某鋁合金鍛件折疊問題工藝研究

劉振偉，劉婭菲，黃小梅

(1.中國航發(fā)貴州紅林航空動力控制科技有限公司 質(zhì)量部，貴州 貴陽 550009；2.中國航發(fā)貴州紅林航空動力控制科技有限公司 工裝設備事業(yè)部，貴州 貴陽 550009)

0 引言

鋁合金材料強度高、比重輕、導電導熱性能好、抗腐蝕性優(yōu)，因此廣泛應用在我公司航空鍛件產(chǎn)品中[1]。但因鋁合金質(zhì)地較軟、流動性差，與鍛模的粘附力大，鍛件易產(chǎn)生折疊、裂紋、起皮等缺陷[2-3]。某鋁合金鍛件作為公司一型批產(chǎn)鍛件，形狀較為復雜，自從生產(chǎn)以來一直在鍛件的4×?10圓臺和兩處15凸臺處存在折疊問題，每次生產(chǎn)時，該鍛件鍛后工人都要用銼刀、角磨機清理折疊，由于該折疊出現(xiàn)的位置較難清理，所以鍛后工人清理折疊時費時又費力。為此，提出一套工藝解決方案以解決產(chǎn)品出現(xiàn)的問題。

1 工藝問題

首先該鍛件開始生產(chǎn)時，采用的是一套鍛模進行兩火預、終鍛生產(chǎn)，在圖1所示4×?10圓臺處出現(xiàn)折疊。

圖1 鍛件毛坯局部示意圖

針對該鍛件在4×?10出現(xiàn)的折疊問題，圓角半徑過小會使金屬流動困難，纖維折斷，并造成鍛件折疊、裂紋等缺陷，導致鍛模壽命降低。故在允許的范圍內(nèi)，盡可能加大圓角半徑。又通常鋁合金鍛件的圓角半徑大于鋼鍛件，小鍛件的圓角半徑應>1～2mm，所以該公司鍛件鍛造圓角半徑初定3mm。除圓角半徑要求較大之外，為增加鋁合金的流動性和減少起模折疊，拋光了模具的工作表面上磨痕順著金屬的流動方向，使模具表面粗糙度達到Ra1.6以上。

另外，為有效的改善金屬流動，減少金屬與模具表面之間的粘附力，并增加金屬的流動性，確保終鍛溫度(預熱溫度保證為250～420℃)，該鍛件出現(xiàn)折疊的模具處增加了潤滑。

采取以上工藝方法再次試驗后，實驗結(jié)果仍存在問題，鍛件4×?10圓臺處仍有較明顯的折疊缺陷。

2 工藝方法分析

由于變形速度對鋁合金鍛件的工藝塑性無顯著影響，因此鋁合金能在低速與高速下進行壓力加工。為了增加該鍛件的允許變形量與提高生產(chǎn)率，通過降低其鍛造時的變形抗力，以及提高合金充滿模具型腔的流動性等途徑來減少折疊。加之如采用1噸高速錘工藝鍛造該鋁合金鍛件，鍛造時前兩錘必須輕擊，以打碎原材料表面的粗晶環(huán)，避免鍛件表面出現(xiàn)裂紋，而當鋁合金鍛件變形速度由低至高時，由于鋁合金的合金化影響其變形抗力會增長0.5～2倍，這就會增加該鍛件出現(xiàn)折疊的可能。因此采用摩擦壓力機更合理，設備上不做調(diào)整。

其次，錘上模鍛鍛件的難成型部分常位于上模，壓力機模鍛鍛件的難成型部分常位于下模，而該鍛件難成型部分設計在下模?？紤]到金屬充填模膛的容積以及起料方便、模鍛力消耗等因素，亦讓該鍛件呈流線分布，均勻變形，故該鋁合金鍛件的分模面定在鍛件最大平面位置處。這種分模面工藝合理，以鐓粗法成型，鍛件流線順著鍛件的外廓原理上是理想的，避免壓入法成型的分模面，在內(nèi)圓角處易形成折疊的可能。因此綜上所述，該鍛件的工藝方案考慮到了其他各方面因素，是合理的。

