CN112427596B - 一种模锻件成型工装组及基于有限元分析法的成型工艺 - Google Patents

一种模锻件成型工装组及基于有限元分析法的成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种模锻件成型工装组，主要包括：第一模组、第二模组和第三模组，所述第一模组由第一上模和第一下模组成，所述第一下模处设置有第一仿形台阶；所述第二模组由第二上模和第二下模组成，所述第二上模的下部设置有第二冲头，所述第二下模处依次设置有第二仿形台阶A、第二仿形台阶B和第二仿形台阶C，所述第二下模的中部设置有第二圆孔；所述第三模组由第三上模和第三下模组成，所述第三上模的下部设置有第三冲头，所述第三下模处依次设置有第三仿形台阶A、第三仿形台阶B和第三仿形台阶C，所述第三下模的中部设置有第三圆孔；本发明还公开了一种基于有限元分析法的模锻件的成型工艺。本发明能够提高原材料利用率及产品合格率。

Description

一种模锻件成型工装组及基于有限元分析法的成型工艺
技术领域
本发明涉及航空发动机模锻件制造领域，尤其是涉及一种模锻件成型工装组及基于有限元分析法的成型工艺。
背景技术
航空发动机模锻件设计复杂，锻造成型困难，为保证机加工余量，锻件设计时增加原材料，以至于原材料利用率低，导致多余金属材料流动不均匀，造成飞边严重、打压力增加等附加问题；同时由于一些难成型的金属材料在成型过程中流动性差，设计时不能精确地分析在模腔中金属材料的流动规律，因此给模锻件的精确设计增加了难度。
现有的锻造技术存在以下不足：1、原材料利用率低；2、机加工余量不足，产品报废率高；3、传统经验不能精确预估难成型模锻件成型特点，导致材料分布不均，局部成型困难，局部飞边严重。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种模锻件成型工装组及基于有限元分析法的成型工艺，结合有限元分析软件对工装设计及成型过程进行分析，预测锻件难成型部位金属材料流动情况，根据模拟结果优化坯料设计，从而提高原材料利用率及产品合格率。
本发明的主要内容包括：一种模锻件成型工装组，主要包括：第一模组、第二模组和第三模组，
所述第一模组由第一上模和第一下模组成，所述第一下模处设置有第一仿形台阶；
所述第二模组由第二上模和第二下模组成，所述第二上模的下部设置有第二冲头，所述第二下模处依次设置有第二仿形台阶A、第二仿形台阶B和第二仿形台阶C，所述第二下模的中部设置有第二圆孔；
所述第三模组由第三上模和第三下模组成，所述第三上模的下部设置有第三冲头，所述第三下模处依次设置有第三仿形台阶A、第三仿形台阶B和第三仿形台阶C，所述第三下模的中部设置有第三圆孔。
优选地，所述第二冲头设置为圆锥体且其下部设置有直径小于第二冲头底端的凸部。
优选地，所述第三冲头设置为圆柱体且其下部设置有导向斜边。
本发明还公开了一种基于有限元分析法的模锻件的成型工艺，包括如下步骤：
S1、下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料；
S2、预成型一：根据有限元分析软件对制坯过程进行分析，分析结果呈现预成型坯料在膜腔中填充无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型一制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第一模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第一模组中压制成型、操作时间小于180s，得到下端有台阶的圆饼形预成型坯料A；
S3、机加工：机加工内径，去除中心余料，得到圆饼形预成型坯料B；
S4、预成型二：根据有限元分析软件对坯料进行第二次预成型分析，分析结果呈现预成型锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型二制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第二模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第二模组中压制成型、操作时间小于180s，得到预成型锻件；
S5、终锻：根据有限元分析软件对预成型锻件进行终锻分析，分析结果呈现锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行终锻制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将预成型锻件由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第三模组中，转移时间小于30s；接着对预成型锻件在第三模组中压制成型、操作时间小于180s，获得最终锻件；
S6、热处理：按照标准要求对产品进行热处理；
S7、测试：对产品取样进行测试以验证是否满足规范要求；
S8、检验：按图纸要求对产品进行检验。
本发明的有益效果在于：
1、对深腔模锻件进行多火次预成型，逐步有效分配金属材料，减少锻件飞边，降低打压力过高等问题；
2、采用有限元分析软件对工装设计及成型过程进行分析，能精准设计材料流动分配，提高锻件的原材料利用率。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例中第一模组的工作过程示意图；
图2为第二模组的工作过程示意图；
图3为第三模组的工作过程示意图；
图4为预成型坯料B的结构示意图；
附图标记：11-第一上模，12-第一下模，13-第一仿形台阶，21-第二上模，22-第二冲头，23-凸部，24-第二下模，25-第二仿形台阶A，26-第二仿形台阶B，27-第二仿形台阶C，28-第二圆孔，31-第三上模，32-第三冲头，33-导向斜边，34-第三下模，35-第三仿形台阶A，36-第三仿形台阶B，37-第三仿形台阶C，38-第三圆孔，4-坯料，5-预成型坯料A，6-预成型坯料B，61-中心孔，7-预成型锻件，8-最终锻件。
