CN112676504A - 一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，主要涉及锻造技术领域。一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，包括如下步骤：步骤一：铸锭开坯；步骤二：锻坯粗加工；步骤三：锻板打弯，步骤四：淬火；步骤五：冷变形、矫形，步骤六：锻板时效。本发明的有益效果在于：本发明的航空铝合金弧形锻板生产工艺，无需使用费用昂贵的成形模具和专用冷变形矫形模具，使用常规自由锻工装，通过合理设计自由锻方法，可生产出满足该产品尺寸形状要求的弧形锻件，而且锻件流线完整，锻件机加工后尺寸精度高，大大节约了生产成本，且产品性能较好。

Description

一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法

技术领域

本发明主要涉及锻造技术领域，具体是一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法。

背景技术

商用飞机中的机头窗框、翼盒接头锻件、壁板锻件多设计成弧形结构，在新机型研发和设计过程中，飞机制造商为了节省研发成本，减少巨大的模具费用投入，多采购自由锻板或轧制中厚板作为原材，这些锻板不具备弧形结构，完全靠后期机加工形成弧形，这样会切断锻板中的流线，使流线外露，降低材料的应力腐蚀性能。此外使用自由锻板或者轧制中厚板，大大增加了机加工的难度和工作量，而且产品加工后易变形，不满足装配要求。

为了使具有弧形结构的飞机构件能够具有较好的机械性能以及机加工性能，本专利采用传统的自由锻模具，通过合理设计锻造工艺流程，获得了性能优异、残余应力小的弧形锻件，减少了机加工的工作量，同时确保了产品机加工后金属流线沿锻件外形分布，产品性能得到大大提升。同时，由于锻板中的残余应力消除的彻底，可确保机加工后的装配精度。相比于模锻件，该工艺方法大大降低了生产成本，且产品具有优良的机械性能。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，本发明的航空铝合金弧形锻板生产工艺，无需使用费用昂贵的成形模具和专用冷变形矫形模具，使用常规自由锻工装，通过合理设计自由锻方法，可生产出满足该产品尺寸形状要求的弧形锻件，而且锻件流线完整，锻件机加工后尺寸精度高，大大节约了生产成本，且产品性能较好。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，包括如下步骤：

步骤一：铸锭开坯：在锻压机上对铸锭进行自由锻开坯，将扁锭镦粗至高度的50％，进行打方、拔长、倒八方，并确保八方对应的截面积为铸锭墩粗后截面积的50％；对拔长后的棒坯墩粗至长度的50％，形成饼坯，对饼坯进行换向拔长和倒八方，确保八方棒坯的截面积为饼坯截面的50％；继续循环对八方棒坯进行墩粗和饼坯的换向拔长，最终矫正成目标尺寸的预加工锻坯，确保该开坯过程的总锻比不低于17。

步骤二：锻坯粗加工：对锻坯上下两个大平面均匀机加工去除余量，上下表面粗糙度Ra≤3.5，其他面粗超度Ra≤12.5，棱边倒角C2。

步骤三：锻板打弯：在压机的上砧座安装窄平砧，压机地面可移动工作台上安装两个规格相同的宽平砧，宽平砧两侧的倒角为R＝80mm，两个宽平砧之间相距200～1000mm；打弯初始阶段，锻板一端放置在贴近宽平砧倒角位置的平台上，并使端部对准窄平砧，窄平砧下压锻板贴近倒角位置处，下压量≤15mm，形成初步弧度；再移动工作台和锻板，使锻板内侧依次受到窄平砧的下压，通过调整两个宽平砧间距进行整体或局部压弯；压弯过程的下压量需合理控制，不允许一次下压量过大导致弧度超出成品弧度要求，打弯后使用与成品锻板弧度相同的样板测量锻板上、下表面的弧度，要求弧形锻板上、下表面与样板间隙

