CN112893724B

CN112893724B - 旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺

Info

Publication number: CN112893724B
Application number: CN202011585936.7A
Authority: CN
Inventors: 陈丽芳; 代芳芳; 曾庆华; 林海涛; 王正安; 胡亚强
Original assignee: Southwest Aluminum Group Co Ltd
Current assignee: Southwest Aluminum Group Co Ltd
Priority date: 2020-12-28
Filing date: 2020-12-28
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2040-12-28
Also published as: CN112893724A

Abstract

本发明提供了旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺，包括以下步骤：将旅客观察窗窗框铸锭进行轧制；将轧制后的坯料进行模锻成型，所述模锻成型中的成型工艺为依次进行的终压1火和终压2火。本申请通过进行分步模锻成型，优化了过程中关键控制参数，使得模锻成型工艺得到的窗框缺陷减少，实现了窗框的等温精密模锻成型。

Description

旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，尤其涉及旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺。

背景技术

旅客观察窗窗框模锻件为弧形，为超薄壁高筋模锻件，是一种全非机加工精密模锻件、无机加工余量。模锻件为超薄壁、高筋，典型截面为T字型，等温模锻具有成型难，表面质量要求高，尺寸精度要求极高的特点。因此，精密模锻成型难。目前国内基本不具备航空铝合金精密模锻件产品的研发和生产能力，窗框等温精密模锻件制造工艺技术是一大空白。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供旅客观察窗窗框等温模锻成型工艺，该工艺可以减少等温模锻工件缺陷的产生，实现窗框的等温精密模锻成型。

有鉴于此，本申请提供了旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺，包括以下步骤：

将旅客观察窗窗框铸锭进行轧制；

将轧制后的坯料进行模锻成型，所述模锻成型中的成型工艺为依次进行的终压1火和终压2火。

优选的，所述模锻成型的加热的温度为450～470℃，保温时间≥200min。

优选的，所述模锻成型的终压温度≥200℃，模具温度≥200℃。

优选的，所述终压1火和终压2火的压下速度不大于0.5mm/s。

优选的，所述终压1火的压力为4800～5500吨。

优选的，所述终压2火的压力为7000～7600吨。

优选的，所述终压1火和终压2火的过程中采用的润滑剂为石墨、热挤压油、猪油和脱模剂。

优选的，所述旅客窗框铸锭的尺寸为400×1320×(1500+10)mm，轧制后的坯料的尺寸为(12+1)×1300mm。

优选的，所述旅客观察窗窗框铸锭的合金成分包括：Cu的含量为1.3～1.8wt％，Mg的含量为2.2～2.8wt％，0.19～0.26wt％的Cr，Zn的含量为5.3～6.0wt％，Mn的含量为0.02wt％，Si的含量为0.10wt％，Fe的含量为0.15wt％，Ti的含量为0.06wt％。

优选的，所述旅客观察窗窗框铸锭的合金成分包括：Cu的含量为1.9wt％，Mg的含量为2.73wt％，Zn的含量为6.03wt％，Cr的含量为0.251wt％，Mn的含量为0.096wt％，Si的含量为0.064wt％，Fe的含量为0.115wt％，Ti的含量为0.001wt％。

本申请提供了旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺，其首先将旅客观察窗窗框铸锭进行轧制，再将轧制后的坯料进行模锻成型，在模锻成型的过程中具体采用了依次进行的终压1火和终压2火；本申请通过进行分步模锻成型，优化了过程中关键控制参数，使得模锻成型工艺得到的窗框缺陷减少，实现了窗框的等温精密模锻成型。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的观察窗窗框的成品照片；

图2为本发明对比例1轧制板坯的坯料形状尺寸图；

图3为本发明对比例1观察窗窗框的成品照片；

图4为本发明对比例1观察窗窗框的三种坯料的锻件照片；

图5为本发明对比例1制备的观察窗窗框的第一种坯料的缺陷照片；

图6为本发明对比例1制备的观察窗窗框的第二、三种坯料的缺陷照片；

图7为本发明对比例2制备的观察窗窗框的坯料及锻件照片；

图8为本发明对比例3观察窗窗框的三种坯料的形状尺寸图；

图9为本发明对比例3制备的观察窗窗框的锻件照片；

图10为本发明对比例3制备的观察窗窗框的成品实物照片；

图11为本发明对比例4制备的观察窗窗框的预压成片照片；

图12为本发明对比例4制备的观察窗窗框的终压成品照片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

针对窗框等温精密模锻件的性能需求，申请人结合计算机成型和组织模拟结果，拟开展等温精密模锻成型研究，研究坯料尺寸、温度、变形速度、压力等工艺参数对窗框成型的影响，采用轧制制坯、制造出合理的坯料尺寸，获得均匀的变形组织，使其合理分配金属，为窗框精密模锻提供有利条件；进行分步模锻成型，优化过程关键控制参数，针对局部位置充不满、折叠等问题，进行原因分析和多轮次调整成型工艺参数和优化设计，通过工艺参数优化-模拟优化-验证，制定出了合理的窗框等温精密模锻成型工艺，减少缺陷产生，实现窗框的等温精密模锻成型。具体的，本发明实施例公开了旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺，包括以下步骤：

