CN218310641U - 一种铝合金桨壳锻件的模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于桨壳生产技术领域，其公开了一种铝合金桨壳锻件的模具，包括：相互扣合的上模和下模，上模的模腔和下模的模腔内位于耳片的成型区的位置，其对应的模腔的内壁面与分模面之间的夹角α均为35‑45°，可避免锻件耳片处的凹凸拐点，改善了耳片处受力条件，从而有效避免了锻件成型过程存在变形过于激烈区域而导致粗晶现象的出现，可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率。

Description

一种铝合金桨壳锻件的模具

技术领域

本实用新型涉及桨壳生产技术领域，更具体的说是涉及一种铝合金桨壳锻件的模具。

背景技术

2618A铝合金桨壳即是螺旋桨桨叶组件、变距机构、桨帽等的安装载体，又是连接发动机的安装结构件，在螺旋桨系统中起到很关键的承载和耐疲劳作用。通过计算，2618A铝合金桨壳模锻件的强度和使用寿命能满足要求，但是2618A铝合金桨壳锻件一直存在力学性能合格率低(85％)、桨壳粗晶合格率较低(20％)的问题。通过材料级的试验证明，粗晶会导致疲劳下极限降低22％，所以粗晶已经影响了产品的疲劳寿命。

经过对现有的2618A铝合金桨壳锻件的生产工艺进行分析，产生粗晶的原因有以下几点：

(1)粗晶区域主要集中在模具内腔中的耳片及耳片附近的桨袖端面区域，而桨壳锻件分模面位于耳片厚度方向的中间位置。耳片3与桨壳外形为90°角连接，导致耳片3与桨壳外形存在约90°角的凹凸拐点(参见图1)，而且耳片3厚度相对较薄，仅为30mm。成型耳片时需受最大的力方能充满模膛，耳片处存在变形过于激烈的区域是导致耳片区域易产生粗晶的一个主要原因；

(2)由于桨壳锻件的成型属于固态塑性流动过程，锻压时在耳片处产生的粗晶会惯性流动到与之相连的桨袖外圆和桨袖端面上，导致桨袖外圆和端面处也会出现粗晶现象，而在模具的桨袖成型区103的外径一般为φ588mm(参见图2)，其余量小，无法将桨袖外缘处的粗晶区域去除。

因此，如何提供一种可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，以提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率的铝合金桨壳锻件的模具是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，以提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率的铝合金桨壳锻件的模具。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种铝合金桨壳锻件的模具，包括：相互扣合的上模和下模，所述上模的模腔和所述下模的模腔内位于耳片的成型区的位置，其对应的模腔的内壁面与分模面之间的夹角α均为35-45°。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种铝合金桨壳锻件的模具，其中，模腔的内壁面与分模面之间的夹角α均为35-45°，可避免锻件耳片处的凹凸拐点，改善了耳片处受力条件，从而有效避免了锻件成型过程存在变形过于激烈区域而导致粗晶现象的出现，可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率。

进一步的，所述上模和所述下模的桨袖成型区的外直径φ为598mm。

采用上述技术方案产生的有益效果是，通过增大桨袖成型区的外径，可增大桨壳锻件桨袖的加工余量，即当桨壳上的桨袖的外径上具有粗晶缺陷时，可将锻件上的粗晶切除掉，进而提高铝合金桨壳锻件产品的合格率。

进一步的，所述上模上位于所述分模面的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到所述分模面以外区域的第一毛边槽；所述下模上位于所述分模面的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到所述分模面以外区域的第二毛边槽。

采用上述技术方案产生的有益效果是，锻件在成型过程中耳片处多余的金属能够顺畅的塑性流动到分模面以外的毛边槽内，不会因变形过于激烈导致耳片产生粗晶、涡流、穿流、折叠等锻压缺陷，可进一步提高铝合金桨壳锻件产品的合格率。

另外，产生粗晶的问题还有如下几点：

2618A铝合金桨壳锻件净重约165kg，最大允许变形程度小于70％，需要原材料规格Φ350mm×720mm，需要将其锻压至Φ700mm×290mm，才能满足挤压比＞2的挤压工艺要求(该工艺下可压实铸锭的疏松组织，同时可以击碎粗大铸造晶粒，避免因挤压比不够，心部挤不透，进而导致挤压棒材时产生疏松、粗晶等缺陷)，因此，一般选用东轻10000t水压力机进行锻压，但是设备吨位过大，变形速率过快(其为100～200mm/s)会造成锻件变形程度大于铝合金金属的最大允许变形程度70％，进而使得锻件易产生变形热效应现象，导致锻件出现过热产生粗晶缺陷；