≤5mm。

步骤四：淬火：对打弯后的锻板进行固溶热处理，空气淬火炉的温度设置范围为472℃-482℃，按金属到温开始计算保温时间，金属保温390分钟-600分钟，淬火水温为20-40℃，淬火转移时间小于或者等于15秒，锻件浸泡时间为20分钟-40分钟。

步骤五：冷变形、矫形：对弧形锻板厚度方向上进行冷变形去残余应力处理，冷变形率控制在2-5％，上端窄平砧每次压下量≤5mm，沿锻板纵向每150mm测一次实际下压量。使用固定弧度的样板对锻板弧度进行测量，如果样板与弧形锻板间隙≥3mm，需要对锻板进行矫形。矫形时，压机上端安装窄平砧，压机下部安装宽平砧，锻板的弧面内侧朝向下平砧放置，通过上平砧点动下压实现对锻板弧度的矫形，多次测量以防止压过量，要求锻板与目标弧度样板间隙≤3mm。冷变形矫形需在淬火后5h内完成。

步骤六：锻板时效：对锻板进行两级时效工艺，一级时效温度为116℃-126℃，时效时间为3h-6h，按金属到温计时保温时间；二级时效温度为172℃-182℃，时效时间为6h-10h,按金属到温计时保温时间，保温结束后出炉空冷。

进一步的，所述的步骤一中铸锭开坯的始锻温度在430℃-450℃之间，终锻温度大于等于350℃。

进一步的，所述步骤三中的上、下平砧长度需大于锻板的宽度，以保证打弯过程中锻板在宽度方向的均匀变形。

进一步的，所述步骤四的淬火制度中，锻件在料框中的摆放方式为使锻板竖立放置在料框中，并使锻板紧固在料框内，锻件入水前5分钟开始搅拌水槽，直至淬火结束，搅拌功率范围在50％-100％。

对比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明的航空铝合金弧形锻板生产工艺，无需使用费用昂贵的成形模具和专用冷变形矫形模具，使用常规自由锻工装，通过合理设计自由锻方法，可生产出满足该产品尺寸形状要求的弧形锻件，而且锻件流线完整，锻件机加工后尺寸精度高，大大节约了生产成本，且产品性能较好。

附图说明

附图1是本发明的工艺的流程图；

附图2为方形预坯料在压机中打弯过程示意图；

附图3为锻板消除残余应力冷变形过程；

附图4是锻板矫形过程示意图；

附图5为弧形锻板中心部位的高倍金相图片；

附图标记：1上砧座；2、窄平砧；3、锻板；4、宽平砧；5、下砧座；6、压机工作台。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例

铸锭开坯：采用7050铝合金方形铸锭，锻件的下料尺寸为1500mm×1400mm×440mm,选择60MN吨位液压锻压机对铸锭进行开坯，将扁锭高度由1500mm镦粗至750mm，进行打方、拔长、倒八方，获得

的棒坯；把棒坯竖立起来进行墩粗，由1850mm墩粗至830mm获得饼坯,对饼坯进行打方、拔长、倒八方，获得

的棒坯；把棒坯再次进行墩粗，并矫正成目标尺寸为1810mm×2090mm×215mm的方形预锻坯，该开坯过程的总锻比为17.4。铸锭始锻温度为420℃，终锻温度大于等于350℃。铸锭在开坯过程中锻件如果出现裂纹，需停锻，修伤后再加热锻造。

锻坯粗加工：对锻坯上下两个大平面均匀机加工去除余量，上下表面粗糙度Ra≤3.5，其他面粗超度≤12.5，棱边倒角C2,锻件粗加工尺寸为203mm×1780mm×2090mm。

