航空模鍛件的案例
大型航空模鍛件生產(chǎn)工藝研究
大型航空模鍛件是指在大型模鍛壓力機(jī)上生產(chǎn)的航空模鍛件，而大型模鍛壓力機(jī)是指壓力必須是4 萬(wàn)噸級(jí)以上的模鍛壓力機(jī)，大型模鍛壓力機(jī)的鍛造特點(diǎn)是可通過(guò)大的壓力、長(zhǎng)的保壓時(shí)間、慢的變形速度來(lái)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(guò)均勻的塑性變形來(lái)滿足設(shè)計(jì)要求。
大型航空模鍛件的制造行業(yè)是關(guān)系到國(guó)家安全和國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，也是國(guó)家能力的重要組成，迄今為止，僅有中國(guó)、美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)四個(gè)國(guó)家有類似設(shè)備，中國(guó)的8 萬(wàn)噸模鍛壓力機(jī)全世界最大。為提高航空產(chǎn)品的整體性能，大型航空模鍛件在航空制造領(lǐng)域的需求會(huì)越來(lái)越多。
大型航空模鍛件的特點(diǎn)
大型航空模鍛件在飛機(jī)機(jī)體、起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳等受力構(gòu)件中廣泛應(yīng)用，整體模鍛件比以大量小零件組合的構(gòu)件和自由鍛等毛坯制的整體零件都要優(yōu)越，由于減少了接頭、消除了應(yīng)力集中的來(lái)源——鉚接孔，因而具有較高的強(qiáng)度。
大型航空模鍛件整體模鍛時(shí)，采用的尺寸和重量都小于自由鍛件的預(yù)變形毛坯，這就能減少在鍛件內(nèi)部出現(xiàn)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(jī)械加工余量（減少40% ～ 50%），使零件的使用壽命得以延長(zhǎng)。
大型航空模鍛件大多為密度較小的有色金屬材料，因?yàn)闇p輕飛行器重量一直都是航空科技工作者的重要目標(biāo)，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(shè)備要求
美國(guó)、俄羅斯、法國(guó)之所以能在航空領(lǐng)域傲視全球，得益于其擁有大型的模鍛設(shè)備。
展開 7050 鋁合金H 形斷面模鍛件表層組織調(diào)控工藝
為解決大型鋁合金模鍛件在傳統(tǒng)熱模鍛工藝下出現(xiàn)的表層組織晶粒度粗大，表層和心部晶粒度差距大等問(wèn)題，本文提出了“欠壓模鍛+低溫小變形”的成形工藝方法，通過(guò)控制鋁合金模鍛件內(nèi)部形變儲(chǔ)能的累積與釋放，細(xì)化鍛件表層粗大組織，最終實(shí)現(xiàn)鋁合金模鍛件組織均勻性調(diào)控。
近年來(lái)7 系鋁合金作為航空結(jié)構(gòu)材料之一，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大飛機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)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(tǒng)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(wèn)題，特別是鍛件表層晶粒和析出相粗大引發(fā)的航空結(jié)構(gòu)件服役性能弱化與模鍛件成品率低的問(wèn)題普遍存在。為此，本文采用數(shù)值模擬和物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，以H 形斷面模鍛件為對(duì)象，研究提出了一種欠壓模鍛與低溫小變形工藝相結(jié)合的鍛件表層組織調(diào)控成形工藝，有效的細(xì)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(diào)控工藝及分析模型
為研究模鍛件表層組織調(diào)控工藝，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)H 形截面模鍛試驗(yàn)件，形狀尺寸。鍛件材料為7050 鋁合金，化學(xué)成分見表1，坯料尺寸為77mm×50mm×50mm。
工藝過(guò)程為：首先對(duì)其進(jìn)行欠壓模鍛，始鍛溫度350℃，欠壓量5mm。壓制后回爐進(jìn)行200℃均溫處理。隨后將模具預(yù)熱到300℃，進(jìn)行低溫小變形壓制，壓下量5mm，壓制后固溶處理。該工藝通過(guò)欠壓模鍛預(yù)留出一定的變形量，在低溫小變形壓制過(guò)程中，通過(guò)提高模具溫度，降低鍛件溫度使成形過(guò)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(shí)抑制心部溫度，減輕心部晶粒長(zhǎng)大傾向，配合后期固溶處理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)表層心部組織均勻性的控制。
