阅读说明：本技术 一种发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具 (Processing technology and manufacturing die for engine tail nozzle forging ) 是由 姜星智 穆剑菲 尹晓东 江一波 陈望 黄建华 于 2019-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具,通过坯料检验、喷丸处理、倒角、涂润滑剂、包套、绑偶、坯料加热、一火模锻、喷丸处理、涂润滑剂、包套、绑偶、预锻件加热、模具预热、二火模锻、喷丸处理、终检、入库、发货的工艺流程实现筒状环坯到尾喷口锻件的锻压成型加工,其中通过一火模锻时的扩锥孔成型模和二火模锻时的镦挤成型模使筒状环坯成为预锻件并最终成为尾喷口锻件。这种发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具使形成的尾喷口锻件结构及尺寸更接近发动机尾喷口零件的尺寸,后期机加工余量小,难度降低,提高了生产效率,也降低了生产成本,产品的性能经过两次锻压也得到了显著提高。(The invention discloses a processing technology of a forging piece of a tail nozzle of an engine and a manufacturing die thereof, wherein the forging and forming processing from a cylindrical ring blank to the forging piece of the tail nozzle is realized through the technological processes of blank inspection, shot blasting treatment, chamfering, lubricant coating, coupling, blank heating, one-fire die forging, shot blasting treatment, lubricant coating, coupling, pre-forging piece heating, die preheating, two-fire die forging, shot blasting treatment, final inspection, warehousing and delivery, wherein the cylindrical ring blank is made into the pre-forging piece and finally becomes the nozzle of the tail nozzle through a cone expanding hole forming die during the one-fire die forging and an upsetting and extruding forming die during the two-fire die forging. The processing technology and the manufacturing die of the engine tail nozzle forging enable the structure and the size of the formed tail nozzle forging to be closer to the size of an engine tail nozzle part, the later-stage machining allowance is small, the difficulty is reduced, the production efficiency is improved, the production cost is also reduced, and the performance of a product is also remarkably improved through twice forging and pressing.)

一种发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具

技术领域

本发明涉及发动机尾喷口制造领域，尤其涉及一种发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具。

背景技术

尾喷口是航空发动机的重要组成部件，其结构精度要求高，由于其属于航空发动机的喷气排气口，因此，尾喷口也需要有足够的耐高温性和结构强度。

现有的航空发动机尾喷口多是由高温合金材料制成，保证其在高温作用下变形区间小。现有的航空发动机尾喷口由于其本身结构类似于筒状结构，中心是前后相通的通孔，由于精度要求比较高，尺寸结构比较大，加工难度比较大，现有的发动机尾喷口加工方式一般都是先将特定合金材质的坯件材料先锻压成环形状结构的筒状坯件，然后再将筒状坯件放入车床上进行机加工，通过粗加工、半精加工和精加工的方式去除多余材料，最终形成所需尺寸的发动机尾喷口。

这种方式虽然最终能够实现发动机尾喷口的加工，并达到最终尺寸要求，但是，这种方式其锻压后的筒状坯件与最终的产品结构尺寸差距比较大，机加工要求去除的余量比较大，因此，造成很大的材料浪费，且机加工要求及难度更高，加工时间长，极大影响加工效率，增大了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提供生产效率，降低生产成本的发动机尾喷口锻件加工工艺及其制造模具。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种发动机尾喷口锻件加工工艺，包括以下步骤：

A.坯料检验：对筒状环坯进行复验，其高度为562mm，外径为675mm，中心孔内径为465mm，所述筒状环坯为GH4169高温合金材质，该GH4169高温合金的主要化学元素含量 (重量百分比)为：含C量≤0 .08％、含Cr量 17 .0％～21 .0％、含Ni量50 .0％～55 .0％、含Co量≤1 .0％、含Mo量2 .80％～3 .30％、含Al量 0 .30％～0 .70％、含Ti量0 .75％～1.15％、含Nb量4 .75％～5 .50％、含B量≤0 .006％、含Mg 量≤0 .01％、含Mn量≤0.35％、含Si量≤0 .35％、含P量≤0 .015％、含S量≤0 .015％、含Cu量 ≤0 .30％、含Ca量≤0 .01％、含Pb量≤0 .0005％、含Se量≤0 .0003％、余量为Fe，确保材料符合要求；