预锻坯打弯：选用60MN液压机，在压机上砧座1中安装窄平砧2，其中窄平砧的工作平面尺寸为200mm×2200mm，在压机地面可移动工作台6上安装两个规格相同的下砧座5和宽平砧4，每个宽平砧工作台面尺寸为1200mm×2200mm,宽平砧两侧的倒角为R＝80mm，两个宽拔长砧之间相距800mm；打弯初始阶段，锻板一端放置在贴近宽平砧倒角位置的平台上，并使端部对准窄平砧，窄平砧下压锻板贴近倒角位置处，下压量≤5mm，初步形成弧度；再移动工作台和锻板，使锻板内侧依次受到窄平砧的下压，通过调整两个宽平砧间距进行整体或局部压弯。压弯过程的下压量需合理控制，不允许一次下压量过大导致弧度超出成品弧度要求，打弯后使用弧形样品进行打弯情况的测量，要求弧形锻板上、下弧面与样板间隙≤5mm；打弯过程中，锻板需放置在下平砧工作台2200mm长边的中部，以保证打弯过程中锻板宽度方向的均匀变形。

淬火：使打弯后的锻板纵向的一侧与料框底部接触，横向竖直放置在料框中，通过工装使锻板固定到料框中；进行固溶热处理时，空气淬火炉的温度设置范围为477℃，按金属到温计时保温520分钟，淬火水温为20-40℃，淬火转移时间为小于或者等于15秒，锻件浸泡时间为20分钟-40分钟；锻件入水前5分钟开始搅拌水槽，直至淬火结束，搅拌功率范围在50％-100％。

冷变形、矫形：锻件在冷变形时，锻压机上、下砧座上均安装窄平砧，如图4所示，上下砧具的工作平面尺寸分别为200mm×2200mm；对弧形锻板厚度方向上进行冷变形去残余应力处理，冷变形率控制在2.5％，上端窄平砧每次压下量≤5mm，沿锻板纵向每150mm测一次实际下压量，每两次冷压，压板重合距离大于等于30mm；在冷变形过程中锻板的弧面朝下，更易确保锻板下压的尺寸精度和可操作性；在冷变形过程结束后，使用固定弧度的样板对锻板弧度进行测量，如果弧形锻板上下表面与样板间隙＞3mm，需要对锻板进行矫形，具体矫形方式如图5所示。矫形过程中，压机上端安装窄平砧，压机下部安装一个宽平砧，通过上平砧点动下压实现对锻板弧度的矫形，多次测量以防止压过量，要求锻板与目标弧度样板间隙≤3mm。冷变形矫形需在淬火后5h内完成。

锻板时效：对锻板进行两级时效工艺，一级时效制度为121±5℃×6h，设定温度121℃，当金属负载热电偶显示达到116℃时开始计算保温时间，升温速率以设备最大功率升温；二级时效制度为177±5℃×6h，设定温度177℃，当金属负载热电偶显示达到172℃时开始计算保温时间，升温速率以设备最大功率升温；保温结束后锻件出炉空冷。

为了本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面是7050铝合金弧形锻板的各项性能检测结果，具体参见表1、表2和图5；

其中，表1为7050铝合金200mm厚度的弧形自由锻板的纵向、横向、高向拉伸性能结果与标准要求值比较；

表2为7050铝合金200mm厚度的弧形自由锻板不同方向的断裂韧性值与标准要求值比较；

表1

通过表1可以看出，本发明生产的7050铝合金弧形锻板的力学性能(抗拉强度、屈服强度、延伸率)均达到了客户性能标准要求，纵、横、高向的屈服和抗拉强度均高出标准要求4ksi以上。

表2

断裂韧性标准MPa·m<sup>1/2</sup>	实测断裂韧性MPa·m<sup>1/2</sup>	电导率标准(IACS％)	实测电导率(IACS％)
				L-T≥27.5	32.1	≥38	41.05

通过表2可以看出，由本发明得到的7050铝合金弧形锻板L-T方向的断裂韧性值为32.1，符合≥27.5的断裂韧性标准；电导率实测平均值为41.05IACS％，符合≥38IACS％的标准要求。

