CN114406076B

CN114406076B - 双盲孔风扇轴组合加工模具及旋转近净成形工艺

Info

Publication number: CN114406076B
Application number: CN202111509070.6A
Authority: CN
Inventors: 韩顺; 王建国; 杨超; 厉勇; 王春旭; 刘�东; 刘振宝; 王长军; 黄爱华; 张国栋
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2023-02-21
Anticipated expiration: 2041-12-10
Also published as: CN114406076A

Abstract

本申请涉及一种双盲孔风扇轴组合加工模具及旋转近净成形工艺，加工模具，包括下模、与下模配合的压模和上模，下模内部形成有挤压模腔，所述下模的侧壁内设有加热组件，上模包括盲孔挤压杆，盲孔挤压杆上套设有辅针器，还包括驱动盲孔挤压杆转动的驱动组件，所述下模的底部设有盲孔成形杆。本申请的有益效果为：单一火次整体加热、一体化空心整体成形的特点，锻件整体变形充分均匀，金属流变连续随形，组织致密，表面质量好，大幅度提高锻件整体的流线完整性、应力均匀性和组织性能一致性，材料利用率高，降低生产成本。上模挤压形成第二盲孔的过程中，驱动盲孔挤压杆转动，形成旋转式的挤压，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

Description

双盲孔风扇轴组合加工模具及旋转近净成形工艺

技术领域

本申请涉及发动机风扇轴技术领域，尤其是涉及双盲孔风扇轴组合加工模具及近净成形工艺。

背景技术

航空涡扇发动机风扇轴在工作时承受巨大的扭矩载荷，将涡轮功率传递给风扇，带动大尺寸风扇转动并产生推力，现航空涡扇发动机的风扇轴设计发展较快，传统发动机风扇轴设计多为渐变型鼓筒形结构，如CFM56系列发动机等；最新发展为收口型瓶形结构，此类风扇轴具有内径不等径，内外变截面，外壁端口有凸台，内壁中部有凸台等特点。

在此之前，风扇轴类锻件通常采用组合模锻的工艺方式成形，此类组合模锻工艺采用实心锻造，分别进行杆部自由拔长工序+模锻成形头部，工艺简单，设备要求低，易于操作，但存在锻件锻造变形量较小，应变分布不均匀，多火次加热存在局部空烧，组织均匀性较差，锻件加工割断了变形组织流线，材料利用率低等问题，且目前的成形工艺为直上直下式加工方式。

发明内容

为了提高风扇轴各部位变形量及整体变形均匀性，提高轴类锻件的抗扭力性能，本申请提供了一种双盲孔风扇轴组合加工模具及旋转近净成形工艺。

第一方面，本申请提供的一种双盲孔风扇轴组合加工模具，采用如下的技术方案：

双盲孔风扇轴组合加工模具，包括下模、与下模配合的压模和上模，所述下模内部形成有挤压模腔，所述下模的侧壁内设有加热组件，所述上模包括盲孔挤压杆，所述盲孔挤压杆上套设有辅针器，还包括驱动盲孔挤压杆转动的驱动组件，所述下模的底部设有盲孔成形杆。

通过采用上述技术方案：将坯料加热至特定温度并涂覆润滑介质，第一工步坯料在挤压模腔内由压模正向挤压形成第一盲孔，第二工步更换为上模，上模下移过程中反挤压坯料形成锻件第二盲孔，在上模下移的过程中，驱动组件可带动盲孔挤压杆转动，形成旋转式挤压，使锻件发生微小扭转，如此能够提高轴类锻件的抗扭力性能，而且能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，同时减小了锻件的成型阻力，通过在下模内设有加热组件，可以使得下模的挤压模腔内保持一定的温度，使得坯料变形充分均匀，成形后锻件具有组织均匀精细，流线完整随形，内外表面近净成形等特点，可显著提高风扇轴锻件整体组织均匀一致性，同时提高风扇轴零件转动疲劳性能。

