CN104668911A - 飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺 - Google Patents

飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺 Download PDF

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Abstract

飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，先对用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料进行预热并反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸***金属棒料；再利用畸***金属棒料的余热对其进行径向锻造并淬火以获得径向断面的收缩率达到40％以上的径向锻造畸***坯料；随后，进行二次重熔获得的飞机起落架外筒锻件半固态坯料；最后，进行半固态挤压从而得到飞机起落架外筒锻件，本发明具有所需成形力小、材料利用率高、成形件力学性能高的特点。

Description

飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺
技术领域
本发明属于飞机起落架制造技术领域，特别涉及飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺。
背景技术
半固态加工是20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出的一种金属成形方法。所谓半固态加工，就是将金属加热到固相线和液相线之间的温度，保温一定时间，以获得球形或者近球形的晶粒，然后再对其进行成形的工艺技术，而半固态挤压铸造工艺是指将半固态坯料加热到有50％左右体积液相的半固态状态后放到经过预热的模具型腔内，随后合模，实现金属熔体充填流动，并且施加较高的机械压力使金属熔体在高压条件下凝固并发生少量塑性变形的工艺，其成形过程中，球形或者近球形的半固态浆料具有流动性好、成形力低及成形后的零件性能好等优点，因此该工艺受到越来越多的重视。
在半固态成形过程中，如何获得具有非枝晶细小均匀近球状微观组织的半固态浆料是一个非常关键的环节，该环节直接决定了后续半固态成形的成功与否，到目前为止，虽然人们已经开发了许多制备金属半固态浆料的新工艺和新技术，如电磁搅拌法、机械搅拌法、超声振动法、应变诱发熔化激活法(SIMA)、热处理法、半固态等温转变法、喷射沉积法等，但成功商业应用的球状或粒状初晶半固态金属浆料和连铸坯料生产技术只有电磁搅拌和应变诱发熔化激活法(SIMA)。
飞机起落架是飞机的关键部件之一，是在飞机起飞、着陆时用于支撑重量、吸收撞击能量的部件，在此过程中要承受极大的冲击载荷，并且受偶然因素影响较大，因此起落架的使用条件十分恶劣，其性能的优劣直接关系着整个飞机的正常运作。随着飞机起落架在近、现代的设计过程中的作用日益突出，飞机起落架的可靠度、寿命和耐用性等综合性能要求越来越高。
目前，飞机起落架的主要结构件材料主要以超高强度钢、钛合金为主，如国外民机起落架选材主要应用300M钢、4340钢、30CrMnSiNi2A、高强度钛合金及铝合金等高性能材料，其制造工艺主要包括：锻造制坯、锻件理化性检测及超声波探伤、锻件毛坯表面大余量数控“扒皮”加工、内孔型腔材料去除加工等，其中，内孔型材料去除加工过程中，存在材料去除量巨大、材料浪费严重的缺点，此外，飞机起落架成形材料多为超高强度钢和钛合金，均为难切削加工材料，切削加工过程中刀具磨损相当严重，尤其是飞机起落架的内深长孔采用普通车削加工方法加工时，刀杆刚性不足和刀具耐用度过低的固有缺陷很难满足零件加工要求，尺寸精度、表面粗糙度不易保证。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，通过该工艺，以较少体积的材料制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的叶片。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，包括以下步骤：
1)棒料初步变形：先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料1；然后对金属棒料1预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸***金属棒料2；
2)棒料径向锻造：利用余热对步骤1)中得到的畸***金属棒料2进行径向锻造，利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对畸***金属棒料2沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动预热的畸***金属棒料2边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸***坯料3，且保证该径向锻造畸***坯料3的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸***坯料3进行淬火处理；
3)二次重熔：将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸***坯料3放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料1的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，以获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4；
4)半固态挤压工艺：先将步骤3)获得的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4放入半固态挤压模具的型腔后进行合模；接着，推动半固态加压模具的压头挤压飞机起落架外筒锻件半固态坯料4，从而完成飞机起落架外筒锻件半固态坯料4在半固态挤压模具型腔内的充型，待充型完成后，继续施加较高的压力进行保压直至该飞机起落架外筒锻件半固态坯料4完全凝固为止，则获得飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件5；随后，开模取出飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件5并切去其浇口处多余的坯料，则获得飞机起落架外筒锻件初步成形件6，再对该飞机起落架外筒锻件初步成形件6进行精加工，则获得飞机起落架外筒锻件7，完成飞机起落架的半固态挤压。
相对于现有技术，本发明提供了飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，具有以下优点：
1.本发明利用半固态挤压铸造工艺制备的飞机起落架具有微观组织晶粒细小，分布均匀且不存在缩松、气孔等缺陷，产品力学性能好的特点。
2.与当前传统飞机起落架架的制造工艺相比，本发明采用半固态挤压铸造工艺制备飞机起落架具有所需成形力小的特点，此外，本发明材料利用率高，几乎不存在材料浪费，节约了成本；
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明实施例中提供的飞机起落架外筒锻件半固态挤压模具的结构示意图。
图3是本发明中实施例中飞机起落架外筒锻件的半固态挤压工艺过程中进行挤压充型、保压凝固时的原理示意图。
图4是本发明中实施例中飞机起落架外筒锻件的半固态挤压工艺过程中进行开模取件时的原理示意图。
图5是本发明中飞机起落架外筒锻件初步成形件6的三维结构示意图；
图6是本发明中飞机起落架外筒锻件成形件7的三维结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
参照图1，飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，包括以下步骤：