图5为弧形锻板中心部位的高倍金相图片，锻板中铸态组织完全破碎，变形组织经过回复后形成了细小的亚静，晶粒平均尺寸为18um，锻板组织未发生过烧现象，微观组织完全满足客户要求。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种航空铝合金弧形锻件的自由锻加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：铸锭开坯：在锻压机上对铸锭进行自由锻开坯，将扁锭镦粗至高度的50％，进行打方、拔长、倒八方，并确保八方对应的截面积为铸锭墩粗后截面积的50％；对拔长后的棒坯墩粗至长度的50％，形成饼坯，对饼坯进行换向拔长和倒八方，确保八方棒坯的截面积为饼坯截面的50％；继续循环对八方棒坯进行墩粗和饼坯的换向拔长，最终矫正成目标尺寸的预加工锻坯，确保该开坯过程的总锻比不低于17。

步骤二：锻坯粗加工：对锻坯上下两个大平面均匀机加工去除余量，上下表面粗糙度Ra≤3.5，其他面粗超度Ra≤12.5，棱边倒角C2。

步骤三：锻板打弯：在压机的上砧座安装窄平砧，压机地面可移动工作台上安装两个规格相同的宽平砧，宽平砧两侧的倒角为R＝80mm，两个宽平砧之间相距200～1000mm；打弯初始阶段，锻板一端放置在贴近宽平砧倒角位置的平台上，并使端部对准窄平砧，窄平砧下压锻板贴近倒角位置处，下压量≤15mm，形成初步弧度；再移动工作台和锻板，使锻板内侧依次受到窄平砧的下压，通过调整两个宽平砧间距进行整体或局部压弯；压弯过程的下压量需合理控制，不允许一次下压量过大导致弧度超出成品弧度要求，打弯后使用与成品锻板弧度相同的样板测量锻板上、下表面的弧度，要求弧形锻板上、下表面与样板间隙≤5mm。

步骤四：淬火：对打弯后的锻板进行固溶热处理，空气淬火炉的温度设置范围为472℃-482℃，按金属到温开始计算保温时间，金属保温390分钟-600分钟，淬火水温为20-40℃，淬火转移时间小于或者等于15秒，锻件浸泡时间为20分钟-40分钟。

步骤五：冷变形、矫形：对弧形锻板厚度方向上进行冷变形去残余应力处理，冷变形率控制在2-5％，上端窄平砧每次压下量≤5mm，沿锻板纵向每150mm测一次实际下压量。使用固定弧度的样板对锻板弧度进行测量，如果样板与弧形锻板间隙≥3mm，需要对锻板进行矫形。矫形时，压机上端安装窄平砧，压机下部安装宽平砧，锻板的弧面内侧朝向下平砧放置，通过上平砧点动下压实现对锻板弧度的矫形，多次测量以防止压过量，要求锻板与目标弧度样板间隙≤3mm。冷变形矫形需在淬火后5h内完成。

步骤六：锻板时效：对锻板进行两级时效工艺，一级时效温度为116℃-126℃，时效时间为3h-6h，按金属到温计时保温时间；二级时效温度为172℃-182℃，时效时间为6h-10h,按金属到温计时保温时间，保温结束后出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，其特征在于：所述的步骤一中铸锭开坯的始锻温度在430℃-450℃之间，终锻温度大于等于350℃。

3.根据权利要求1所述的一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，其特征在于：所述步骤三中的上、下平砧长度需大于锻板的宽度，以保证打弯过程中锻板在宽度方向的均匀变形。

4.根据权利要求1所述的一种航空铝合金弧形锻板的自由锻加工方法，其特征在于：所述步骤四的淬火制度中，锻件在料框中的摆放方式为使锻板竖立放置在料框中，并使锻板紧固在料框内，锻件入水前5分钟开始搅拌水槽，直至淬火结束，搅拌功率范围在50％-100％。

Images