具体实施方式
以下结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
实施例1
本发明实施例1公开了一种模锻件成型工装组，主要包括：第一模组、第二模组和第三模组，
所述第一模组由第一上模11和第一下模12组成，所述第一下模12处设置有第一仿形台阶13；
所述第二模组由第二上模21和第二下模24组成，所述第二上模21的下部设置有第二冲头22，所述第二下模24处依次设置有第二仿形台阶A25、第二仿形台阶B26和第二仿形台阶C27，所述第二下模24的中部设置有第二圆孔28；
所述第三模组由第三上模31和第三下模34组成，所述第三上模31的下部设置有第三冲头32，所述第三下模34处依次设置有第三仿形台阶A35、第三仿形台阶B36和第三仿形台阶C37，所述第三下模34的中部设置有第三圆孔38。
进一步的，所述第二冲头22设置为圆锥体且其下部设置有直径小于第二冲头22底端的凸部23，为了便于第二冲头22冲入预成型坯料B6的中心孔中。
进一步的，所述第三冲头32设置为圆柱体且其下部设置有导向斜边33，起导向作用，为了便于第三冲头32冲入预成型锻件内。
本发明实施例1还公开了一种基于有限元分析法的模锻件的成型工艺，包括如下步骤：
S1、下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料4；
S2、预成型一：根据有限元分析软件对制坯过程进行分析，分析结果呈现预成型坯料在膜腔中填充无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型一制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030℃，并保温0.5小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第一模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第一模组中压制成型、操作时间小于180s，得到下端有台阶的圆饼形预成型坯料A5(如图1)；
S3、机加工：机加工内径，去除中心余料，得到圆饼形预成型坯料B6(如图4)；
S4、预成型二：根据有限元分析软件对坯料进行第二次预成型分析，分析结果呈现预成型锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型二制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030℃，并保温0.5小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第二模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第二模组中压制成型、操作时间小于180s，得到预成型锻件7(如图2)；
S5、终锻：根据有限元分析软件对预成型锻件进行终锻分析，分析结果呈现锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行终锻制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030℃，并保温0.5小时；然后将预成型锻件由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第三模组中，转移时间小于30s；接着对预成型锻件在第三模组中压制成型、操作时间小于180s，获得最终锻件8(如图3)；
S6、热处理：按照标准要求对产品进行热处理；
S7、测试：对产品取样进行测试以验证是否满足规范要求；
S8、检验：按图纸要求对产品进行检验。
实施例2
本发明实施例2的工装组的结构与实施例1相同，区别点在于工艺的变化，具体如下：
本发明实施例2公开了一种基于有限元分析法的模锻件的成型工艺，包括如下步骤：
S1、下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料4；
S2、预成型一：根据有限元分析软件对制坯过程进行分析，分析结果呈现预成型坯料在膜腔中填充无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型一制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1050℃，并保温3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第一模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第一模组中压制成型、操作时间小于180s，得到下端有台阶的圆饼形预成型坯料A5(如图1)；
S3、机加工：机加工内径，去除中心余料，得到圆饼形预成型坯料B6(如图4)；
S4、预成型二：根据有限元分析软件对坯料进行第二次预成型分析，分析结果呈现预成型锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型二制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1050℃，并保温3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第二模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第二模组中压制成型、操作时间小于180s，得到预成型锻件7(如图2)；
S5、终锻：根据有限元分析软件对预成型锻件进行终锻分析，分析结果呈现锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行终锻制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1050℃，并保温3小时；然后将预成型锻件由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第三模组中，转移时间小于30s；接着对预成型锻件在第三模组中压制成型、操作时间小于180s，获得最终锻件8(如图3)；