B.喷丸处理：清理筒状环坯表面，并检查筒状环坯表面是否存在缺陷，若有缺陷需和客户沟通，并在周转卡上作详细记录，待客户确认需要打磨后用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

C.倒角：筒状环坯端面倒角C20；

D.涂润滑剂：筒状环坯表面清洁后先预热至150℃左右，然后均匀涂润滑剂1-2次，涂后不得破坏涂层；

E.包套、绑偶：按尺寸裁剪相应25mm厚保温棉，筒状环坯包套后必须和包套前一样将上端面朝上、锭节号按顺序摆放保持一致，包套前需将热电偶绑在筒状环坯上端面侧圆面，测试是否正常工作，并记录好热电偶编号和带偶坯料装炉位置；

F.坯料加热、模具预热：将一火模锻模具和筒状环坯按工艺要求进行加热；

G.一火模锻：压力机进行调试，将预热好的模具在液压机上安装好后合模对零位，上模均匀喷涂石墨乳，通过夹钳包好保温棉的操作机将筒状环坯从加热炉中放置在模具中心，并通过筒状环坯中心孔在模具中定位好，同时液压机设置好压力，将筒状环坯锻压成中心孔及外部上下两端外部向外扩开的预锻件；

H.喷丸处理：预锻件从模具中退料后先清理预锻件表面，并检查预锻件表面是否存在缺陷，若有缺陷需用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

I.涂润滑剂：预锻件表面清洁后先预热至150℃左右，然后均匀涂润滑剂1-2次，涂后不得破坏涂层；

J.包套、绑偶：按尺寸裁剪相应25mm厚保温棉，预锻件包套后必须和包套前一样将上端面朝上、锭节号按顺序摆放保持一致，包套前需将热电偶绑在预锻件上端面侧圆面、测试是否正常工作，并记录好热电偶编号和带偶预锻件装炉位置；

K.预锻件加热、模具预热：将二火模锻模具和预锻件按工艺进行加热；

L.二火模锻：压力机进行调试，将预热好的模具在液压机上安装好后合模对零位，上模均匀喷涂石墨乳，通过夹钳包好保温棉的操作机将预锻件从加热炉中放置在模具中心，并通过预锻件的中心孔在模具中定位好，同时液压机设置好压力，将预锻件锻压成尾喷口锻件；

M.喷丸处理：尾喷口锻件从模具中退料后进行表面清理，并检查尾喷口锻件表面是否存在缺陷，若有缺陷需用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

N.终检：检查尾喷口锻件形状尺寸及表面质量。

作为优选，所述步骤G中，液压机设置好压力后，空程时液压机全速下行，接触筒状环坯后压制速度为15mm/s，压至欠压25mm。

作为优选，所述步骤L中，液压机设置好压力后，空程时液压机全速下行，接触预锻件后压制速度为15mm/s，压至合模。

一种发动机尾喷口锻件制造模具，包括一火模锻时用于将筒状环坯锻压成预锻件的扩锥孔成型模以及二火模锻时用于用于将预锻件锻压成尾喷口锻件的镦挤成型模；所述扩锥孔成型模和镦挤成型模均由上连接板、下连接板、上模、下模和下冲头组成，所述上模顶部固定连接在上连接板的底部，下模底部固定连接在下连接板的顶部，所述上模和下模上下同心，上模和下模的中心均设置上下连通的模腔，其中下模模腔底部中心设置有底面与连接板连接的下冲头，合模后的上模和下模其结合后的模腔侧面轮廓与尾喷口锻件的外侧面轮廓形状及尺寸一致；所述扩锥孔成型模中上模的模腔中心设置有顶部与上连接板固定连接的扩孔冲头，扩锥孔成型模中上模和下模合模后其内部模腔与扩孔冲头和下冲头组成用于锻压预锻件的预锻腔；所述镦挤成型模中上模的模腔中心设置有顶部与上连接板固定连接的成型冲头，镦挤成型模中上模和下模合模后其内部模腔与成型冲头和下冲头组成用于锻压尾喷口锻件的终锻腔。

