2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法
阅读说明：本技术 2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法 (Manufacturing method of blank pressing piece of 2014 aluminum alloy aviation precision hub die forging ) 是由 陈丽芳 吴道祥 王正安 林海涛 曾庆华 金承龙 于 2019-11-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法,包括：步骤1)将毛压模具的上模固定在压机的下压臂上,将所述毛压模具的下模固定在工作台上,所述上模与所述下模对正设置；步骤2)将圆柱形毛坯放入所述下模中,所述圆柱形毛坯的材质为2014铝合金；步骤3)所述上模朝向所述下模移动下压,下压速度为1mm/s-8mm/s。2014铝合金对锻件温度非常敏感,本发明提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法,整个锻件在变形过程中避免了接近或者超过金属过烧温度,温度始终处于变形范围内,从而提高了产品质量。(The invention discloses a manufacturing method of a blank casting die of a 2014 aluminum alloy aviation precision hub die forging, which comprises the following steps: step 1) fixing an upper die of a hair pressing die on a lower pressing arm of a press, and fixing a lower die of the hair pressing die on a workbench, wherein the upper die and the lower die are arranged in an aligned manner; step 2) putting a cylindrical blank into the lower die, wherein the cylindrical blank is made of 2014 aluminum alloy; and 3) moving the upper die towards the lower die and pressing down the upper die at a pressing speed of 1-8 mm/s. The 2014 aluminum alloy is very sensitive to the temperature of the forging, and the manufacturing method of the rough forging of the 2014 aluminum alloy aviation precision hub die forging provided by the invention has the advantages that the whole forging is prevented from approaching or exceeding the metal overburning temperature in the deformation process, and the temperature is always in the deformation range, so that the product quality is improved.)
技术领域
本发明涉及航空精密轮毂模锻件制造技术领域，尤其涉及一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法。
背景技术
大型飞机上具有一个典型规格锻件，为高强2014铝合金航空精密轮毂模锻件中的最大模锻件：半轮(舱内侧)模锻件。该半轮(舱内侧)模锻件为精密模锻件，为圆盘类模锻件，零件最大外轮毂尺寸φ593.3×309.1mm mm，模锻件最大外轮廓尺寸为φ616.5×314.2mm。
半轮舱内侧零件如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图，是一个比较复杂的大型铝合金锻件，该锻件的最大外形尺寸为φ600mm×310mm，筒形最大深度为240mm，筒壁最小处仅为7.6mm，筒壁最厚处为16mm，是一个典型的深筒薄壁件，其基本体为筒体12，筒体12的上部具有环形的外延部11，外延部11的上方具有内凹部，内凹部与筒体12的内壁交接处具有呈环形排列的9个凸耳14，筒体12的底部具有呈环形的9个椭圆形凹坑13，具体的，该零件在筒形底部较薄，同时存在9个均匀分布的椭圆形凹坑13，形状复杂；对应在零件上侧存在9个凸耳14，该凸耳14高度较高、壁厚薄、斜度小，竖直方向投影面积较小，属于较难成型及易出现缺陷部分。
半轮(舱内侧)模锻件本身为精密模锻件，为圆盘类模锻件，型腔深、壁薄、高筋、圆角小、内腔和底部的凸台多、型腔较复杂。半轮(舱内侧)模锻件为有大量非加工面、机加工余量小，表面质量要求高，尺寸精度要求极高；模锻件型腔深，筋高且薄，精密模锻成型难；2014合金容易产生粗晶，组织性能均匀性控制难；轮毂安全性能要求高，综合性能要求极高。因此，轮毂模锻件最大的难点为尺寸控制难度大、组织性能均匀性控制难度大。