将旅客观察窗窗框铸锭进行轧制；

在本申请中铸锭采用的规格是400×1320mm的扁锭，其合金成分包括：Cu的含量为1.3～1.8wt％，Mg的含量为2.2～2.8wt％，0.19～0.26wt％的Cr，Zn的含量为5.3～6.0wt％，Mn的含量为0.02wt％，Si的含量为0.10wt％，Fe的含量为0.15wt％，Ti的含量为0.06wt％；在具体实施例中，所述旅客观察窗窗框铸锭的合金成分包括：Cu的含量为1.9wt％，Mg的含量为2.73wt％，Zn的含量为6.03wt％，Cr的含量为0.251wt％，Mn的含量为0.096wt％，Si的含量为0.064wt％，Fe的含量为0.115wt％，Ti的含量为0.001wt％。

由于旅客观察窗窗框为薄壁锻件，为了保证锻件组织的均匀性和高性能，本申请首先将旅客观察窗窗框进行轧制，机加工至要求规格。

按照本发明，在轧制之后则进行模锻成型，锻造的过程中加热的温度为450～470℃，保温时间≥200min，终锻的温度≥200℃，模具温度≥200℃。在模锻成型的过程中采用终压1火和终压2火的分步成型工艺，压下速度不大于0.5mm/s。所述终压1火的压力为4800～5500吨，终压2火的压力为7000～7600吨。

在模锻成型的过程中，需要对模具和坯料的表面涂抹润滑油，润滑油的选取主要考虑有优异的脱模性能、良好的润滑性能、优异的成膜性和覆盖性，锻件表面质量平滑光亮，延长模具寿命，配方环保且无对人体有害物质等。润滑油主要由矿物油/高性能油等配石墨、添加剂等构成，润滑剂采用的介质为高闪点的基础油(闪点大于320度)、满足高温模具的润滑、产生少的烟雾，高纯度、粒径越小的石墨有利于金属和工具之间的润滑、模具易脱模且残留少、有效避免杂质对模具的损伤，高闪点的介质完美地与石墨分散体相结合在模具上形成涂层，采用环保的添加剂不含硫和氯、避免硫与水结合产生模具腐蚀、无氯配方确保人体无害，通过配比使润滑剂具有良好的粘度和低挥发性、有效保护模具润滑和产品的成型性能、有效提高模具寿命、使产品表面质量好且易去除清洗。由此，本申请采用的润滑油由石墨、热挤压油、猪油和脱模剂组成。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

对比例1

根据仿真模拟确定的初步工艺参数，开展第一轮成型试制，采用板坯终压1火成型的工艺方案，采用根据模拟优化后的三种不同的高度坯料的轧制板坯(分别为10mm、12.7mm以及20mm)进行对比试验，如图2所示。

第一轮成型试制结果为：采用润滑剂为猪油+汽缸油、速度1～0.5mm/s，最大压力一万吨，模具温度380～290℃，坯料锻件出炉温度410℃，转移至模具处温度385℃，终压前温度为320℃；锻造过程中定位情况、脱模情况以及锻后锻件形状如图3、4；实际试制过程参数和全流程模拟结果相近，成型过程中高筋处充填较好，上平面中间腹板处存在折叠和充填不满缺陷。

对第一次成型试制结果进行分析，有如下缺点：起料困难、变形大、润滑剂效果不理想、模锻件高筋处成形好、中间腹板处存在折叠和充填不满缺陷，尺寸达不到要求。

窗框模锻件产生的主要缺陷及原因分析如下：

1)窗框模锻成型后上平面台阶处圆角没有完全成形且存在折叠，见图5，产生的原因为：坯料太多，多余金属流向筋部，金属流线紊乱，产生折叠；润滑剂过多导致金属易流动(所有润滑油多的地方产生折叠，且填充不满)，产生折叠；坯料温度过低，导致坯料表面首先停止流动，心部多余金属产生折叠；