作为优选，所述下冲头由与尾喷口锻件底部中心孔形状及尺寸一致的顶头和顶杆组成，所述顶杆固定设置在顶头的底部中心，一体成型，所述下连接板的中心设置有上下连通的退料孔，所述顶杆位于该退料孔内，其末端与设置在下连接板下方的退料机连接，顶头的底部与下连接板的顶面接触。

作为优选，所述扩孔冲头的外侧面呈圆锥形结构。

作为优选，所述上模的底部设置有能够与下模外侧顶部套接配合的定中孔。

作为优选，所述上模、扩孔冲头、成型冲头与上连接板之间以及下模与下连接板之间均通过螺栓可拆式连接。

作为优选，所述成型冲头的外侧面与底面倒圆角，所述圆角的半径R为160mm。

作为优选，所述顶头的外侧面与顶面倒圆角，所述圆角的半径R’为120mm。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种发动机尾喷口锻件制造模具使用于制造发动机尾喷口的筒状环坯在经过扩锥孔成型和镦挤成型两道工序后形成的锻件结构及尺寸更接近发动机尾喷口零件尺寸，后期机加工余量小，难度降低，提高了生产效率，降低了材料消耗，以及生产成本，产品的性能经过两次锻压也得到了显著提高。

附图说明：

图1是本发明一种发动机尾喷口锻件扩锥孔成型模剖面结构示意图；

图2是本发明一种发动机尾喷口锻件镦挤成型模剖面结构示意图；

图3是本发明一种发动机尾喷口锻件镦挤成型模中成型冲头结构示意图；

图4是本发明一种发动机尾喷口锻件制造模具中下冲头结构示意图；

图5是筒状环坯顶部结构示意图；

图6是图5中A-A的结构剖视图；

图7是发动机尾喷口预锻件侧面结构剖视图；

图8是发动机尾喷口锻件侧面结构剖视图。

图中：1、扩锥孔成型模；2、镦挤成型模；3、上连接板；4、下连接板；41、退料孔；5、上模；51、定中孔；6、下模；7、下冲头；71、顶头；72、顶杆；8、扩孔冲头；9、预锻腔；10、成型冲头；11、终锻腔；12、筒状环坯；121、中心孔；13、预锻件；14、尾喷口锻件。

具体实施方式

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下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

图1和图2所示一种发动机尾喷口锻件制造模具，包括一火模锻时用于将筒状环坯12锻压成预锻件13的扩锥孔成型模1以及二火模锻时用于用于将预锻件13锻压成尾喷口锻件14的镦挤成型模2；所述扩锥孔成型模1和镦挤成型模2均由上连接板3、下连接板4、上模5、下模6和下冲头7组成，所述上模5顶部固定连接在上连接板3的底部，下模6底部固定连接在下连接板4的顶部，所述上模5和下模6上下同心，上模5和下模6的中心均设置上下连通的模腔，其中下模6模腔底部中心设置有底面与连接板4连接的下冲头7，合模后的上模5和下模6其结合后的模腔侧面轮廓与尾喷口锻件14的外侧面轮廓形状及尺寸一致；所述扩锥孔成型模1中上模5的模腔中心设置有顶部与上连接板3固定连接的扩孔冲头8，扩锥孔成型模1中上模5和下模6合模后其内部模腔与扩孔冲头8和下冲头7组成用于锻压预锻件13的预锻腔9；所述镦挤成型模2中上模5的模腔中心设置有顶部与上连接板3固定连接的成型冲头10，镦挤成型模2中上模5和下模6合模后其内部模腔与成型冲头10和下冲头7组成用于锻压尾喷口锻件14的终锻腔11。

