CN119407094B - 一种300m钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种300M钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法，属于锻压技术领域。本发明一种300M钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法，解决传统生产工艺存在的材料消耗大、工艺流程长等问题，可满足先进飞机对产品质量、制造成本等方面的迫切需求，具有较大的经济与社会效益。本发明采用单火次“一锻成型”，可获得带有一定深度内孔的套筒锻件，加工余量小，材料利用率高，成本低，生产效率高；本发明还实现无飞边锻造，避免套筒锻件横截面晶粒流线被切断外露风险，提高零件的抗应力腐蚀性能和疲劳性能，有助于飞机对关键零部件安全性和可靠性的服役需求。

Description

一种300M钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法

技术领域

本发明提出一种300M钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法，属于锻压技术领域。

背景技术

飞机起落架作为飞机重要安全功能部件，是用于飞机起飞、着陆、地面滑行和停放的重要支持系统，是飞机的关键重要承力构件。为满足新一代飞机对性能的更高要求，飞机起落架大量采用先进的超高强度钢锻件，占据飞机结构重量的10％～20％，起落架关键构件技术水平和可靠度对于飞机整体性能和使用安全具有重要影响。飞机用300M钢起落架套筒模锻件具有尺寸大、重量重和形状复杂的特点，其形状特征包括变截面的圆柱形主体，圆柱形主体侧周壁上有两对大小耳片。传统的套筒生产技术一般采用普通模锻方法，存在较大飞边且无法做到空心锻造，需通过后续深孔钻去除心部金属获得空心轴，存在锻造工艺流程长、材料消耗大等缺点，且套筒模锻件圆柱形主体飞边处流线被切断外露，影响零件的服役疲劳性能。

多向模锻技术是目前中空类异形零件制造的重要手段。然而，对于300M钢起落架套筒锻件采用多向模锻存在极大挑战：300M钢属于超高强度钢，变形抗力大，锻造成型载荷高；金属流动复杂，一旦预制坯料的材料分配不合理极易产生型腔充不满和折叠等缺陷，导致报废；套筒圆柱形主体内孔较长、孔径比大，水平模模具冲头锻造时长时间与锻件内孔接触，导致冲头温度高，容易出现卡模、损坏等问题，也会带来产品质量问题导致报废。本发明提出了一种起起落架套筒锻件短流程低成本制备方法及模具设计，该方法可实现起落架套筒模锻件的无制坯一火模锻精密锻造，同时能够实现内孔锻造，大幅度降低材料消耗40％以上，减少深孔钻加工量，具有成本低、质量好和生产效率高等优势。

发明内容

本发明专利一种300M钢起落架套筒锻件短流程低成本制备方法，解决传统生产工艺存在的材料消耗大、工艺流程长等问题，可满足先进飞机对产品质量、制造成本等方面的迫切需求，具有较大的经济与社会效益。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，主要包括以下步骤：

步骤一：根据套筒锻件外形尺寸设计组合模具和圆柱形坯料；所述组合模具包括上模具、下模具、左水平模具和右水平模；所述左水平模具和右水平模具呈“蘑菇形”，其中“蘑菇头”与坯料接触，为工作部段；“蘑菇杆”为支撑部段，不与坯料接触，水平模具的工作部段直径大于支撑部段直径；

步骤二：将300M钢坯料加热至锻造温度，然后将加热好的坯料放置在下模具型腔中；所述锻造温度为1150±15℃；

步骤三：上模具下行移动，与坯料接触，完成下压动作，此步骤与常规模锻变形过程类似，但所用圆柱形坯料最小直径小于套筒锻件的圆柱形主体直径，套筒锻件的圆柱形最小主体直径-圆柱形坯料直径＝C，C的取值范围为大于0且小于等于5mm，因此上模与下模合模后，在水平模口处不会形成飞边；

步骤四：上模具保持压力停止不动，左水平模具和右水平模具加入动作，左水平模具向右水平运动与坯料接触，与此同时，右水平模具向左水平运动与坯料接触，左、右水平模具分别运动到指定目标位置，金属在左、右水平模具的挤压下，在上、下模具和左、右水平模具闭合所形成的型腔中流动；左、右水平模具的水平运动速度为7～9mm/s、优选为8mm/s；

步骤五：左、右水平模具分别做回程运动，在脱模的同时对套筒锻件的内孔做整型，最终获得所需要的起落架套筒模锻件。

本发明中，上、下模具的型腔与锻件的关系：先设计锻件(耳片等特征均属于锻件的特征)，然后利于数控的方式根据锻件形状加工模具型腔，因此上下模具的型腔是源于锻件的形状。上下模具型腔里包含了耳片的特征，当金属充填上下模具型腔后，耳片特征也就形成了。