1)棒料初步变形：先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料1；然后对金属棒料1预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸***金属棒料2；
2)棒料径向锻造：利用余热对步骤1)中得到的畸***金属棒料2进行径向锻造，具体为利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对畸***金属棒料2沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动预热的畸***金属棒料2边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸***坯料3，且保证该径向锻造畸***坯料3的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸***坯料3进行淬火处理；
3)二次重熔：将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸***坯料3放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料1的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，以获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4；
4)半固态挤压工艺：参照图2，飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压模具，包括半固态坯料竖直压头1-1，半固态坯料竖直压头1-1配合在竖直半固态坯料料筒1-2内侧，且在竖直半固态坯料料筒1-2内上下自由移动，竖直半固态坯料料筒1-2上侧凸台上配合有飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1和飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2，飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1和飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2内侧有能够上下自由移动的飞机起落架外筒锻件内孔型动模块3-1，飞机起落架外筒锻件内孔型动模块3-1固定在竖直方向动模下模板3-2的凹槽中，竖直方向动模下模板3-2上方固连有竖直方向动模上模板3-3。利用步骤3)获得的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4进行半固态挤压成形的具体工艺为：
4.1)放料合模：参照图2，将步骤3)获得的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4放入由半固态坯料竖直压头1-1和竖直半固态坯料料筒1-2组成的模具型腔，推动飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1、飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2以及飞机起落架外筒锻件内孔型动模块3-1进行合模；
4.2)挤压充型，保压凝固：参照图3，推动半固态坯料竖直压头1-1竖直向上，使得飞机起落架外筒锻件半固态坯料4进入由飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1、飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2以及飞机起落架外筒锻件内孔型动模块3-1组成的型腔，进而完成飞机起落架外筒锻件半固态坯料4的挤压充型；随后通过半固态坯料竖直压头1-1继续施加较高的压力，直至该飞机起落架外筒锻件半固态坯料4完全凝固为止，则可获得飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件5；
4.3)开模取件及后处理：参照图4、图5及图6，先上升飞机起落架外筒锻件内孔型动模块3-1直至其下端高出飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1及飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2的上侧；接着分别向左、向右分开飞机起落架外筒锻件水平左动模块2-1和飞机起落架外筒锻件水平右动模块2-2；最后上升半固态坯料竖直压头1-1，则飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件5被顶出，完成开模取件；随后，切去飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件5的浇口处多余的坯料，则获得飞机起落架外筒锻件初步成形件6，再对该飞机起落架外筒锻件初步成形件6进行精加工，则获得飞机起落架外筒锻件7，完成飞机起落架的半固态挤压。

Claims (1)

1.飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)棒料初步变形：先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料(1)；然后对金属棒料(1)预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸***金属棒料(2)；
2)棒料径向锻造：利用余热对步骤1)中得到的畸***金属棒料(2)进行径向锻造，利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头，对畸***金属棒料(2)沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动预热的畸***金属棒料(2)边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸***坯料(3)，且保证该径向锻造畸***坯料(3)的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸***坯料(3)进行淬火处理；
3)二次重熔：将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸***坯料(3)放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料(1)的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，以获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)；
4)半固态挤压工艺：先将步骤3)获得的飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)放入半固态挤压模具的型腔后进行合模；接着，推动半固态加压模具的压头挤压飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)，从而完成飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)在半固态挤压模具型腔内的充型，待充型完成后，继续施加较高的压力进行保压直至该飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)完全凝固为止，则获得飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件(5)；随后，开模取出飞机起落架外筒锻件半固态挤压毛坯件(5)并切去其浇口处多余的坯料，则获得飞机起落架外筒锻件初步成形件(6)，再对该飞机起落架外筒锻件初步成形件(6)进行精加工，则获得飞机起落架外筒锻件(7)，完成飞机起落架的半固态挤压。
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