如图4所示，为了能够具有锻压功能的同时由具有退料作用，所述下冲头7由与尾喷口锻件14底部中心孔形状及尺寸一致的顶头71和顶杆72组成，所述顶杆72固定设置在顶头71的底部中心，一体成型，所述下连接板4的中心设置有上下连通的退料孔41，所述顶杆71位于该退料孔41内，其末端与设置在下连接板4下方的退料机连接，顶头71的底部与下连接板4的顶面接触。

为了便于对筒状环坯12进行扩孔，所述扩孔冲头8的外侧面呈圆锥形结构。

为了便于上模5和下模6定中，降低模具制造成本，所述上模5的底部设置有能够与下模6外侧顶部套接配合的定中孔51。

为了便于模具中易损部件的更换，降低使用成本，所述上模5、扩孔冲头8、成型冲头10与上连接板3之间以及下模6与下连接板4之间均通过螺栓可拆式连接。

如图3和图4所示，为了锻压时金属能够更方便地流入模腔，所述成型冲头10的外侧面与底面倒圆角，所述圆角的半径R为160mm；所述顶头71的外侧面与顶面倒圆角，所述圆角的半径R’为120mm。

结合上述模具，所述发动机尾喷口锻件加工工艺具体包括以下步骤：

A.坯料检验：对筒状环坯12进行复验，如图5和图6所示，所述筒状环坯12高度为562mm，外径为675mm，中心孔内径为465mm，所述筒状环坯为GH4169高温合金材质，该GH4169高温合金的主要化学元素含量 (重量百分比)为：含C量≤0 .08％、含Cr量 17 .0％～21 .0％、含Ni量50 .0％～55 .0％、含Co量≤1 .0％、含Mo量2 .80％～3 .30％、含Al量 0 .30％～0.70％、含Ti量0 .75％～1 .15％、含Nb量4 .75％～5 .50％、含B量≤0 .006％、含Mg 量≤0 .01％、含Mn量≤0 .35％、含Si量≤0 .35％、含P量≤0 .015％、含S量≤0 .015％、含Cu量 ≤0 .30％、含Ca量≤0 .01％、含Pb量≤0 .0005％、含Se量≤0 .0003％、余量为Fe，确保材料符合要求；

B.喷丸处理：清理筒状环坯12表面，并检查筒状环坯12表面是否存在缺陷，若有缺陷需和客户沟通，并在周转卡上作详细记录，待客户确认需要打磨后用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

C.倒角：筒状环坯12端面倒角C20；

D.涂润滑剂：筒状环坯12表面清洁后先预热至150℃左右，然后均匀涂润滑剂1-2次，涂后不得破坏涂层；

E.包套、绑偶：按尺寸裁剪相应25mm厚保温棉，筒状环坯12包套后必须和包套前一样将上端面朝上、锭节号按顺序摆放保持一致，包套前需将热电偶绑在筒状环坯12上端面侧圆面，测试是否正常工作，并记录好热电偶编号和带偶坯料装炉位置；

F.坯料加热、模具预热：将一火模锻模具和筒状环坯12按工艺要求进行加热，所述一火模锻模具为扩锥孔成型模1；

G.一火模锻：压力机进行调试，将预热好的扩锥孔成型模1在液压机上安装好后合模对零位，上模5均匀喷涂石墨乳，通过夹钳包好保温棉的操作机将筒状环坯12从加热炉中放置在扩锥孔成型模1内中心，并通过筒状环坯12的中心孔121在扩锥孔成型模1中定位好，同时液压机设置好压力，空程时液压机全速下行，接触筒状环坯后压制速度为15mm/s，压至欠压25mm，将筒状环坯12锻压成如图7所示中心孔121及外部上下两端外部向外扩开的预锻件13；