可选的，所述压模包括与锻压机连接的连接部和与挤压模腔适配的下压部，下压部的下侧面呈平面。

通过采用上述技术方案：在压模下移的过程中，其下压部接触坯料并对其进行挤压，使得坯料在挤压模腔内形成第一盲孔。

可选的，所述驱动组件包括与锻压机连接的固定杆，所述固定杆的下端转动连接有传动齿轮，所述盲孔挤压杆固定在传动齿轮下侧壁的中心位置，所述锻压机上固定有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上固定连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮与传动齿轮啮合。

通过采用上述技术方案：在上模下移的过程中，驱动电机带动驱动齿轮转动，驱动齿轮带动从动齿轮转动，从而实现盲孔挤压杆转动，对坯料形成旋转式的挤压。

可选的，所述加热组件包括绕设在下模内的螺旋电加热圈。

通过采用上述技术方案：螺旋电加热圈可以对下模进行加热，可以保证挤压模腔内的温度，便于对坯料进行两次充分的挤压。

第二方面，本申请提供的双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，具体包括以下步骤：

S1、将棒材加工成挤压坯料，将坯料加热至挤压温度并适当冲温；同时完成模具的预热和组装固定；

S2、坯料出炉滚涂润滑介质后转移至下模的挤压模腔内；

S3、压模与下模合模，压模向下移动，坯料在下模内受正向挤压向下变形流动，坯料充满挤压模腔，成形第一盲孔；

S4、压模复位，将压模更换为上模，上模和下模再次合模，上模向下移动，向下移动的过程中，启动驱动电机，带动盲孔挤压杆转动，成形第二盲孔。

通过采用上述技术方案：工艺流程简单，采用两次正反组合挤压成形，可实现复杂截面空腔型风扇轴类锻件一火整体结构的近净成型，成形锻件为双盲孔结构，成形工艺具有双向组合挤压、单一火次整体加热、一体化空心整体成形的特点，锻件整体变形充分均匀，金属流变连续随形，组织致密，表面质量好，大幅度提高锻件整体的流线完整性、应力均匀性和组织性能一致性，材料利用率高，降低生产成本，而且在上模挤压形成第二盲孔的过程中，驱动盲孔挤压杆转动，形成旋转式的挤压，如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

可选的，所述坯料预先放入预热炉内预热，然后在表面喷涂防氧化剂，采用电炉加热至1000-1200°，冲温5-10°。

通过采用上述技术方案：可以防止坯料氧化，加热和冲温后的坯料更容易挤压变形。

可选的，所述下模通过加热组件预热，使得下模的挤压模腔内温度在200-350°之间，所述压模和上模均在预热炉内预热至300-350°，压模、上模和下模内均涂覆润滑剂。

通过采用上述技术方案：通过预热和在坯料表面涂覆润滑剂，可以使得坯料更容易挤压变形，对坯料的内部金属结构损伤下，提高了应力均匀性。

可选的，所述压模（200）向下模（100）合模的过程中，以18-22mm/s速度完成正向挤压，在更换完上模（300）后，上模（300）移动并合模，以18-22mm/s速度完成反向挤压，上模（300）下移过程中盲孔挤压杆（310）的外周面的转动线速度为1-2mm/s。

通过采用上述技术方案：通过上述两个步骤，可以能够较为快速的在坯料的底端形成第一盲孔，在坯料的上端形成第二盲孔，缓慢转动的盲孔挤压杆可以对坯料形成一定的扭力。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

单一火次整体加热、一体化空心整体成形的特点，锻件整体变形充分均匀，金属流变连续随形，组织致密，表面质量好，大幅度提高锻件整体的流线完整性、应力均匀性和组织性能一致性，材料利用率高，降低生产成本。

上模挤压形成第二盲孔的过程中，驱动盲孔挤压杆转动，形成旋转式的挤压如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

附图说明

图1是本申请实施例的加工模具的整体结构示意图。。

附图标记说明，100、下模；110、挤压模腔；120、盲孔成形杆；200、压模；210、连接部；220、下压部；300、上模；310、盲孔挤压杆；320、辅针器；400、加热组件；500、驱动组件；510、固定杆；520、传动齿轮；530、驱动电机；540、驱动齿轮。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