最后根據(jù)增加該鍛件鍛造圓角、拋光模具表面、增加潤滑等工藝方法的不理想，以及對該鍛件工藝方案合理性的分析，決定繪制預鍛毛坯圖，重新提請設計制造預鍛模14D6552/0236，目的是針對該鍛件形狀較復雜的情況，增加預鍛模具一套以實現(xiàn)多次模鍛，由簡單毛坯過渡到復雜形狀，使金屬易充填，均勻流動，避免折疊。防止該鋁合金鍛件出現(xiàn)纖維折斷、晶粒不均勻等缺陷。該預鍛毛坯如圖2所示。

圖2 預鍛毛坯圖(試驗)

該模具通過試模的預鍛毛坯經(jīng)過終鍛以后，在以前出現(xiàn)的4×?10圓臺處折疊已經(jīng)解決，但是在圖3所示兩處15凸臺表面新出現(xiàn)折疊。

針對該鍛件兩處15凸臺表面新出現(xiàn)的折疊缺陷，分析認為是由于預鍛模與終鍛模的該處尺寸配合不好，預鍛模該處尺寸過大，預鍛毛坯該處尺寸在終鍛時干涉而產(chǎn)生折疊。因此通過更改單67D-G×02-10，對尺寸15進行了修訂，將15改至14.5，再重新修模。修模后再次進行試模，在兩處15凸臺表面仍然存有折疊，折疊未能消除。

3 工藝解決方案

為了徹底解決該鍛件4×?10圓臺或兩處15凸臺處存在的折疊問題，必須從預鍛模結(jié)構上更改重新進行設計制造，但為了減少重新投制模具的費用，降低模具不成功的成本風險以及縮短攻關周期，采用以下兩套方案分別進行攻關。

圖3 鍛件毛坯局部示意圖

方案一：采用預鍛模具14D6552/0236鍛造的預鍛毛坯，在模具制造單位機加去除15兩處凸臺，該兩處凸臺由終鍛模形成，即模擬無15兩處凸臺的預鍛模毛坯進行終鍛實驗。

方案二：采用原終鍛模具鍛造的預鍛毛坯，在模具制造單位機加去除4×?10圓臺，該四處圓臺由終鍛模形成，即模擬無4×?10圓臺的預鍛模毛坯進行終鍛實驗。

實驗結(jié)果：采用方案一由于兩15凸臺在終鍛模中形成，金屬回流大，在該凸臺中間處有金屬匯流形成的折疊；采用方案二終鍛后的毛坯4×?10圓臺和兩處15凸臺處均無折疊，即折疊問題徹底解決。

徹底解決該鋁合金鍛件出現(xiàn)的折疊問題，必須設計制造預鍛模具，采用兩火分別用預、終鍛模具鍛造。預鍛毛坯如圖4所示。

圖4 預鍛毛坯圖(最終)

為節(jié)約成本，用方案二方法將現(xiàn)場終鍛模具用到報廢為止后，按圖四和原毛坯圖分別提請設計制造預、終鍛模進行生產(chǎn)。

該鍛件出現(xiàn)的折疊是鋁合金鍛件中的典型缺陷，該鍛件結(jié)構特殊屬于細長形狀，且有較多凸臺和圓臺，解決折疊缺陷難度大。提請的14D6552/0236預鍛模屬于工藝創(chuàng)新，以前沒有類似鋁合金預鍛模的工藝經(jīng)驗，對模具方案要求很高，試模難度很大。

4 結(jié)論

通過對該零件折疊的技術攻關，努力解決這些工藝難點，積累經(jīng)驗，為以后類似產(chǎn)品打下工藝基礎，具有非常好的現(xiàn)實意義。