采用设计的前翼作动筒支座梁锻件的预锻模与传统终锻模具进行组合锻造，通过预锻、终锻交替的组合锻造成型的方法，解决了传统锻造技术存在的火次多、生产周期长的问题，大大降低了锻件的生产成本，缩短了生产周期。

Description

一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法及预锻模

技术领域

本发明属于锻造技术领域，尤其涉及一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法及预锻模。

背景技术

前翼作动筒支座梁锻件是飞机前翼作动筒重要的支撑部件，平面结构如图1所示，锻件的投影面积达176080mm²(包含毛边桥部)，设计打击吨位22186.06Kg(参照《锻造工艺学及模具设计》教材经验公式G＝α-合金变形抗力系数β-锻件复杂程度系数F件-投影面积),选用设备至少应在20t模锻锤及以上设备。锻件结构特点为筋、腹板交错分布，腹板最薄处为15mm，筋部最高处达97mm，锻件的外形特点及材料特性决定了产品成形存在一定难度。

目前，前翼作动筒支座梁锻件主要采用10t模锻锤设备，电液改造后理论可达12t，属于典型的小设备干大活。前翼作动筒支座梁锻件的传统锻造工序为：锻荒→模压→机加腹板→模压→退火，锻荒的荒形如图2所示，腹板机加时将图1中箭头所指腹板铣至图示尺寸(双面均分)，模压采用的终锻模具根据锻件形状设置，具体锻造工序如下表1所示：

表1传统锻造度工序

工序	加热温度	设备	火次	备注
					锻荒	(T<sub>β</sub>-30)℃	3t自由锻	不超过四火	按图2锻荒
模压	(T<sub>β</sub>-20)℃	10t模锻	一～二火后	/
					机加腹板	/	铣床	/	按图3机加腹板(四处)
模压	(T<sub>β</sub>-20)℃	10t模锻	二火～六火	/
					退火	780℃	中温电炉	/	/

从上表1可知，采用传统锻造工序生产前翼作动筒支座梁锻件，其生产火次最多达到了8火，而前翼作动筒支座梁锻件的工艺要求不超过六火。另外从图1所示的锻件形状分析，由于A、B、C三处腹板均为封闭轮廓，此处多余的料流出来非常困难，采用机加中间坯A、B、C 三处腹板，将多余的料铣掉，从而可降低变形抗力，但是由于此处腹板厚度较小(15～26mm)，再加之接触面积比较大(A、B、C、D四处腹板位置的接触面积约45000mm²)，在锤上锻造时，温度下降也较快，所以即使铣掉大部分多余料，模压火次仍较多且难以打靠，以致模压几火后可能还需加一次机加腹板工序。

综上，传统前翼作动筒支座梁锻件存在的主要问题是产品火次多、腹板机加周期久，浪费人力财力，拖延生产进度。因此，有必要对现有工艺方案进行优化及调整，由于现有设备能力短期内无法改善，唯有尽最大可能优化生产环节，在保质量的前提下提高准时交付的能力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明研究了一种前翼作动筒支座梁锻件的预锻模，采用预锻模与传统终锻模的下模具组成预锻模具进行预锻，通过预锻、终锻交替锻造的方法度锻造成形，不需要进行机加工，大大缩短了生产周期，降低了生产成本，具体是通过以下技术方案实现的：

一种前翼作动筒支座梁锻件的预锻模，预锻模上设置有腹板A、腹板B、腹板C、腹板D，腹板A、腹板B、腹板C并排平行设置，板 A、腹板B、腹板C均设置在腹板D右侧；腹板A、腹板B、腹板C按竖直方向设置成两部分，腹板A设置成腹板A-2、腹板A-1，腹板B 设置为腹板B-2、腹板B-2，腹板C设置为腹板C-2、腹板C-2；腹板 D与腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2间形成筋部Ⅴ，腹板C-2、腹板 B-2间形成筋部Ⅳ，腹板A-2、腹板B-2间形成筋部Ⅲ，腹板C-1、腹板B-1间形成筋部Ⅱ，腹板A-2、腹板B-2间形成筋部Ⅰ。如图3 所示。