H.喷丸处理：预锻件13从扩锥孔成型模1中退料后先清理其表面，并检查预锻件13表面是否存在缺陷，若有缺陷需用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

I.涂润滑剂：预锻件13表面清洁后先预热至150℃左右，然后均匀涂润滑剂1-2次，涂后不得破坏涂层；

J.包套、绑偶：按尺寸裁剪相应25mm厚保温棉，预锻件13包套后必须和包套前一样将上端面朝上、锭节号按顺序摆放保持一致，包套前需将热电偶绑在预锻件13上端面侧圆面、测试是否正常工作，并记录好热电偶编号和带偶预锻件13装炉位置；

K.预锻件加热、模具预热：将二火模锻模具和预锻件13按工艺进行加热，所述二火模锻模具为镦挤成型模2；

L.二火模锻：压力机进行调试，将预热好的镦挤成型模2在液压机上安装好后合模对零位，上模5均匀喷涂石墨乳，通过夹钳包好保温棉的操作机将预锻件13从加热炉中放置在镦挤成型模2的内部中心，并通过预锻件13的中心孔121在镦挤成型模2中定位好，同时液压机设置好压力，空程时液压机全速下行，接触预锻件后压制速度为15mm/s，压至合模，将预锻件13锻压成如图8所示的尾喷口锻件14；

M.喷丸处理：尾喷口锻件14从镦挤成型模2中退料后进行表面清理，并检查尾喷口锻件14表面是否存在缺陷，若有缺陷需用角磨机打磨，宽深比>6并圆滑过渡；

N.终检：检查尾喷口锻件14形状尺寸及表面质量。

所述步骤G中，扩锥孔成型模1的工作原理如下：将预热后的筒状环坯12放入下模6的模腔中，筒状环坯12的中心孔121底部卡接在下模6内部中心的下冲头7顶部外侧，并实现定中，然后液压机在设置好压力后驱动连接在上连接板3底部的上模5和扩孔冲头8向下驱动，扩孔冲头8的头部接触并进入筒状环坯12的中心孔121后，扩孔冲头8和上模5在液压机压力作用会继续下压，由于扩孔冲头8和下冲头7的结构作用，筒状环坯12上下两端外侧及中心孔121的上下两端被向外扩展开，待液压机压至欠压25mm后，液压机回程，同时驱动上模5和扩孔冲头8向上复位，使其脱离成型后的预锻件13，接着，接着下冲头7在下连接板4底部的退料机作用下向上，将位于其上端的预锻件13顶出，最后通过机械夹钳取出预锻件13即可。

所述步骤L中，镦挤成型模2的工作原理如下：将预热后的预锻件13放入下模6的模腔中，预锻件13的中心孔121底部卡接在下模6内部中心的下冲头7顶部外侧，并实现定中，然后液压机在设置好压力后驱动连接在上连接板3底部的上模5和成型冲头10向下驱动，成型冲头10的头部接触并进入预锻件13的中心孔121后，成型冲头10和上模5在液压机压力作用会继续下压，由于成型冲头10和下冲头7其与中心孔121的接触端均为圆角端，其更方便金属流向终锻腔11的各处，待液压机驱动上模5和下模6合模后，即上模5底部的定中孔51完全套接在下模6上端后，液压机回程，同时驱动上模5和成型冲头10向上复位，使其脱离成型后的尾喷口锻件14，接着，接着下冲头7在下连接板4底部的退料机作用下向上，将位于其上端的尾喷口锻件14顶出，最后通过机械夹钳取出尾喷口锻件14即可。

这种发动机尾喷口锻件制造模具使用于制造发动机尾喷口的筒状环坯在经过扩锥孔成型和镦挤成型两道工序后形成的锻件结构及尺寸更接近发动机尾喷口零件尺寸，后期机加工余量小，难度降低，提高了生产效率，降低了材料消耗，以及生产成本，产品的性能经过两次锻压也得到了显著提高。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。