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GH4169合金超大异形环件制造工艺研究.doc

GH4169合金超大异形环件制造工艺研究

刘胜勇
2017-09-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《GH4169合金超大异形环件制造工艺研究doc》,可适用于领域

GH合金超大异形环件制造工艺研究GH合金是以体心四方的gammaPrime和面心立方的gammaprime相沉淀强化的镍基高温合金在~℃范围内具有良好的综合性能℃以下的屈服强度居变形高温合金之首并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能以及良好的加工、焊接性能和长期组织稳定性能够制造各种形状复杂的零部件可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。该合金的另一特点是合金的组织对热加工工艺特别敏感。不同的加工工艺可获得不同性能的合金制件这为获得不同要求的零件提供了可能也给成形工艺提出了较高的要求。飞机发动机机匣类锻件所用材料一般为GH等难变形合金材料且锻件较大、高度较高受工艺水平和设备能力的限制传统的生产方法是将整个机匣分段制造后再焊接组装不仅浪费大量珍贵材料增加机加工时还破坏了锻件的完整性面临焊接变形和焊接处的性能下降等系列问题影响航空发动机的研制和生产。为摆脱上述不利情况此次研制的机匣锻件采用异形整体轧制技术直接将整个机匣进行整体成型不仅节约大量材料降低加工成本最重要是不用分段生产再进行焊接提高了机匣的均匀性及整体性能水平。锻件情况锻件材料为GH合金该合金变形抗力大流动性较差给锻件成形带来困难。另外该合金对变形程度和变形温度较敏感控制不当容易造成锻件组织及性能不达标。粗加工锻件外形尺寸见图锻件重量为kg。在此之前国内还未生产过重量接近t的GH合金异形环件。成形工艺分析 技术难点()该锻件需用棒材规格为phimm在国内是首次使用如此大规格的棒材生产锻件。大规格棒材的组织很难做到细小均匀需要后期的锻造给予充分的变形使锻件的组织趋于均匀细小。()锻件为碗状异形环件锻件斜度较大其大头和小头尺寸相差较大内径大小头相差mm外径大小头相差mm高度达mm成形困难。()经研究分析轧制碗状异形锻件需要制备带锥度的异形毛坯。异形毛坯的锻造难度较大锻造时毛坯尺寸不易控制造成异形毛坯斜度与要求不符、圆角过大、壁厚差较大等问题而这些问题会对后期的轧制成形产生影响导致锻件尺寸不合格。所以能否制出形状规整壁厚均匀的异形毛坯是一个关键。()为保证锻件组织性能满足要求需保证锻件轧制时有足够变形量要准确计算异形毛坯的形状和尺寸防止轧制时变形不均或变形不足。 成形方法分析该机匣锻件为碗状异形环件为保证锻件变形均匀一致提高锻件的综合性能选择采用异形制坯加整体异形轧制成形技术。使用整体异形轧制技术不仅提高产品的尺寸精度还能提高锻件各部位变形的一致性降低各部位间变形、温度、应力等的差异。为了更准确地把握锻件在成形过程中温度及变形的情况采用计算机数值模拟技术对锻件成形过程进行分析根据模拟结果对工艺方案进行修正。该锻件材料为GH合金材料变形抗力大对轧制设备吨位要求较大。通过计算机数值模拟计算得出锻件制坯所需最大压力约为t轧制所需最大压力约为t。根据计算模拟结果选择在t液压机上进行制坯在DKK环轧机上进行整体异形轧制。为保证轧制出理想的锻件形状及尺寸其中一项关键因素是异形毛坯的形状和尺寸设计是否合理。