第一方面，本申请实施例公开了一种双盲孔风扇轴组合加工模具。

参照图1，双盲孔风扇轴组合加工模具，包括下模100、与下模100配合的压模200和上模300，其中下模100由两个半模经过锁合成型，锁合后下模100内部形成有挤压模腔110，下模100的侧壁内设有加热组件400，可以使得下模100的挤压模腔110内保持一定的温度，上模300包括盲孔挤压杆310，盲孔挤压杆310上套设有辅针器320，还包括驱动盲孔挤压杆310转动的驱动组件500，下模100的底部设有盲孔成形杆120。将坯料加热至特定温度并涂覆润滑介质，第一工步坯料在挤压模腔110内由压模200正向挤压形成第一盲孔，第二工步更换为上模300，上模300下移过程中反挤压坯料形成锻件第二盲孔，在上模300下移的过程中，驱动组件500可带动盲孔挤压杆310转动，形成旋转式挤压，如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。使得坯料变形充分均匀，成形后锻件具有组织均匀精细，流线完整随形，内外表面近净成形等特点，可显著提高风扇轴锻件整体组织均匀一致性，同时提高风扇轴零件转动疲劳性能。

参照图1，为了能够实现第一盲孔的挤压成形，压模200包括与锻压机连接的连接部210和与挤压模腔110适配的下压部220。其中下压部220的下侧壁为一平面，在压模200下移的过程中，其下压部220接触坯料并对其进行挤压，使得坯料在挤压模腔110内形成第一盲孔。

参照图1，为了能够使得盲孔挤压杆310旋转，驱动组件500包括与锻压机连接的固定杆510，固定杆510的下端转动连接有传动齿轮520，盲孔挤压杆310固定在传动齿轮520下侧壁的中心位置，锻压机上固定有驱动电机530，驱动电机530的输出轴上固定连接有驱动齿轮540，驱动齿轮540与传动齿轮520啮合。在上模300下移的过程中，驱动电机530带动驱动齿轮540转动，驱动齿轮540带动从动齿轮转动，从而实现盲孔挤压杆310转动，对坯料形成旋转式的挤压，如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

参照图1，为了使得挤压模腔110内保持一定的温度，便于对坯料进行挤压，加热组件400包括绕设在下模100内的螺旋电加热圈，螺旋电加热圈可以对下模100进行加热，可以保证挤压模腔110内的温度，便于对坯料进行两次充分的挤压。

S1、将棒材加工成挤压坯料，将坯料加热至挤压温度并适当冲温；同时完成模具的预热和组装固定；具体的，坯料预先放入预热炉内预热，然后在表面喷涂防氧化剂，采用电炉加热至1000-1200°，冲温5-10°。可以防止坯料氧化，加热和冲温后的坯料更容易挤压变形。下模100通过加热组件400预热，使得下模100的模腔内温度在200-350°之间，压模200和上模300300均在预热炉内预热至300-350°，压模200、上模300和下模100内均涂覆润滑剂。通过预热和在坯料表面涂覆润滑剂，可以使得坯料更容易挤压变形，对坯料的内部金属结构损伤下，提高了应力均匀性。

S2、坯料出炉滚涂润滑介质后转移至下模100的挤压模腔110内；具体的，坯料出炉后在操作台进行表面滚涂玻璃润滑剂，机械手在30s内快速、准确的将坯料转移至下模100的挤压模腔110内。

S3、压模200与下模100合模，压模200向下移动，坯料在下模100内受正向挤压向下变形流动，坯料充满挤压模腔110，成形第一盲孔；

S4、压模200复位，将压模200更换为上模300，上模300和下模100再次合模，上模300向下移动，向下移动的过程中，启动驱动电机530，带动盲孔挤压杆转动，坯料在下模100腔内受转动的反向挤压局部反向变形流动，成形第二盲孔。