圖2 工藝模擬模型
圖3 試驗(yàn)?zāi)＞? 為對(duì)上述工藝進(jìn)行分析研究，建立了三維有限元分析模型（圖2），并設(shè)計(jì)制備了試驗(yàn)?zāi)＞撸▓D3）。
展開 AerMet100鋼鍛件鍛造過(guò)程的三維熱力耦合數(shù)值模擬和細(xì)晶化大型模鍛件研制
圖9 典型點(diǎn)溫度變化曲線
對(duì)鍛件內(nèi)部溫度場(chǎng)的研究可以得出結(jié)論：在給定的工藝參數(shù)下，鍛件內(nèi)部溫升有限，各部位溫度始終在1050℃以下。
AerMet100 鋼細(xì)晶化大型模鍛件研制
使用上述較優(yōu)化的工藝參數(shù)和坯料，在西安三角防務(wù)400MN 模鍛液壓機(jī)上試制了兩批次某型飛機(jī)AerMet100 鋼起落架模鍛件。試制結(jié)果表明，鍛件成形良好，無(wú)折疊、夾傷等缺陷，表面質(zhì)量好。鍛件心部和表面均達(dá)到了8 級(jí)以上的晶粒度，綜合性能全面達(dá)標(biāo)。
表1 為AerMet100 鋼起落架模鍛件力學(xué)性能，可以看出，兩批次模鍛件均達(dá)到了優(yōu)良的綜合性能，尤其在只優(yōu)化鍛造工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，首次在國(guó)內(nèi)取得了σb>1950MPa，KIC>150MPa·m1/2，具有優(yōu)良綜合性能的細(xì)晶化大型AerMet100 鋼模鍛件。
展開 淺談軌道交通裝備模鍛件的工藝升級(jí)
為了滿足鐵路貨運(yùn)高速重載的需要，很多零部件逐步采用“以鍛代鑄”技術(shù)，隨著鍛造工藝技術(shù)裝備發(fā)展，一些原來(lái)形狀復(fù)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(jìn)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(jī)加工余量和進(jìn)一步提升產(chǎn)品綜合性能等許多方面，值得我們?nèi)ダ^續(xù)努力攻關(guān)。
—— 來(lái)源：《鍛造與沖壓》2018年第21期
PH13-8Mo鋼異形模鍛件鍛造工藝設(shè)計(jì)及組織演變規(guī)律
文 / 李偉，楊大偉，林鶯鶯，林海 · 中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院
精密鍛造具有生產(chǎn)效率高、成形質(zhì)量好、產(chǎn)品一致性高等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)于非加工的表面或者異形構(gòu)件，采用精密鍛造不僅能夠滿足其非加工要求，同時(shí)可極大地減少機(jī)械加工量。結(jié)合PH13-8Mo 鍛件的設(shè)計(jì)形狀以及性能要求，優(yōu)化成形過(guò)程中制坯流程；采用有限元分析方法對(duì)制坯形狀進(jìn)行優(yōu)化，最終完成鍛件的優(yōu)質(zhì)高效成形。
PH13-8Mo 馬氏體沉淀強(qiáng)化不銹鋼以其超高的強(qiáng)度、優(yōu)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(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。但由于其價(jià)格昂貴和硬度高，采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式生產(chǎn)的PH13-8Mo 零件，不僅大幅度提高了零件的制造成本，同時(shí)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(shù)，采用預(yù)制坯+鍛造方法完成最終鍛件成形，利用有限元計(jì)算軟件對(duì)制坯的形狀和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，然后對(duì)最終鍛件進(jìn)行組織和性能評(píng)價(jià)，為異形PH13-8Mo 鍛件制坯+鍛造成形提供理論依據(jù)。
鍛件及模具設(shè)計(jì)