S6、热处理：按照标准要求对产品进行热处理；
S7、测试：对产品取样进行测试以验证是否满足规范要求；
S8、检验：按图纸要求对产品进行检验。
实施例3
本发明实施例3的工装组的结构与实施例1相同，区别点在于工艺的变化，具体如下：
本发明实施例3公开了一种基于有限元分析法的模锻件的成型工艺，包括如下步骤：
S1、下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料4；
S2、预成型一：根据有限元分析软件对制坯过程进行分析，分析结果呈现预成型坯料在膜腔中填充无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型一制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1040℃，并保温2小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第一模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第一模组中压制成型、操作时间小于180s，得到下端有台阶的圆饼形预成型坯料A5(如图1)；
S3、机加工：机加工内径，去除中心余料，得到圆饼形预成型坯料B6(如图4)；
S4、预成型二：根据有限元分析软件对坯料进行第二次预成型分析，分析结果呈现预成型锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型二制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030℃，并保温1小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第二模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第二模组中压制成型、操作时间小于180s，得到预成型锻件7(如图2)；
S5、终锻：根据有限元分析软件对预成型锻件进行终锻分析，分析结果呈现锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行终锻制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1040℃，并保温2小时；然后将预成型锻件由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第三模组中，转移时间小于30s；接着对预成型锻件在第三模组中压制成型、操作时间小于180s，获得最终锻件8(如图3)；
S6、热处理：按照标准要求对产品进行热处理；
S7、测试：对产品取样进行测试以验证是否满足规范要求；
S8、检验：按图纸要求对产品进行检验。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

1.一种模锻件成型工装组的基于有限元分析法的成型工艺，其特征在于，所述模锻件成型工装组，包括：第一模组、第二模组和第三模组，
所述第一模组由第一上模和第一下模组成，所述第一下模处设置有第一仿形台阶；
所述第二模组由第二上模和第二下模组成，所述第二上模的下部设置有第二冲头，所述第二下模处依次设置有第二仿形台阶A、第二仿形台阶B和第二仿形台阶C，所述第二下模的中部设置有第二圆孔；
所述第三模组由第三上模和第三下模组成，所述第三上模的下部设置有第三冲头，所述第三下模处依次设置有第三仿形台阶A、第三仿形台阶B和第三仿形台阶C，所述第三下模的中部设置有第三圆孔；
所述第二冲头设置为圆锥体且其下部设置有直径小于第二冲头底端的凸部；
所述第三冲头设置为圆柱体且其下部设置有导向斜边；
所述成型工艺包括如下步骤：
S1、下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料；
S2、预成型一：根据有限元分析软件对制坯过程进行分析，分析结果呈现预成型坯料在膜腔中填充无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型一制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第一模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第一模组中压制成型、操作时间小于180s，得到下端有台阶的圆饼形预成型坯料A；
S3、机加工：机加工内径，去除中心余料，得到圆饼形预成型坯料B；
S4、预成型二：根据有限元分析软件对坯料进行第二次预成型分析，分析结果呈现预成型锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行预成型二制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将坯料由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第二模组中，转移时间小于30s；接着对坯料在第二模组中压制成型、操作时间小于180s，得到预成型锻件；
S5、终锻：根据有限元分析软件对预成型锻件进行终锻分析，分析结果呈现锻件在膜腔中填充无塌角、无飞边、无折叠缺陷后，进行终锻制造，采用高温燃气炉对坯料加热升温至1030-1050℃，并保温0.5-3小时；然后将预成型锻件由高温燃气炉取出并运输至3000T压机，平稳放入第三模组中，转移时间小于30s；接着对预成型锻件在第三模组中压制成型、操作时间小于180s，获得最终锻件；
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