模具预热温度低于材料终锻温度(350℃)，使得与模具接触的金属表面降温速度快。金属表面会发生较激烈的剪切变形，使得击碎的晶粒存在较大的能量，在后续固溶处理再结晶后形成了粗大晶粒。

因此，本实用新型还提供的一种铝合金桨壳锻件的锻造方法，包括如下步骤：

步骤S1自由锻制坯：选用Φ350mm×720mm铸锭，并通过自由锻将铸锭锻压至Φ700mm×290mm，以满足锻压比＞2的要求，得到坯料；

步骤S2模具预热：将所述的模具进行预热，其预热温度为380-400℃；

步骤S3坯料加热：先将箱式电炉温度加热到450℃，然后再将步骤S1中得到的坯料放置在箱式电炉中保温5h；

步骤S4模压：将步骤S3加热后的坯料放置在预热后的模具内，然后采用5000t水压机模压2火次，其锻造温度范围控制在450-350℃，其下压速度为50-100mm/s，得到桨壳预制锻件。

步骤S5热处理：将桨壳预制锻件放置在加热炉中，进行固溶、时效处理，得到桨壳锻件成品。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种铝合金桨壳锻件的锻造方法，其中因模具预热温度低，与模具接触的金属表面降温速度快，金属表面会发生较激烈的剪切变形，使得击碎的晶粒存在较大的能量，在后续固溶处理再结晶后形成了粗大晶粒。而模具温度越高，模具强度下降、模具寿命降低。考虑2618A材料终锻温度最低为350℃，因而模具预热温度大于终锻温度即可，因此工艺选择在380～400℃，因此可避免模具预热温度低，导致锻件表面温度降低较快，金属表面发生剪切变形易产生粗晶问题。为避免晶粒长大，应减少毛坯在炉内的停留时间，所以采用到温(450℃)装炉的方式。保温时间5h即可将坯料加热均匀；另外进行模压采用5000t水压机模压2火次，且下压速度为50-100mm/s，可保证每火次小于材料的最大允许变形程度70％的要求，并且且锻造温度范围控制在450-350℃，可提高始锻温度和终锻温度(380℃)，可以减小抗力，避免产生粗晶。因此，通过上述锻造方法，可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率。

进一步的，在所述步骤S3坯料加热中，其坯料的装炉量小于15件/炉，坯料之间的间距大于200mm。

采用上述技术方案产生的有益效果是，保证坯料之间具有较大的间距，易于使炉中的热风循环，便于每个坯料能够加热均匀，保证坯料的加热效果。

进一步的，在所述步骤S4模压过程中，采用喷枪对坯料表面喷涂润滑液。

采用上述技术方案产生的有益效果是，可减小锻件成型时与模具的摩擦力，防止局部过热导致晶粒长大。

进一步的，在所述步骤S5热处理中，其固溶的参数为加热炉的温度达到532±5℃时，将桨壳预制锻件装炉，其装炉量＜15件/炉，为保证桨壳预制锻件受热均匀，其桨壳预制锻件的间距＞200mm，保温时间控制在200～480min范围内，淬火的转移时间小于15S，淬火水温控制在60～70℃，可避免固溶温度过高、保温时间过长使得锻件产生过热粗晶。

进一步的，在所述步骤S5热处理中，其时效的参数为时效温度控制在185～200℃范围内，时效时间12～19h，锻件间距应＞100mm。

采用上述技术方案产生的有益效果是，采用固溶和时效处理，可消除锻件的残余应力，提高锻件的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的现有模具中耳片3与桨壳外形存在约90°角的凹凸拐点的结构示意图。