优选的，采用无制坯一火模锻，避免预制坯料的材料分配不合理带来的型腔充不满和折叠等缺陷问题。

优选的，C的取值范围为大于1且小于等于4mm。

优选的，套筒锻件左、右内孔直径分别为左、右水平模具的工作部段直径。

优选的，套筒锻件左、右内孔深度为左、右水平模具伸入上下模具闭合所形成型腔的深度，为2～5倍水平模具的工作部段直径。进一步优选为，套筒锻件左、右内孔深度为左、右水平模具伸入上下模具闭合所形成型腔的深度，为2.2～4.5倍水平模具的工作部段直径。

本发明将均匀的圆柱形坯料水平放置在所述模具体中，液压缸驱动的上模具用于对坯料的顶部施加力，左水平模具的端部伸入所述模具体的左侧开口中并用于对坯料左侧施加力，右水平模具的端部伸入所述模具体的右侧开口中并用于对坯料右侧施加力。

优选地，所述左水平模具和右水平模具采用“蘑菇形”设计方式，其中“蘑菇头”与坯料接触，为工作部段；“蘑菇杆”为支撑部段，不与坯料接触，能够解决水平模模具冲头锻造时长时间与锻件内孔接触，导致冲头温度高，容易出现卡模、损坏等问题。

优选地，水平模具的工作部段直径大于支撑部段直径5～10mm。

本发明左水平模具的工作部段与右水平模具的工作部段的直径是一样的，也可是不一样的。作为进一步的优选，本发明左水平模具的工作部段与右水平模具的工作部段的直径是一样的。工作时，左水平模具的工作部段与右水平模具的工作部段在同一条轴线上；左水平模具的支撑部段与右水平模具的支撑部段也在同一条轴线上。

本发明中，左、右水平模具的工作部段的长度推荐值为40～80mm(即蘑菇头顶部到工作不断与支撑部段接触位置的垂直距离为40～80mm)，太短不发挥作用，太长容易卡模、损坏。本发明中，左、右水平模具的支撑部段的长度大于对应左、右内孔的深度。

在工业上应用时，左、右水平模具都设有尾部，支撑部段一端连接尾部，另一端连接工作部段。

优选地，水平模具的工作部段和支撑部段采用分体设计，采用不同材料。

优选地，水平模具的工作部段的材料选取高温性能优异的高温合金材料，如GH4169等；支撑部段的材料选取普通模具钢材料，如5CrMnMo等。

本发明所设计工艺不仅具有一定容错性，而且还可以得到高精度产物。即使在轴向出现了细微偏差(比如长度、孔的深度)，也可以通过后续简单的措施补救。

本发明的优点和有益效果在于：本发明提供一种起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法与模具设计，可制备出带内孔的起落架套筒锻件。与传统生产方式相比，本发明主要有以下创新点：1)本发明首次采用单火次“一锻成型”，获得带有一定深度内孔的套筒锻件，其具有加工余量小，材料利用率高，成本低，生产效率高等优势；2)采用本发明所设计的工艺，其材料消耗可降低40％以上，锻件重量可减少40％以上，锻造火次减少50％以上，机加工时可减少20％以上；3)本发明可实现无飞边锻造，避免套筒锻件横截面晶粒流线被切断外露风险，提高零件的抗应力腐蚀性能和疲劳性能，有助于飞机对关键零部件安全性和可靠性的服役需求。

附图说明

图1为起落架套筒零件示意图；

图2传统的起落架套筒锻件示意图；

图3本发明的起落架套筒锻件示意图；

图4本发明的起落架套筒锻件制备流程示意图；

图5本发明的起落架套筒锻件组合模具示意图；

图6本发明的起落架套筒锻件水平模具结构示意图。

图中，1为圆柱形坯料、2为上模具、3为下模具、4为左水平模具、5为右水平模具、6为起落架套筒模锻件、7为水平模具支撑部段、8水平模具工作部段、9为水平模具支撑部段直径、10为水平模具工作部段直径。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述，但并不构成对本发明保护范围的限定。下面以某型民用客机起落架用套筒锻件为例，详细说明本发明的制造方法。该锻件外轮廓如图1所示，其长1020mm，左内孔直径为115mm，左内孔的深度为390mm，右内孔直径为115mm，右内孔的深度为280mm，锻件左端(直径较小的一端)非凸起部分呈中心开孔的圆柱形，其直径为152mm；锻件右端(直径较大的一端)非凸起部分呈中心开孔的圆柱形，其直径为165mm；具体制造步骤：

步骤一：根据锻件外形尺寸设计合模具2～5和圆柱形坯料1(其材质为300M超高强度钢)。其中，水平模具4和5均采用“蘑菇形”结构设计，其结构特征为：水平模具工作部段8材质为GH4169合金材料，水平模具工作部段的直径10，其尺寸为115mm；水平模具支撑部段7材质为5CrMnMo，水平模具支撑部段的直径9，其尺寸为95mm(左、右水平模具的支撑部段的长度大于对应左、右内孔的深度)；支撑部段7和工作部段8通过堆焊方式相互连接。坯料1的外形尺寸为直径150mm，长度705mm的圆柱；

