一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空航天器用鍛件鍛造成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及隔框鍛件閉式模鍛精確成 形技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隔框模鍛件是廣泛應(yīng)用于航空航天器上的承力結(jié)構(gòu)件，采用高性能輕質(zhì)合金材料 (例如鋁合金、鈦合金）制成，主要由肋條和腹板兩部分構(gòu)成，通常采用開式模鍛工藝，在大 型模鍛液壓機(jī)上熱模鍛成形。開式模鍛件余量大，具有飛邊結(jié)構(gòu)，材料利用率低，生產(chǎn)成本 高。而且，在開式模鍛工藝中，預(yù)制坯設(shè)計(jì)是按體積不變原則首先計(jì)算獲得等厚度的板坯， 然后根據(jù)隔框模鍛件的形狀尺寸憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大致的體積再分配，獲得預(yù)制坯形狀尺寸。不 能實(shí)現(xiàn)根據(jù)隔框模鍛件結(jié)構(gòu)尺寸精確合理分配板坯各部位體積，從而使板坯在開式模鍛成 形過程中，易出現(xiàn)充不滿缺陷；腹板處金屬也易發(fā)生橫向穿肋流動，或產(chǎn)生紊流和折疊等缺 陷，產(chǎn)品質(zhì)量不能保證。
[0003] 采用閉式模鍛工藝成形隔框鍛件，由于沒有飛邊結(jié)構(gòu)，消除了周邊肋的流線露頭 現(xiàn)象，提高了模鍛件質(zhì)量；閉式模鍛件余量小，形狀尺寸精度高，可提高材料利用率，降低生 產(chǎn)成本。因此，隔框閉式模鍛成形工藝具有顯著的優(yōu)勢。然而，在閉式模鍛成形工藝中，模 鍛件板坯形狀尺寸的合理設(shè)計(jì)是保證獲得合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。若板坯體積分配不合理，在模 鍛成形過程中，腹板處金屬發(fā)生橫向穿肋流動，導(dǎo)致在部分中間肋的根部產(chǎn)生紊流、穿流、 折疊等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了獲得尺寸精度高的隔框鍛件，提高模鍛成形后隔框鍛件的質(zhì)量，有效避免紊 流、穿流、折疊等缺陷，本發(fā)明提供一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法。
[0005] 一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是將等厚度板坯經(jīng)預(yù)成形為變厚度 板坯后再將變厚度板坯鍛造成為隔框鍛件，具體采用如下步驟依次進(jìn)行：
[0006] 1)、根據(jù)所要成形的隔框鍛件形狀尺寸，確定變厚度板坯的形狀尺寸；
[0007] 2)、由變厚度板坯形狀尺寸得到與其體積相等、平面圖面積相同的等厚度板坯；
[0008] 3)、根據(jù)變厚度板坯形狀尺寸設(shè)計(jì)預(yù)成形變厚度板坯的模具，將等厚度板坯進(jìn)行 預(yù)成形，得到變厚度板坯；
[0009] 4)、將變厚度板坯采用閉式模鍛進(jìn)行精確成形，得到隔框鍛件。
[0010] 所述確定變厚度板坯形狀尺寸的步驟是：
[0011] 1)、根據(jù)隔框鍛件尺寸，繪制隔框鍛件三維造型圖；
[0012] 2)、繪制隔框鍛件的長寬面的平面圖；所述長寬面即由長度和寬度構(gòu)成的一個(gè) 面；
[0013] 3)、在平面圖中將隔框鍛件劃分成若干單元的組合體，并對單元進(jìn)行編號；所述單 元由中間肋中心線所圍成的最小區(qū)域閉合體或者由中間肋中心線與隔框鍛件外輪廓線所 圍成的最小區(qū)域閉合體；
[0014] 4)、分別計(jì)算平面圖中每個(gè)單元的平面圖面積Si;分別計(jì)算每個(gè)單元的體積V i;根 據(jù)公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是將等厚度板巧經(jīng)預(yù)成形為變厚度板 巧后再將變厚度板巧鍛造成為隔框鍛件，具體采用如下步驟依次進(jìn)行： 1) 根據(jù)所要成形的隔框鍛件形狀尺寸，確定變厚度板巧（115)的形狀尺寸； 2) 由變厚度板巧（115)形狀尺寸得到與其體積相等、平面圖面積相同的等厚度板巧 (114)； 3) 根據(jù)變厚度板巧（115)形狀尺寸設(shè)計(jì)預(yù)成形變厚度板巧的模具，將等厚度板巧 (114)進(jìn)行預(yù)成形，得到變厚度板遠(yuǎn)（115); 4) 將變厚度板巧（115)采用閉式模鍛進(jìn)行精確成形，得到隔框鍛件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是所述確定變 厚度板巧形狀尺寸的步驟是： 1) 根據(jù)隔框鍛件尺寸，繪制隔框鍛件S維造型圖； 2) 繪制隔框鍛件的長寬面的平面圖；所述長寬面即由長度和寬度構(gòu)成的一個(gè)面； 3) 在平面圖中將隔框鍛件劃分成若干單元的組合體，并對單元進(jìn)行編號；所述單元由 中間肋（103)中屯、線所圍成的最小區(qū)域閉合體或者由中間肋中屯、線與隔框鍛件外輪廓線 所圍成的最小區(qū)域閉合體； 4) 分別計(jì)算平面圖中每個(gè)單元的平面圖面積Si;分別計(jì)算每個(gè)單元的體積V根據(jù)公 式：玲分別計(jì)算每個(gè)單元的理想厚度 5) 對變厚度板巧每個(gè)單元的平面圖面積Si和理想厚度iTi進(jìn)行簡化處理，得到變厚度 板巧每個(gè)新單元的平面圖面積Sj.