2)采用环形坯料模锻的窗框中间腹板处存在四个边的圆角处充填不满缺陷，见图6；产生的原因为：由于坯料中部镂空，根据最小阻力原理，多余金属往中部镂空处毛边流动，从而带动上平面金属向内流动，导致圆角处无金属填充、导致填充不满。

对比例2

采用对比例1中的第一种坯料形状，厚度分别采用8.5mm、9mm、9.5mm，选用德国福斯抹油方式进行润滑，速度0.5mm/s，最大压力一万吨；

结果为：模锻件高筋处不成形、中间腹板处存在圆角处充填不满缺陷、局部外轮廓不成形；产生缺陷的原因为：润滑剂不均匀，使金属横向流动趋势大于纵向流动，锻件筋部填充困难；坯料体积过小，毛边较小，锻件局部不成形，结果如图7所示。

对比例3

结合对比例1和对比例2采用10mm厚度坯料，采用三种不同的坯料如图8所示进行试制，采用福斯润滑剂并通过喷涂的方式，在压机下压时采用更慢的速度，最大压力1万吨。

结果为：脱模效果好、成形良好，无折叠，产出了样品件，如图9和图10所示；该种方式存在问题：部分高筋处局部未充满；原因分析：由于终压1火成型，受润滑等多方面影响，金属流动不规则造成的。

对比例4

采取10mm轧制坯料，优化采用预压1火+终压1火成型。

第四轮成形结果为：预压成型较好，部分筋未充满，终压时金属往毛边方向流动、筋仍未充满，见图11；终压后，筋成型良好，弧度、外形尺寸和腹板厚度满足要求，但上平面R角处要求R1实际测量R3、未满足图纸要求，见图12。

实施例1

与对比例1制备过程相同，并进行了如下改进：(1)优化采用12mm轧制板坯，对坯料尺寸进行优化，长度方向及宽度方向分别增加4mm、厚度方向增加2mm、圆角尺寸变为110mm，确定坯料最大外窗框尺寸为418+2×318+2×12+1(R110)mm。

(2)终压1火，按5000吨控制压力，使窗框欠压量1.5～3mm；

(3)终压1火后粗加工内外毛边、毛边残留量8-10mm；对筋顶毛刺打磨平、不打磨成圆角；

(4)终压2火，按8500吨控制压力，使窗框欠压量0～1mm，获得最终尺寸合格的终压件。

第五轮成形结果为(见图1)：

(1)通过优化板坯厚度和坯料外形尺寸，使模锻过程金属量得以有效分配，解决了窗框外形局部未充满的问题；通过优化板坯厚度，确保终压2火后窗框厚度尺寸不超负差、满足图纸要求；

(2)通过每火次的金属量、压力有效分配，使上平面圆角和筋底充填良好，同时确保了窗框欠压量的一致性以获得批生产过程的一致性；

(3)该轮次成型过程参数较为合理，每件窗框成型良好，表明窗框等温精密模锻成型工艺研制达到预期目标，批生产稳定性好，工艺具备定型条件。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

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

1.旅客观察窗窗框精密模锻件等温模锻成型工艺，包括以下步骤：

将旅客观察窗窗框铸锭进行轧制；

将轧制后的坯料进行模锻成型，所述模锻成型中的成型工艺为依次进行的终压1火和终压2火；

所述终压1火和终压2火的压下速度不大于0.5mm/s；

所述终压1火的压力为4800~5500吨；

所述终压2火的压力为7000~7600吨；

所述终压1火和终压2火的过程中采用的润滑剂为石墨、热挤压油、猪油和脱模剂。

2.根据权利要求1所述的等温模锻成型工艺，其特征在于，所述模锻成型的加热的温度为450~470℃，保温时间≥200min。

3.根据权利要求1所述的等温模锻成型工艺，其特征在于，所述模锻成型的终压温度≥200℃，模具温度≥200℃。

4.根据权利要求1所述的等温模锻成型工艺，其特征在于，所述旅客观察窗窗框铸锭为铝合金，其成分包括：Cu的含量为1.3~1.8wt%，Mg的含量为2.2~2.8wt%，0.19~0.26wt%的Cr，Zn的含量为5.3~6.0wt%，Mn的含量为0.02wt%，Si的含量为0.10wt%，Fe的含量为0.15wt%，Ti的含量为0.06wt%。

5.根据权利要求1所述的等温模锻成型工艺，其特征在于，所述旅客观察窗窗框铸锭为铝合金，其成分包括：Cu的含量为1.9wt%，Mg的含量为2.73wt%，Zn的含量为6.03wt%，Cr的含量为0.251wt%，Mn的含量为0.096wt%，Si的含量为0.064wt%，Fe的含量为0.115wt%，Ti的含量为0.001wt%。