设计时首先按一定变形量反算异形毛坯的形状和尺寸再用数值模拟验证所计算出的异形毛坯是否满足轧制需要根据模拟结果和实际生产能力修正异形毛坯设计结果。在制备异形毛坯时坯料冲孔后进行马架扩孔制出带一定角度的毛坯再用冲头进行胀形使毛坯斜度接近锻件斜度并圆整毛坯。制坯过程中需控制好毛坯的椭圆度及壁厚差在生产操作时加强过程控制。锻件镦粗、冲孔的数值模拟结果见图和图。从图中可以看出镦粗完成后鼓肚较小心部温度最高锻件上下表面因与锤砧接触而迅速降温。因此在生产前工装需预热至~℃锻造过程中应尽可能减少转移时间镦粗过程中上下端面垫保温棉减少锻件与砧面的接触减少上下端面的温降。从图中可以看出冲孔后心部的温度有所降低上下表面的温度有所回升仅在端面因与冲头接触导致在内径位置温度偏低因此制坯前应对冲头进行充分预热减小端面内径处的温降。锻件马架扩孔并使用冲头胀形后的数值模拟结果见图。锻件马架扩孔并使用冲头胀形后锻件内径表面的温度因与冲头接触而下降因此制坯前应对胀形冲头进行充分预热减小内径表面的温降。从图中还可以看出锻件大头因内外径变大导致壁厚减薄且锻件高度会因与冲头的摩擦力被拉低。所以在胀形时要考虑到此因素保证制备的异形毛坯满足轧制要求。锻件异形整体轧制成形后的数值模拟结果见图。从图中可以看出锻件轧制完成后锻件的温度在℃左右除小头外径转角处温度较高外其余温度场的分布都较为均匀模拟结果显示使用异形毛坯进行异形整体轧制的锻件充填效果较好外形尺寸满足锻件要求。 锻件工艺方案设计锻件成形的主要工艺路线为:下料rarr加热rarr镦粗rarr冲孔rarr加热rarr马架扩孔rarr加热rarr冲头胀形rarr加热rarr异形轧制。工序示意图见图。第一步:镦粗、冲孔。锻件镦粗时需控制镦粗的变形速度避免变形过快导致锻件心部变形热累积而使温度升高造成过热或过烧。镦粗时保证坯料两头鼓肚基本一致。锻件冲孔时需注意对中防止冲偏造成锻件壁厚不均。第二步:马架扩孔。马架扩孔时要利用坯料的鼓肚将鼓肚大的一端作为锻件大头。马架过程中需控制压下量和锻件转动量避免出现锻件壁厚差较大、形状不规则问题。第三步:冲头胀形。采用马架制出的异形毛坯坯料斜度较小还需使用冲头进一步进行胀形使异形毛坯角度接近锻件角度。第四步:异形整体轧制成形。为保证锻件性能锻件终轧时需有一定变形量设定锻件终轧的变形量为。锻件试制 试制主要设备根据数值模拟计算结果选择t液压机进行制坯选择DKK环轧机(phimm环轧机最大轧制高度m径轴双向轧制力t)进行异形整体轧制。 试制工艺参数锻造加热参数见表锻件热处理参数见表试制锻件热态照片见图。试制结果分析按上述工艺方案试制出的锻件其外形良好锻件各部位均能够填充模具型腔锻件的尺寸能够满足加工要求。为检查锻件的均匀性按图所示在锻件大、小头端面各检查点晶粒度检查结果见表。检查结果显示锻件典型晶料照片见图锻件大、小头端面各个位置的晶粒度在~级之间较为均匀。结论()采用异形制坯加异形整体轧制技术生产的GH合金超大异形环件尺寸满足零件加工要求锻件组织均匀良好。此次生产的GH合金超大异形环件填补了国内大型机匣类锻件不能整体轧制生产的空白为此类锻件的生产开创了新的工艺途径。()GH合金超大异形环件锻造过程中的关键在于异形坯料的制备异形坯料的斜度、壁厚差、圆角大小都将直接影响后续整体轧制的效果。()与分段焊接的机匣锻件相比采用整体轧制不仅减少了原材料投入和机加工时降低了成本而且保持了锻件的整体性锻件纤维连续不需焊接从而使整个机匣产品质量得到了提高。

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