和厚度Hj.;所述簡化處理即將厚度差小于1mm的相鄰單元 合并成一個(gè)新單元，并對未合并的單元和合并后的新單元重新依次編號；分別計(jì)算每個(gè)新 單元的平面圖面積Sj.和新單元的體積Vj.;根據(jù)公式：啤計(jì)算每個(gè)新單元的理想厚度 iTj.;新單元的體積Vj.為被合并單元的體積之和，新單元的平面圖面積Sj.為被合并單元的平 面面積之和；各未合并單元的體積和平面圖面積與修正前相同；將理想厚度iTj四舍五入取 整，得到每個(gè)新單元的厚度Hj.; 6) 對簡化處理后的不同厚度交界處形成的臺階采用過渡斜坡進(jìn)行修正；即將相鄰新 單元之間產(chǎn)生的臺階的高階位置減掉一個(gè)橫截面是30度角的直角=角形的體積，將該30 度角的直角=角形的體積增加到相鄰新單元之間產(chǎn)生的臺階的低階位置處；使高階與低階 之間由傾斜平面連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是所述隔框鍛 件變厚度板巧的預(yù)成形步驟是： 1) 根據(jù)變厚度板巧（115)形狀尺寸設(shè)計(jì)變厚度板巧的預(yù)成形模具； 2) 將等厚度板巧（114)經(jīng)加熱爐加熱到始鍛溫度并保溫45~50min，將預(yù)成形模具預(yù) 熱到250~350°C; 3) 將預(yù)成形模具和等厚度板巧（114)噴涂潤滑劑； 4) 將等厚度板巧（114)置于預(yù)成形模具凹槽內(nèi)并加載施壓，直到加載行程結(jié)束，保壓 5~10s后卸載回程，頂桿將變厚度板巧115向上頂出凹槽，得到變厚度板巧（1巧）。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是隔框鍛件 變厚度的預(yù)成形模具包括上凸模（110)、下凹模（111)、頂桿（112)和頂板（113);上凸模 (110)的下部設(shè)有凸臺，下凹模（111)的上部設(shè)有與凸臺配合的凹槽；下凹模（111)的凹槽 底部形狀尺寸與變厚度板巧（115)的斜坡過渡連接的水平平臺面的形狀尺寸相匹配；下凹 模（111)的凹槽內(nèi)設(shè)有若干插孔，頂桿（112)插在插孔內(nèi)，頂桿（112)下面設(shè)有頂板（113)， 頂板（113)與頂桿（112)觸碰。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是所述變厚度 板巧的形狀為：在平面圖上，變厚度板巧外輪廓與隔框鍛件外輪廓相同；變厚度板巧在高 度方向上看，下表面為水平面，上表面為通過斜坡過渡連接的若干水平平臺。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是所述隔框鍛 件由腹板（101)和肋組成，腹板（101)的上下表面連接肋，相鄰兩肋之間的高度差不超過 30 %，相鄰單元的平面圖面積差不超過一倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，其特征是所述肋包括 中間肋（103)和周邊肋（102)，隔框鍛件的外輪廓上均有周邊肋（102)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件變厚度板巧預(yù)成形方法，其特征是所述等厚度 板巧選取經(jīng)過自由鍛改善組織后的鍛態(tài)TC4鐵合金材料，預(yù)成形前加熱到始鍛溫度940~ 970°C，并保溫45~50min，使板巧屯、部與表面溫度相同；預(yù)成形模具的預(yù)熱溫度為250~ 350 °C。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔框鍛件變厚度板巧預(yù)成形方法，其特征是所述等厚度 板巧選取經(jīng)過自由鍛改善組織后的鍛態(tài)7075高強(qiáng)侶合金材料，預(yù)成形前加熱到始鍛溫度 390~410°C，并保溫45~50min，使板巧屯、部與表面溫度相同；預(yù)成形模具的預(yù)熱溫度為 250 ~350 °C。
【專利摘要】一種隔框鍛件閉式模鍛精確成形方法，屬于航空航天工業(yè)鍛造成形技術(shù)領(lǐng)域，依次采用以下步驟：1）、根據(jù)所要成形的隔框鍛件形狀尺寸，確定變厚度板坯的形狀尺寸；2）、確定預(yù)成形工序所需等厚度板坯的尺寸；3）、根據(jù)變厚度板坯形狀尺寸設(shè)計(jì)預(yù)成形變厚度板坯的模具，將等厚度板坯進(jìn)行預(yù)成形，得到變厚度板坯；4）、將變厚度板坯采用閉式模鍛進(jìn)行精確成形，得到隔框鍛件。本發(fā)明能夠獲得尺寸精度高的隔框鍛件，提高模鍛成形后隔框鍛件的質(zhì)量，有效避免紊流、穿流、折疊等缺陷，顯著提高生產(chǎn)效率及材料利用率。
【IPC分類】B21J5-02
【公開號】CN104785691
【申請?zhí)枴緾N201510175567
【發(fā)明人】陳慧琴, 劉嘉辰, 劉巖, 趙曉東, 劉建生
【申請人】太原科技大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月14日