因此，如何提供一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，以提高产品质量，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，以提高产品质量。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，包括：
步骤1)将毛压模具的上模固定在压机的下压臂上，将所述毛压模具的下模固定在工作台上，所述上模与所述下模对正设置；
步骤2)将圆柱形毛坯放入所述下模中，所述圆柱形毛坯的材质为2014铝合金；
步骤3)所述上模朝向所述下模移动下压，下压速度为1mm/s-8mm/s。
优选的，上述步骤3)中，当下压速度从1mm/s增加到5mm/s时，锻件平均温度从364℃上升到410℃，成型载荷从1.58wt下降到1.45wt。
优选的，上述步骤3)中，当速度为1mm/s时，锻件最后温度范围为356-392℃，锻件温度均小于400℃，成型载荷为1.58wt。
优选的，上述步骤3)中，当温度为3mm/s时，锻件最后温度范围为372-435℃，成型载荷为1.54wt。
优选的，上述步骤3)中，当温度为5mm/s时，锻件最后温度范围为380-457℃，成型载荷为1.45wt。
优选的，上述步骤3)中，当温度为8mm/s时，锻件最后温度范围为389-482℃，成型载荷为1.61wt。
优选的，上述圆柱形毛坯的坯料尺寸为φ270×450mm。
本发明提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，包括：步骤1)将毛压模具的上模固定在压机的下压臂上，将所述毛压模具的下模固定在工作台上，所述上模与所述下模对正设置；步骤2)将圆柱形毛坯放入所述下模中，所述圆柱形毛坯的材质为2014铝合金；步骤3)所述上模朝向所述下模移动下压，下压速度为1mm/s-8mm/s。2014铝合金对锻件温度非常敏感，本发明提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，整个锻件在变形过程中避免了接近或者超过金属过烧温度，温度始终处于变形范围内，从而提高了产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；
图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图；
图3为本发明实施例提供的圆柱形毛坯的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件的剖视结构示意图；
图6为本发明实施例提供的压机速度与成型载荷的对应示意图；
图7为本发明实施例提供的压机速度与锻件平均温度的对应示意图。
上图1-7中：
圆柱形毛坯1、外延部11、筒体12、椭圆形凹坑13、凸耳14、毛压件2。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参考图3至图7，图3为本发明实施例提供的圆柱形毛坯的结构示意图；图4为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件的结构示意图；图5为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件的剖视结构示意图；图6为本发明实施例提供的压机速度与成型载荷的对应示意图；图7为本发明实施例提供的压机速度与锻件平均温度的对应示意图。
本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，包括：步骤1)将毛压模具的上模固定在压机的下压臂上，将毛压模具的下模固定在工作台上，上模与下模对正设置；步骤2)将圆柱形毛坯1放入下模中，圆柱形毛坯1的材质为2014铝合金；步骤3)上模朝向下模移动下压，下压速度为1mm/s-8mm/s。2014铝合金对锻件温度非常敏感，本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法，整个锻件在变形过程中避免了接近或者超过金属过烧温度，温度始终处于变形范围内，从而提高了产品质量。本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法最终制成的毛压件2如图4和图5所示。
具体的，步骤3)中，当下压速度从1mm/s增加到5mm/s时，锻件平均温度从364℃上升到410℃，成型载荷从1.58wt下降到1.45wt。
具体的，步骤3)中，当速度为1mm/s时，锻件最后温度范围为356-392℃，锻件温度均小于400℃，成型载荷为1.58wt。
具体的，步骤3)中，当温度为3mm/s时，锻件最后温度范围为372-435℃，成型载荷为1.54wt。
具体的，步骤3)中，当温度为5mm/s时，锻件最后温度范围为380-457℃，成型载荷为1.45wt。
具体的，步骤3)中，当温度为8mm/s时，锻件最后温度范围为389-482℃，成型载荷为1.61wt。
具体的，圆柱形毛坯1的坯料尺寸为φ270×450mm。如图3所示。
