航空模鍛件
關注創建者：化石 創建時間：2018-10-25
航空模鍛件的實例教程
大型航空模鍛件是指在大型模鍛壓力機上生產的航空模鍛件，而大型模鍛壓力機是指壓力必須是4 萬噸級以上的模鍛壓力機，大型模鍛壓力機的鍛造特點是可通過大的壓力、長的保壓時間、慢的變形速度來改善變形材料的致密度，使鋁合金、鈦合金、粉末合金等難變形材料通過均勻的塑性變形來滿足設計要求。
大型航空模鍛件的制造行業是關系到國家安全和國家經濟命脈的不可或缺的戰略性行業，也是國家能力的重要組成，迄今為止，僅有中國、美國、俄羅斯、法國四個國家有類似設備，中國的8 萬噸模鍛壓力機全世界最大。為提高航空產品的整體性能，大型航空模鍛件在航空制造領域的需求會越來越多。
大型航空模鍛件的特點
大型航空模鍛件在飛機機體、起落架、發動機和螺旋槳等受力構件中廣泛應用，整體模鍛件比以大量小零件組合的構件和自由鍛等毛坯制的整體零件都要優越，由于減少了接頭、消除了應力集中的來源——鉚接孔，因而具有較高的強度。
大型航空模鍛件整體模鍛時，采用的尺寸和重量都小于自由鍛件的預變形毛坯，這就能減少在鍛件內部出現各種缺陷的可能性，保證了鍛件纖維方向與零件輪廓形狀相符合，減少了裝配工作量和機械加工余量（減少40% ～ 50%），使零件的使用壽命得以延長。
大型航空模鍛件大多為密度較小的有色金屬材料，因為減輕飛行器重量一直都是航空科技工作者的重要目標，所以鋁合金鍛件（圖1）和鈦合金鍛件（圖2）材料所占比例最多。
圖1 鋁合金鍛件
圖2 鈦合金鍛件
大型航空模鍛件的設備要求
美國、俄羅斯、法國之所以能在航空領域傲視全球，得益于其擁有大型的模鍛設備。
展開 為解決大型鋁合金模鍛件在傳統熱模鍛工藝下出現的表層組織晶粒度粗大，表層和心部晶粒度差距大等問題，本文提出了“欠壓模鍛+低溫小變形”的成形工藝方法，通過控制鋁合金模鍛件內部形變儲能的累積與釋放，細化鍛件表層粗大組織，最終實現鋁合金模鍛件組織均勻性調控。
近年來7 系鋁合金作為航空結構材料之一，已經廣泛應用于大飛機關鍵結構件的生產制造中。大型鋁合金航空模鍛件一般具有高筋薄壁的特征，采用傳統熱模鍛工藝不可避免地存在從表層到心部的組織不均勻問題，特別是鍛件表層晶粒和析出相粗大引發的航空結構件服役性能弱化與模鍛件成品率低的問題普遍存在。為此，本文采用數值模擬和物理實驗相結合的方法，以H 形斷面模鍛件為對象，研究提出了一種欠壓模鍛與低溫小變形工藝相結合的鍛件表層組織調控成形工藝，有效的細化了模鍛件表層晶粒組織，最終獲得了晶粒組織均勻的鋁合金模鍛件。
表層組織調控工藝及分析模型
為研究模鍛件表層組織調控工藝，本文設計了一個H 形截面模鍛試驗件，形狀尺寸。鍛件材料為7050 鋁合金，化學成分見表1，坯料尺寸為77mm×50mm×50mm。
工藝過程為：首先對其進行欠壓模鍛，始鍛溫度350℃，欠壓量5mm。壓制后回爐進行200℃均溫處理。隨后將模具預熱到300℃，進行低溫小變形壓制，壓下量5mm，壓制后固溶處理。該工藝通過欠壓模鍛預留出一定的變形量，在低溫小變形壓制過程中，通過提高模具溫度，降低鍛件溫度使成形過程中鍛件的表層溫度高于心部，從而改善表層的變形條件，提高表層的變形量，同時抑制心部溫度，減輕心部晶粒長大傾向，配合后期固溶處理進而實現表層心部組織均勻性的控制。
圖2 工藝模擬模型
圖3 試驗模具
為對上述工藝進行分析研究，建立了三維有限元分析模型（圖2），并設計制備了試驗模具（圖3）。
展開 圖9 典型點溫度變化曲線
對鍛件內部溫度場的研究可以得出結論：在給定的工藝參數下，鍛件內部溫升有限，各部位溫度始終在1050℃以下。
AerMet100 鋼細晶化大型模鍛件研制
使用上述較優化的工藝參數和坯料，在西安三角防務400MN 模鍛液壓機上試制了兩批次某型飛機AerMet100 鋼起落架模鍛件。試制結果表明，鍛件成形良好，無折疊、夾傷等缺陷，表面質量好。鍛件心部和表面均達到了8 級以上的晶粒度，綜合性能全面達標。
表1 為AerMet100 鋼起落架模鍛件力學性能，可以看出，兩批次模鍛件均達到了優良的綜合性能，尤其在只優化鍛造工藝參數的基礎上，首次在國內取得了σb>1950MPa，KIC>150MPa·m1/2，具有優良綜合性能的細晶化大型AerMet100 鋼模鍛件。