优选地，所述腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2、腹板D与筋部Ⅲ、筋部Ⅳ、筋部Ⅴ设置为同等深度，处于同一水平面上。本发明所设计的预锻模如附图4所示。

本发明通过对前翼作动筒支座梁锻件的模锻的模具进行设计研究，将腹板A-2、B-2、C-2、D与筋部Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ设计成同一厚度，在现有设备打击力不足的情况下采取分布锻造的方式，使A-1、B-1、C-1 三处腹板及Ⅰ、Ⅱ两处筋部位置锻造时处于一个开放的空间，减小金属料往外流动阻力，优先使其逐步打靠，同时也能够减少A-2、B-2、 C-2三处腹板及Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ三处筋模压时金属流动的阻力。

一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，包括以下过程：

(1)荒型制备：将钛合金棒材自由锻造成荒型，锻荒不超过四火完成，锻后分散风冷；

(2)模锻：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，采用传统终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，采用终锻模具、预锻模具交替对荒型进行模压，通过多火次模压成型；

(3)热处理：对模压成型的模锻件进行退火处理，制得前翼作动筒支座梁锻件；

(4)探伤及理化测试：对锻造所得锻件进行进行探伤及理化测试。

优选地，所述荒型制备，自由锻的工艺条件为：加热温度为 T_β-30℃，到温装炉，保温时间按0.8min/mm棒材有效厚度计，最长保温时间不超过1.6min/mm棒材有效厚度；采用3t自由锻锤进行锻荒；锻后分散风冷。

优选地，所述步骤(2)，模压成型的过程为：

①模压第一火：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，进行模压；

②模压第二火：采用传统终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，对模压第一火处理后所得的锻件进行模压；

③模压第三火：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，模压第二火处理后所得的锻件进行模压；

④模压第四火：采用终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，对模压第三火处理后所得的锻件进行模压；

⑤后续火次处理：后续火次采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，进行模压。

优选地，所述模压的加热处理条件为：将锻件在T_β-20℃(T_β是指合金材料相变点温度)加热，到温装炉，保温时间按1min/mm模压锻件有效厚度计，最长保温时间不超过2min/mm模压锻件有效厚度，保温后模压，锻后分散风冷。

优选地，所述热处理，退火的工艺条件为：加热温度为810℃，到温装炉，保温时间140～150min，分散风冷。

本发明的有益效果在于：

本发明通过采用设计的前翼作动筒支座梁锻件的预锻模与传统终锻模具进行组合锻造，通过预锻、终锻交替的组合锻造成型的方法，解决了传统锻造技术存在的火次多、生产周期长的问题，大大降低了锻件的生产成本，缩短了生产周期。