在实际的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的生产过程中，不但需要对坯料结构及形状进行优化，通过设计、模拟、分析、优化设计、再模拟、再优化的步骤多次循环从而得到一个较优的坯料形状，而且影响成型的结果是多因素的，除了坯料的形状以外，锻造过程的工艺参数对其影响也较大，包括压机速度、摩擦因子以及坯料温度等。当坯料形状确定后，锻件在成型时的填充效果以及缺陷情况大多已经确定。但其成型的载荷，锻件的温度范围等则需要其工艺参数来决定。成型载荷过大，锻件温度过高，这些都对锻件最后能否成型及锻件是否合格起着至关重要的作用。由于毛压过程是整个成型中变形最大的阶段，因此以该过程为例，说明不同工艺参数(主要为成型载荷、温度)对成型质量的影响。
例如，压机速度对成型载荷影响，以毛压为例，在保证其他结构参数(相同毛坯、相同毛压模具)和工艺参数不变(坯料网格、始锻温度、摩擦类型及数值)的情况下只改变毛压的压机下压速度，得到其不同下压速度对应的成型载荷及锻件温度，分析下压速度对毛压成型载荷及锻件温度的影响。如表1所示，表1为成型载荷及锻件温度随下压速度控制变化表。
表1成型载荷及锻件温度随下压速度控制变化表
对金属材料而言，当温度一定时，金属材料的变形抗力大多随变形速度升高而增加，当变形速度一定时，材料变形抗力随温度增加而降低。如图6和图7所示，可以看出，随着压机速度逐渐增大，锻件的成型载荷呈现先下降后升高的趋势。这是材料变形抗力随变形速度及随变形温度变化的综合作用。当速度从1mm/s增加到5mm/s时，锻件平均温度从364℃上升到410摄氏度，成型载荷从1.58wt下降到1.45t。在该阶段，由于成型速度的增加，会导致整个变形时间缩短，锻件与模具热交换时间降低及材料变形热(速度越快，热量越多)来不及扩散，从而锻件整体平均温度随变形速度增加而增加。
同时成型速度的增加会导致材料变形抗力由于材料的加工硬化效应而增加。而该阶段材料热效应导致的载荷下降程度大于材料速度效应导致的载荷上升，整个成型过程呈现出成型载荷随速度增加而下降的情况。当速度由5mm/s上升到8mm/s时，由于此阶段成型速度较大，材料的速度效应大于其热效应，导致整个情况与之前相反，从而导致成型载荷的上升。说明在低速成型阶段，2014铝合金对变形速度的敏感度小于锻件温度，即在该阶段2014铝合金对锻件温度较为敏感。
通过图6、图7和表1可以看出，当速度为1mm/s时，锻件最后温度范围为356-392℃，锻件温度均小于400℃，虽然温度仍在变形范围内，但温度较低，载荷也较高；当温度为8mm/s时，锻件最后温度范围为389-482℃，最高温度已超过或接近金属过烧温度，虽然温度最高处在锻件飞边处，但锻件仍有过烧风险。因此，当压机速度大于8mm/s或小于1mm/s时，成型较差。压机下压速度范围定1mm/s-8mm/s。
在2014铝合金航空精密轮毂模锻件的制作过程中，其设计方法采用了逆向思维，首先设计终压件，再设计终压模具、预压件、预压模具、毛压件、毛压模具，最后设计坯料，在实际生产时，则是确定初步成型工艺为：制坯→毛压→预压→终压。三次模锻分步成型不仅使模锻过程金属分配更为合理，同时减少了一次成型的压机载荷，优化了成型方式。
由终压件形状可知，终压件的设计很大一部分减小了零件成型的难度，特别是在机加区域。同时，由于机加余量的添加，使得金属在填充型腔时更加合理，从而使得零件非机加部分的成型难度减少。然而，由于受到该零件形状及零件上非机加面的限制，设计的终压件在成型方面仍面临分析零件时提出的问题。
针对终压件成型所面临的问题，分析锻件结构，初步设计成型工艺采用三道次模锻的方法对锻件进行分布成型，大致思路为：
(1)第一道次模锻——毛压主要对锻件的筒型结构锻造成型，其目的为对坯料金属量进行合理分配，使得锻件各部分金属只成型相邻部分，减少锻件成型时由于金属流动距离过长产生的缺陷。同时，降低预压、终压时上端平面的成型困难，简单完成上端面的翻边工序。
(2)第二道次模锻——预压主要为各复杂部位的预成型，特别是筒型端面上的9个凸耳以及筒壁底端内侧的类工字形的成型，包括成型凸耳的一半以及底部工字型的少量填充。此次锻造工序主要为进一步分流金属，减少最终成型时复杂部位的成型难度。
(3)第三次模锻——终压主要为最终成型锻件，在前两次成型的基础上对最后的细节进行填充，包括凸耳的完全成型以及底面工字型截面的完全成型。
本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法为毛压工序的一部分，毛压工序可看做预压工序前的一次分料，主要作用有三点：成型该锻件的筒形结构，筒形结构深度较大，筒壁较薄，需反挤成型；成型锻件上侧的翻边部分，由于上部有9个凸耳的存在，在坯料锻造时需首先成型上部的翻边结构；对该锻件进行金属分流，做到金属的合理分配，使筒型上部金属充填凸耳及翻边，下部金属填充工字型以及9个凹坑。整个毛压为三次模锻过程中的关键工序，如何使得金属分配合理，后期锻造不出现充不满等缺陷是毛压设计的关键。本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的毛压件制作方法中下压速度的控制对其具有有利作用。
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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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。