展開 為了滿足鐵路貨運高速重載的需要，很多零部件逐步采用“以鍛代鑄”技術，隨著鍛造工藝技術裝備發展，一些原來形狀復雜，只能采用鑄造成型的零部件，正逐步被模鍛件取代。如何進一步降低成本，提高模具壽命，降低鍛件的不良品率，減少鍛件的機加工余量和進一步提升產品綜合性能等許多方面，值得我們去繼續努力攻關。
—— 來源：《鍛造與沖壓》2018年第21期
文 / 李偉，楊大偉，林鶯鶯，林海 · 中國航發北京航空材料研究院
精密鍛造具有生產效率高、成形質量好、產品一致性高等優點，特別是對于非加工的表面或者異形構件，采用精密鍛造不僅能夠滿足其非加工要求，同時可極大地減少機械加工量。結合PH13-8Mo 鍛件的設計形狀以及性能要求，優化成形過程中制坯流程；采用有限元分析方法對制坯形狀進行優化，最終完成鍛件的優質高效成形。
PH13-8Mo 馬氏體沉淀強化不銹鋼以其超高的強度、優良的抗沖擊腐蝕性能、較好的斷裂韌性、焊接性以及易加工性能，在航空航天領域得到了廣泛的關注。但由于其價格昂貴和硬度高，采用傳統的機械加工方式生產的PH13-8Mo 零件，不僅大幅度提高了零件的制造成本，同時也增加了其制造周期。
本文介紹了一種PH13-8Mo 鋼異形模鍛件控形控性一體化成形技術，采用預制坯+鍛造方法完成最終鍛件成形，利用有限元計算軟件對制坯的形狀和尺寸進行優化，然后對最終鍛件進行組織和性能評價，為異形PH13-8Mo 鍛件制坯+鍛造成形提供理論依據。
鍛件及模具設計
本文中試制的PH13-8Mo 鍛件如圖1 所示。鍛件分為上下結構，鍛件上部為帶有“T”字形加強筋結構，下部為整體長方體。鍛件總高度為125mm，下部長方體高度為82mm，寬度僅為24mm；鍛件最大長度為193mm，最大寬度為131mm。設計單邊余量3mm，上部斜度為5°，下部斜度為7°，未注明倒角為R3mm。
圖1 PH13-8Mo 鍛件及模具示意圖
有限元數值模擬計算邊界參數設置
根據設計要求，確定有限元模擬計算過程邊界參數如表1 所示。
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1)航空航天模鍛件。
航空鍛造行業在鍛造設備投入和萬噸級設備總量上已躍居世界第一位，模鍛件生產能力巨大但產出甚小，設備開工率嚴重不足，產能嚴重過剩。
大型鋁合金航空模鍛件一般具有高筋薄壁的特征，采用傳統熱模鍛工藝不可避免地存在從表層到心部的組織不均勻問題，特別是鍛件表層晶粒和析出相粗大引發的航空結構件服役性能弱化與模鍛件成品率低的問題普遍存在。
文 / 李偉，楊大偉，林鶯鶯，林海 · 中國航發北京航空材料研究院
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PH13
改革開放以來，我國軌道交通運輸裝備技術應用成績斐然，特別是鐵路高速客貨運輸車輛的研發和制造技術已經達到世界領先水平，中國制造的鐵路車輛以其合理的成本和可靠的質量行銷全球大部分國家。本文主要闡述鐵路貨車模鍛件制造技術的發展。
80年代鐵路貨車敞車載重60噸，運行速度一般30～50km/h；因工藝技術落后，主要零部件采用鑄鋼件。鍛件數量不多，模鍛件主要有軸承端前蓋、后擋；鉤舌銷、鉤尾銷等，其中模鍛件鉤尾銷材質從
某A e r M e t100 鋼模鍛件外形復雜，組織性能要求高，晶粒度需達到A S T M 8 級以上，這對成形火次、坯料設計、鍛造工藝參數提出了很高的要求。針對以上情況，本文建立了該AerMet100 鋼鍛件鍛造過程的三維熱力耦合有限元模型，利用剛粘塑性有限元法，對鍛造火次對鍛件變形量的影響、不同坯料尺寸下鍛件的成形情況、變形過程中溫度場的場量分布和變化規律進行了研究。
AerMet100
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人類第一次登月是在美國東部時間1969年7月20日下午4時17分42秒，阿姆斯特朗將左腳小心翼翼地踏上了月球表面，這是人類第一次踏上月球。
這是一個人的一小步
卻是人類的一大步
That's
模鍛液壓機是生產鎂鋁合金和鈦合金模鍛件的重要設備，在國際和航空工業的模鍛件生產中有著不可替代的作用。而隨著航空航天工業的迅速發展，對模鍛件的要求也朝著大型、重型方面發展，因此萬噸級模鍛液壓機作為大型、重型模鍛件的關鍵生產設備，其需求量不斷增加。