图2为本实用新型提供的现有模具中桨袖成型区的外径为φ588mm的结构示意图。

图3为本实用新型提供的一种铝合金桨壳锻件的模具模腔的内壁面与分模面之间的夹角α的结构示意图。

图4为本实用新型提供的一种铝合金桨壳锻件的模具中桨袖成型区的外径为φ598mm的结构示意图。

图5为本实用新型的提供的一种铝合金桨壳锻件的模具中上模的结构示意图。

图6为本实用新型的提供的一种铝合金桨壳锻件的模具中下模的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图3-图6，本实用新型实施例公开了一种铝合金桨壳锻件的模具，包括：相互扣合的上模1和下模2，上模1的模腔和下模2的模腔内位于耳片3的成型区的位置，其对应的模腔的内壁面101与分模面102之间的夹角α均为35-45°，α优选40°，可避免锻件耳片处的凹凸拐点，改善了耳片处受力条件，从而有效避免了锻件成型过程存在变形过于激烈区域而导致粗晶现象的出现，可降低2618A铝合金桨壳锻件粗晶缺陷，提高2618A铝合金桨壳锻件产品的合格率。

为了进一步优化上述技术方案，上模1和下模2的桨袖成型区103的外直径φ为598mm，即通过增大桨袖成型区的外径，可增大桨壳锻件桨袖的加工余量，即当桨壳上的桨袖的外径上具有粗晶缺陷时，可将锻件上的粗晶切除掉，进而提高铝合金桨壳锻件产品的合格率。

为了进一步优化上述技术方案，上模1上位于分模面102的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到分模面102以外区域的第一毛边槽4；下模2上位于分模面102的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到分模面102以外区域的第二毛边槽5。使得锻件在成型过程中耳片处多余的金属能够顺畅的塑性流动到分模面以外的毛边槽内，不会因变形过于激烈导致耳片产生粗晶、涡流、穿流、折叠等锻压缺陷，可进一步提高铝合金桨壳锻件产品的合格率。

本实用新型还提供了一种铝合金桨壳锻件的锻造方法，包括如下步骤：

步骤S1自由锻制坯：选用Φ350mm×720mm铸锭，并通过自由锻将铸锭锻压至Φ700mm×290mm，以满足锻压比＞2的要求，得到坯料，然后使用超声波探伤仪对坯料进行探伤，得到合格的坯料；

步骤S2模具预热：将上述的模具进行预热，其预热温度为380-400℃；

步骤S3坯料加热：先将箱式电炉温度加热到450℃，然后再将步骤S1中得到的坯料放置在箱式电炉中保温5h，将坯料加热均匀；

步骤S4模压：将步骤S3加热后的坯料放置在预热后的模具内，然后采用5000t水压机模压2火次，其锻造温度范围控制在450-350℃，其下压速度为50-100mm/s，得到桨壳预制锻件。

步骤S5热处理：将桨壳预制锻件放置在加热炉中，进行固溶、时效处理，得到桨壳锻件成品。

其中，为了优化上述锻造方法，在步骤S3坯料加热中，其坯料的装炉量小于15件/炉，坯料之间的间距大于200mm。

在步骤S4模压过程中，采用喷枪多次对坯料表面喷涂润滑液(石墨和机油的混合液)。

在步骤S5热处理中，其固溶的参数为加热炉的温度达到532±5℃时，将桨壳预制锻件装炉，其装炉量＜15件/炉，为保证桨壳预制锻件受热均匀，其桨壳预制锻件的间距＞200mm，保温时间控制在200～480min范围内，淬火的转移时间小于15S，淬火水温控制在60～70℃。

在步骤S5热处理中，其时效的参数为时效温度控制在185～200℃范围内，时效时间12～19h，锻件间距应＞100mm。

通过上述锻造方法生产的2618A铝合金桨壳锻件，其机械性能符合设计和工艺要求，且桨袖端面和耳片位置均无粗晶现象。减少了2618A铝合金桨壳锻件易粗晶问题，使铝合金桨壳锻件产品的合格率提高到96％-100％，为螺旋桨的安全性、可靠性提供了有力的保障。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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 (3)

1.一种铝合金桨壳锻件的模具，其特征在于，包括：相互扣合的上模(1)和下模(2)，所述上模(1)的模腔和所述下模(2)的模腔内位于耳片(3)的成型区的位置，其对应的模腔的内壁面(101)与分模面(102)之间的夹角α均为35-45°。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金桨壳锻件的模具，其特征在于，所述上模(1)和所述下模(2)的桨袖成型区(103)的外直径φ为598mm。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金桨壳锻件的模具，其特征在于，所述上模(1)上位于所述分模面(102)的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到所述分模面(102)以外区域的第一毛边槽(4)；所述下模(2)上位于所述分模面(102)的外侧区域开设有供多余的金属塑性流动到所述分模面(102)以外区域的第二毛边槽(5)。

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