附图说明

图1为锻件的平面结构示意图。

图2为传统锻造工序的荒型示意图。

图3为预锻模的腹板设计示意图，将腹板A、腹板B、腹板C按箭头所示的分隔虚线设置为两部分。

图4为本发明设计的预锻模的示意图。

图5为试验件的荒型图，(1)为1号试验件的荒型图，(2)为2 号试验件的荒型图。

图6为二火模压锻件的过切示意，3、4处毛边保留，5处毛边过砌： 1号试验件过切17-21mm,2号试验件过切7-11mm。

图7为三火模压锻件的过切示意，3、4处毛边保留，5处毛边过砌：1号试验件过切32-36mm,2号试验件过切17-21mm。

具体实施方式

下面结核具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。

实施例1预锻模具的设计

一种前翼作动筒支座梁锻件的预锻模，预锻模上设置有腹板A、腹板B、腹板C、腹板D，腹板A、腹板B、腹板C并排平行设置，板A、腹板B、腹板C均设置在腹板D右侧；腹板A、腹板B、腹板C按竖直方向设置成两部分，腹板A设置成腹板A-2、腹板A-1，腹板B设置为腹板B-2、腹板B-2，腹板C设置为腹板C-2、腹板C-2；腹板D与腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2间形成筋部Ⅴ，腹板C-2、腹板B-2间形成筋部Ⅳ，腹板A-2、腹板B-2间形成筋部Ⅲ，腹板C-1、腹板B-1间形成筋部Ⅱ，腹板A-2、腹板B-2间形成筋部Ⅰ；腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2、腹板D与筋部Ⅲ、筋部Ⅳ、筋部Ⅴ设置为同等深度，处于同一水平面上。如附图3、附图4所示。

实施例2翼作动筒支座梁锻件的锻造

下料：具体下料继续信息如表3所示

表3工艺试验件信息

锻造过程：

(1)荒型制备：

锻造设备：3t自由锻锤，加热设备：301厂房电炉；

将样料1(大规格料)、样料2(小规格料)在960℃下(合金的相变点温度为990℃)加热，到温装炉，保温时间按0.8min/mm棒材有效厚度计，最长保温时间不超过1.6min/mm棒材有效厚度；采用3t自由锻锤锻荒，锻荒五火完成，锻后分散风冷；两件试验件的荒型示意图如图5所示。

所获得荒形的实物尺寸、外形与荒型示意图的要求有一定差距，但经实物与模具型腔对比，实物均能覆盖型腔，均可满足模锻要求；对比大规格料、小规格料制备的荒型外形无明显差异。

(2)模锻：

设备：10t模锻锤，301厂房电炉

模锻工艺条件为：加热温度：970℃(合金的相变点温度为990℃)，到温装炉，保温时间按1min/mm模压锻件有效厚度计，最长保温时间不超过2min/mm模压锻件有效厚度；锻后分散风冷；各火次锻锤蓄能器压力为11.5MPa～12MPa。

模锻过程具体如下：

①模压第一火：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，采用该模具按照模锻工艺条件进行模压；模压后两件均欠压约11mm，1号试验件(大规格料)排出的毛边明显比2号试验件(小规格料)要多且局部已充满仓部，需要机加去除毛边后进行后续模压。

②模压第二火：采用传统终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，按照模锻工艺条件对模压第一火处理后所得的锻件进行模压；模压后两件均欠压约6mm，大规格料、小规格料锻制的锻件充满情况差异不大，均未充满。将锻件外缘腹板位置过切(见图6)，减小中间腹板位置的金属料往外流动的阻力。

③模压第三火：采用传统终锻模的上、下模组成终锻模具，按照模锻工艺条件对模压第二火处理后所得的锻件进行模压；模压后锻件仍欠压约6mm，二火后过切位置充满且排出毛边，对比第二火后锻件实物可见充满情况并无改善且垂直尺寸基本不变，说明腹板位置金属排出已非常困难，由此导致两侧筋部难以充满。将所得的锻件外缘腹板位置过切量进一步加大(见图7)，目的是进一步减小中间腹板位置的金属料往外流动的阻力。

④模压第四火：采用采用终锻模的下模与预锻模组成预锻模具，按照模锻工艺条件对模压第三火处理后所得的锻件进行模压；模压后两件锻件均欠压约2.5mm，两侧筋部尖角处未充满，模压后机加去除残余毛边。过切位置未能充满，大头端排出毛边，对比第三火可见预锻模的设置对金属流动有一定作用。