步骤二：将坯料1(材质为300M钢、形状为均匀的直圆柱)加热至锻造温度1150℃，然后将加热好的坯料1水平放置在下模具3型腔中；

步骤三：上模具2下行移动，与坯料1接触，完成下压动作，此步骤与常规模锻变形过程类似，但圆柱形坯料直径Amm小于套筒锻件的圆柱形主体的最小直径Bmm，B-A＝2.5mm，因此上模2与下模3合模后，在水平模口处不会形成飞边；(在本实施例中，套筒锻件左端圆柱外形部分的直径为152mm、套筒锻件右端圆柱外形部分的直径为165mm)

步骤四：上模具2保持压力停止不动，左水平模具4和右水平模具5加入动作，左水平模具4向右运动与坯料1接触，与此同时，右水平模具5向左运动与坯料1接触，左水平模具4、右水平模具5分别运动255mm到目标位置；在本实施例中，虽然左、右水平模具的结构尺寸是一样的，但是锻件的左右内腔直径尺寸不一样，左边薄，右边厚，因此在相同运动情况下，左边会比右边更长，即在本实施例中，尽管左右水平模具的运动速度是一样的，其都是运动255mm，但可以实现左内孔的深度为390mm，右内孔的深度为280mm，金属在上模具2、下模具3、左水平模具4和右水平模具5闭合所形成的型腔中流动；(左、右水平模具运动时，其运动速度为8mm/s)

步骤五：左、右水平模具分别做回程运动，在脱模的同时对套筒锻件的内孔做整型，最终获得所需要的起落架套筒模锻件6。所得起落架套筒模锻件6的力学性能见下表：

如果按照传统的模锻方式，锻件重量为165Kg，投料重量为195Kg，需要制坯2火次，模锻1火次，模锻后还需要去除飞边。而采用本发明技术，锻件重量可从165Kg降至95Kg，降幅为42.4％；投料重量从195Kg降至98Kg，降幅为49.4％；锻造火次从3火次降至1火次，降幅为66.7％；模锻后仅需打磨毛刺，无需切除飞边。从以上数据可以看出，本发明技术具有显著的有益成果。

Claims (11)

1.一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据套筒锻件外形尺寸设计组合模具和圆柱形坯料；所述组合模具包括上模具、下模具、左水平模具和右水平模具；所述左水平模具和右水平模具呈“蘑菇形”，其中“蘑菇头”与坯料接触，为工作部段；“蘑菇杆”为支撑部段，不与坯料接触，水平模具的工作部段直径大于支撑部段直径；

步骤二：将300M钢坯料加热至锻造温度，然后将加热好的坯料放置在下模具型腔中；所述锻造温度为1150±15℃；

步骤三：上模具下行移动，与坯料接触，完成下压动作，所用圆柱形坯料最小直径小于套筒锻件的圆柱形主体直径，套筒锻件的圆柱形最小主体直径-圆柱形坯料直径=C，C的取值范围为大于0且小于等于5mm，

步骤四：上模具保持压力停止不动，左水平模具和右水平模具加入动作，左水平模具向右水平运动与坯料接触，与此同时，右水平模具向左水平运动与坯料接触，左、右水平模具分别运动到指定目标位置，金属在左、右水平模具的挤压下，在上、下模具和左、右水平模具闭合所形成的型腔中流动；左、右水平模具的水平运动速度为7~9mm/s；

步骤五：左、右水平模具分别做回程运动，在脱模的同时对套筒锻件的内孔做整型，最终获得所需要的起落架套筒模锻件。

2.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：上下模具的型腔是源于锻件的形状；上下模具型腔里包含了耳片的特征。

3.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：采用无制坯一火模锻，得到300M钢起落架套筒模锻件。

4.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：C的取值范围为大于1且小于等于4mm。

5.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：套筒锻件左、右内孔直径分别为左、右水平模具的工作部段直径。

6.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：套筒锻件左、右内孔深度为左、右水平模具伸入上下模具闭合所形成型腔的深度，为2~5倍水平模具的工作部段直径。

7.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：套筒锻件左、右内孔深度为左、右水平模具伸入上下模具闭合所形成型腔的深度，为2.2~4.5倍水平模具的工作部段直径。

8.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：水平模具的工作部段直径大于支撑部段直径5~10mm。

9.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：工作时，左水平模具的工作部段与右水平模具的工作部段在同一条轴线上；左水平模具的支撑部段与右水平模具的支撑部段也在同一条轴线上；左水平模具的工作部段的圆心和右水平模具的工作部段以及圆柱形坯料两端的圆心在同一直线上。

10.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：左、右水平模具的工作部段的长度为40~80mm；左、右水平模具的支撑部段的长度大于对应左、右内孔的深度。

11.根据权利要求1所述的一种300M钢起落架套筒模锻件短流程低成本制备方法，其特征在于：水平模具的工作部段和支撑部段采用分体设计，采用不同材料，其中水平模具的工作部段的材料为高温合金；支撑部段的材料为模具钢材料。