本文中試制的PH13-8Mo 鍛件如圖1 所示。鍛件分為上下結(jié)構(gòu)，鍛件上部為帶有“T”字形加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，下部為整體長(zhǎng)方體。鍛件總高度為125mm，下部長(zhǎng)方體高度為82mm，寬度僅為24mm；鍛件最大長(zhǎng)度為193mm，最大寬度為131mm。設(shè)計(jì)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(shù)值模擬計(jì)算邊界參數(shù)設(shè)置
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定有限元模擬計(jì)算過(guò)程邊界參數(shù)如表1 所示。
展開 肯天復(fù)合材料成型脫模劑，助力航空航天發(fā)展
這些特性還具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，航空航天的模塑商能夠借助這些優(yōu)勢(shì)來(lái)持續(xù)影響并獲得商機(jī)，例如通過(guò)減少加工時(shí)間、產(chǎn)品應(yīng)用工藝、模具清理、排放物以及改善工作環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。
Zyvax? 1070W是一種革命性的水性無(wú)硅脫模劑，通過(guò)噴涂或擦拭的方法，應(yīng)用起來(lái)簡(jiǎn)單快捷，且無(wú)須固化時(shí)間，從而大大減少了模具的準(zhǔn)備時(shí)間。該產(chǎn)品易于清潔，無(wú)需砂紙或其他高腐蝕性清潔工藝。
Zyvax? 1070W還具有輕度粘性，為鋪疊成型工藝提供了優(yōu)勢(shì)。水性配方大幅降低了揮發(fā)性有機(jī)化合物在空氣中的濃度，從而有效改善了生產(chǎn)設(shè)施的空氣質(zhì)量。
該產(chǎn)品所開發(fā)技術(shù)的高效性可提高復(fù)合材料成型工藝的效率并可優(yōu)化終端產(chǎn)品，從而滿足不斷增長(zhǎng)的輕量化趨勢(shì)的需求。無(wú)論是對(duì)航空航天應(yīng)用還是其他類型的先進(jìn)復(fù)合碳纖維成型工藝來(lái)說(shuō)，都非常重要。
環(huán)氧樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=new%2Fview&id=2579
展開 萬(wàn)噸模鍛液壓機(jī)的柔性控制系統(tǒng)
模鍛液壓機(jī)是生產(chǎn)鎂鋁合金和鈦合金模鍛件的重要設(shè)備，在國(guó)際和航空工業(yè)的模鍛件生產(chǎn)中有著不可替代的作用。而隨著航空航天工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)模鍛件的要求也朝著大型、重型方面發(fā)展，因此萬(wàn)噸級(jí)模鍛液壓機(jī)作為大型、重型模鍛件的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，其需求量不斷增加。同時(shí)由于萬(wàn)噸級(jí)模鍛液壓機(jī)在工作時(shí)具有流量大、慣性大的特點(diǎn)，大流量和大慣性使得液壓機(jī)工作時(shí)的液壓沖擊也很大，巨大的液壓沖擊不僅使得設(shè)備的故障率居高不下，還嚴(yán)重影響設(shè)備的正常使用壽命和鍛件質(zhì)量。因此如何通過(guò)有效的電氣液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)和柔性控制系統(tǒng)來(lái)減小甚至消除萬(wàn)噸級(jí)液壓機(jī)工作時(shí)的液壓沖擊成為了研究方向。本文將就此類液壓機(jī)一種典型應(yīng)用中的柔性控制系統(tǒng)加以詳細(xì)介紹。
印度SQUAD公司是世界頂尖的航空航天用不銹鋼、高溫合金及鋁合金、鈦合金大型鍛件的生產(chǎn)公司，是空客、波音、通用、斯奈克瑪、古德里奇、阿海琺等國(guó)際著名企業(yè)的指定材料供應(yīng)商。本機(jī)是為SQUAD公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的100MN模鍛液壓機(jī)，主要應(yīng)用于航空類大型鎂鋁合金模鍛件的生產(chǎn)。本機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)采用拉桿預(yù)應(yīng)力組合框架式七缸結(jié)構(gòu)形式。主要部件由機(jī)身、主油缸（1個(gè)柱塞缸）、側(cè)油缸（4個(gè)柱塞缸）、回程缸（2個(gè)柱塞缸）、移動(dòng)工作臺(tái)、下頂出裝置等部分組成。
電氣液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制原理
液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