⑤模压第五、六火：后续火次使用传统终锻模具进行模压，六火后两件锻件均欠压约1.5mm，未能打靠，充满情况满足锻件图纸要求，过切位置已充满。

(3)热处理：模锻所得的锻件在810℃加热处理145min，处理后，分散风冷；

(4)探伤及理化：

4.1超声波探伤：按Q/16G GZ10-017进行水浸法(手动)探伤，A 级。探伤结果：2件未见超标显示，杂波水平Φ2.0-12dB，结论：合格。

4.2理化测试:两件试验件理化测试均合格，具体件表4：

表4

实施例3实施效果

1、锻件垂直尺寸对比：

将实施例2锻造所得的两件锻件、传统锻造生产的批产锻件与锻件图垂直尺寸进行对比例，对比数据见表5。从图5中可知，实施例2 生产的锻件与传统锻造工艺生产的锻件均未完全打靠。

表5垂直尺寸对比

2、锻件机加工时及费用统计：

采用锻造工序进行锻造，单件锻件的机加腹板工时约为48h，费用约1500元。采用本发明优化锻造方案完全可以省去机加周期及费用开支，每年按10架份订货数，投产锻件数为21件(该锻件为左、右件通用件，10架份需20件锻件，加1件理化件)，预计可节约机加工时共计1008h(42天)，节约机加费用共计31500元。

3、大规格料试验件、小规格料试验件对比研究：

对比1、2号试验件，从荒型锻制至最终成品，两者在欠压及充满情况上并无明显差异，可以实施精化。传统锻造工艺要求下料重量为 44.8Kg，预计精化后下料重量为42.3Kg，单件节约2.5Kg，节约原材料费用约1200元。按年10架份(锻件投产数量21件)计算，预计每年节约原材料费用共计25200元。

在此有必要指出的是，以上实施例和试验例仅限于对本发明的技术方案做进一步的阐述和理解，不能理解为对本发明的技术方案做进一步的限定，本领域技术人员作出的非突出实质性特征和显著进步的发明创造，仍然属于本发明的保护范畴。

Claims

1.一种前翼作动筒支座梁锻件的预锻模，其特征在于，预锻模上设置有腹板A、腹板B、腹板C、腹板D，腹板A、腹板B、腹板C并排平行设置，腹板A、腹板B、腹板C均设置在腹板D右侧；腹板A、腹板B、腹板C按竖直方向设置成两部分，腹板A设置成腹板A-2、腹板A-1，腹板B设置为腹板B-2、腹板B-1，腹板C设置为腹板C-2、腹板C-1；

所述的腹板D与腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2间形成筋部Ⅴ，腹板C-2、腹板B-2间形成筋部Ⅳ，腹板A-2、腹板B-2间形成筋部Ⅲ，腹板C-1、腹板B-1间形成筋部Ⅰ，腹板A-1、腹板B-1间形成筋部Ⅱ；

所述的腹板A-2、腹板B-2、腹板C-2、腹板D与筋部Ⅲ、筋部Ⅳ、筋部Ⅴ设置为同等深度，处于同一水平面上。

2.采用如权利要求1所述的预锻模所锻造的一种前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，其特征在于，包括以下过程：

(4)探伤及理化测试：对锻造所得的锻件进行探伤及理化测试。

3.如权利要求2所述的前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，其特征在于，所述荒型制备，自由锻的工艺条件为：加热温度为T_β-30℃，到温装炉，保温时间按0.8min/mm棒材有效厚度计，最长保温时间不超过1.6min/mm棒材有效厚度；采用3t自由锻锤进行锻荒；锻后分散风冷。

4.如权利要求2所述的前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，其特征在于，所述步骤(2)，模压成型的过程为：

①模压第一火：采用传统终锻模上、下模组成终锻模具，进行模压；

5.如权利要求4所述的前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，其特征在于，所述模压的加热处理条件为：将锻件在T_β-20℃加热，到温装炉，保温时间按1min/mm模压锻件有效厚度计，最长保温时间不超过2min/mm模压锻件有效厚度，保温后进行模压，锻后分散风冷。

6.如权利要求2所述的前翼作动筒支座梁锻件的锻造方法，其特征在于，所述热处理，退火的工艺条件为：加热温度为810℃，到温装炉，保温时间140～150min，分散风冷。