上述工艺流程简单，采用两次正反组合挤压成形，成形锻件为双盲孔结构，成形工艺具有双向组合挤压、单一火次整体加热、一体化空心整体成形的特点，锻件整体变形充分均匀，金属流变连续随形，组织致密，表面质量好，大幅度提高锻件整体的流线完整性、应力均匀性和组织性能一致性，材料利用率高，降低生产成本，而且在上模300挤压形成第二盲孔的过程中，驱动盲孔挤压杆310转动，形成旋转式的挤压，如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

可选的，压模200向下模100合模的过程中，以18-22mm/s速度完成正向挤压，在更换完上模300后，上模300移动并合模，以18-22mm/s速度完成反向挤压，上模300下移过程中盲孔挤压杆310的外周面的转动线速度为1-2mm/s。可以能够较为快速的在坯料的底端形成第一盲孔，在坯料的上端形成第二盲孔，缓慢转动的盲孔挤压杆310可以对坯料形成一定的扭力，如此能够降低锻件与锻模粘接在一起的概率，便于后续锻件与锻模脱开，使得成型后的风扇轴类锻件具有更高的抗扭力性能。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims

1.双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S2、提供双盲孔风扇轴组合加工模具，双盲孔风扇轴组合加工模具包括下模（100）、与下模（100）配合的压模（200）和上模（300），所述下模（100）内部形成有挤压模腔（110），挤压模腔（110）内侧壁呈台阶状，以使挤压模腔（110）下端的直径比上端的直径小，所述下模（100）的侧壁内设有加热组件（400），所述上模（300）包括盲孔挤压杆（310），所述盲孔挤压杆（310）上套设有辅针器（320），还包括驱动盲孔挤压杆（310）转动的驱动组件（500），所述下模（100）的底部设有盲孔成形杆（120）；

所述压模（200）包括与锻压机连接的连接部（210）和与挤压模腔（110）适配的下压部（220），下压部（220）的下侧面呈平面；

所述驱动组件（500）包括与锻压机连接的固定杆（510），所述固定杆（510）的下端转动连接有传动齿轮（520），所述盲孔挤压杆（310）固定在传动齿轮（520）下侧壁的中心位置，所述锻压机上固定有驱动电机（530），所述驱动电机（530）的输出轴上固定连接有驱动齿轮（540），所述驱动齿轮（540）与传动齿轮（520）啮合；

坯料出炉滚涂润滑介质后转移至下模（100）的挤压模腔（110）内；

S3、压模（200）与下模（100）合模，压模（200）向下移动，坯料在下模（100）内受正向挤压向下变形流动，坯料充满挤压模腔（110），成形第一盲孔；

S4、压模（200）复位，将压模（200）更换为上模（300），上模（300）和下模（100）再次合模，上模（300）向下移动，向下移动的过程中，启动驱动电机（530），带动盲孔挤压杆转动，成形第二盲孔。

2.根据权利要求1所述的双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，其特征在于，所述加热组件（400）包括绕设在下模（100）内的螺旋电加热圈。

3.根据权利要求1所述双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，其特征在于，所述坯料预先放入预热炉内预热，然后在表面喷涂防氧化剂，采用电炉加热至1000-1200℃ ，冲温5-10℃ 。

4.根据权利要求1所述双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，其特征在于，所述下模（100）通过加热组件（400）预热，使得下模（100）的挤压模腔（110）内温度在200-350℃ 之间，所述压模（200）和上模（300）均在预热炉内预热至300-350℃ ，压模（200）、上模（300）和下模（100）内均涂覆润滑剂。

5.根据权利要求1所述双盲孔风扇轴双向挤压旋转近净成形工艺，其特征在于，所述压模（200）向下模（100）合模的过程中，以18-22mm/s速度完成正向挤压，在更换完上模（300）后，上模（300）移动并合模，以18-22mm/s速度完成反向挤压，上模（300）下移过程中盲孔挤压杆（310）的外周面的转动线速度为1-2mm/s。