⑴主動(dòng)力系統(tǒng)。14臺(tái)比例泵構(gòu)成本設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)，每個(gè)泵都有一套獨(dú)立的控制單元，可以自由的加入和退出主油路的輸出。單個(gè)比例泵的最大輸出流量370L/min，14臺(tái)共計(jì)5180L/min。
⑵滑塊動(dòng)作系統(tǒng)?；瑝K上腔設(shè)有壓力分級(jí)閥塊，以實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)壓力分級(jí)功能?；瑝K回程腔油路在配置了支撐閥和快下閥之后，又增加了一套比例流量插裝閥與快下閥串聯(lián)使用，用以實(shí)現(xiàn)滑塊在自重下行時(shí)回程腔被動(dòng)排油的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。
⑶其他動(dòng)作系統(tǒng)。用以驅(qū)動(dòng)頂出缸、液壓鎖、控制油路和工作臺(tái)油路等部件動(dòng)作。
展開 中國(guó)鍛造行業(yè)“十四五”發(fā)展綱要（連載一)
1)航空航天模鍛件。
航空鍛造行業(yè)在鍛造設(shè)備投入和萬(wàn)噸級(jí)設(shè)備總量上已躍居世界第一位，模鍛件生產(chǎn)能力巨大但產(chǎn)出甚小，設(shè)備開工率嚴(yán)重不足，產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩。
從事航空鍛造的企業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)量、質(zhì)量和生產(chǎn)管理方面，都達(dá)到了國(guó)家(包括軍方)有關(guān)法規(guī)、規(guī)章和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，許多企業(yè)按照民用飛機(jī)適航條例的嚴(yán)格規(guī)定，通過(guò)外商全方位考核資質(zhì)認(rèn)證和首批件的試生產(chǎn)驗(yàn)證，成為了國(guó)外飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)公司合格的鍛件供應(yīng)商。自此，我國(guó)航空鍛造企業(yè)不僅成為國(guó)內(nèi)軍、民用飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)鍛件的研發(fā)、生產(chǎn)、供應(yīng)者，航空鍛件有能力完全立足國(guó)內(nèi)。而且，成為了國(guó)際航空鍛件市場(chǎng)有競(jìng)爭(zhēng)力的一支生力軍。由此表明：“十三五”期間我國(guó)航空鍛造行業(yè)在硬件和軟件兩方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)躋身于世界并成為航空航天業(yè)界不可或缺的重要力量。
2)大型自由鍛件。掌握的大鍛件關(guān)鍵技術(shù)。
①特大型鋼錠的均質(zhì)度及純凈度控制技術(shù)。
隨著鍛件向大型化發(fā)展，所需的特大型鋼錠越來(lái)越多。例如，400t 級(jí)以上特大型優(yōu)質(zhì)鋼錠的制造與產(chǎn)品應(yīng)用體現(xiàn)出重機(jī)企業(yè)大型鍛件的綜合制造水平。我國(guó)在特大型真空鋼錠制造方面經(jīng)驗(yàn)豐富，雙真空鋼錠(鋼包爐真空精煉加鑄錠真空澆注)冶煉能力達(dá)到700t，其產(chǎn)品應(yīng)用涉及特大型支承輥、石化反應(yīng)容器、核電等多個(gè)高端領(lǐng)域。近幾年，國(guó)內(nèi)采用“鋼坯構(gòu)筑技術(shù)”制造大型鍛件毛坯取得進(jìn)展。
②特種鍛造技術(shù)。
根據(jù)大鍛件的材料特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要求，研究開發(fā)出有針對(duì)性的特種鍛造技術(shù)以滿足裝備制造要求，包括大型異形復(fù)雜件的仿形鍛造，超大截面構(gòu)件高效壓實(shí)，大型管板中心壓應(yīng)力控制的半模鍛，大型奧氏體不銹鋼防開裂與組織細(xì)化的鍛造技術(shù)等。
封頭的仿形，在華龍一號(hào)水室封頭上成功應(yīng)用。主泵泵殼鍛件典型的鑄改鍛結(jié)構(gòu)，工藝創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了泵殼的仿形成形，大大降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。
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