某教練機(jī)航空鋁合金鍛件產(chǎn)生折疊原因分析

萬(wàn)慧　李瓊　鄧少平

摘 要：針對(duì)某型教練機(jī)鋁合金法蘭盤鍛件折疊問(wèn)題，通過(guò)理化分析、強(qiáng)度分析、鑒別缺陷類型的分析，著重論述了鍛件折疊產(chǎn)生的原因，解決方法。通過(guò)鍛件原材料、模具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的分析研究，確定了預(yù)防措施和解決方案。對(duì)預(yù)防折疊的產(chǎn)生起到了積極作用。

關(guān)鍵詞：折疊；工藝；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：V261 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）03-0116-03

Abstract： In view of the folding problem of aluminum alloy flange forgings of a certain trainer， through the analysis of physical and chemical analysis， strength analysis and identification of defects， the paper emphatically discusses the causes of forgings folding and the solving methods. Through the analysis and research of forging raw materials， die design and process design， the preventive measures and solutions are determined， which will play a positive role in preventing folding.

Keywords： folding； process； design

引言

LD5鋁合金高溫下塑性好，變形抗力低，比較容易鍛造同時(shí)結(jié)合其鍛造工藝，航空業(yè)中應(yīng)用廣泛。特別是形狀復(fù)雜的大型鍛件，加入鐵和鎳時(shí)，可以提高合金的使用溫度，故稱熱鍛造鋁合金，其供應(yīng)狀態(tài)一般是淬火加人工時(shí)效。針對(duì)該法蘭盤鍛件位于端部?jī)?nèi)腔折疊缺陷，呈現(xiàn)長(zhǎng)條彎曲狀，長(zhǎng)度大約3～4MM，折疊附近無(wú)宏觀可見(jiàn)塑性變形。為避免以后鍛件發(fā)生類似問(wèn)題，本文從鍛件原材料分析。模具設(shè)計(jì)分析，工藝設(shè)計(jì)等方面深入分析了折疊產(chǎn)生的原因，提出來(lái)適當(dāng)?shù)墓に嚱鉀Q辦法?？蔀轭A(yù)防類似折疊發(fā)生提供參考。

1 結(jié)構(gòu)介紹

以某飛機(jī)連接件法蘭盤為研究對(duì)象。

法蘭盤作為連接件，在航空飛機(jī)中應(yīng)用廣泛，主要功用是連接使用方便，具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度承受能力，密封性強(qiáng)，具有防塵、防水、防腐蝕作用。

2 折疊原因分析

鋁合金在鍛造過(guò)程中，由于鋁合金的鍛造溫度范圍窄，其鍛造加熱溫度由于是淬火加熱溫度很接近合金的共晶熔化溫度（固相線溫度附近），所以在鍛造加熱或熱處理加熱時(shí)，容易出現(xiàn)過(guò)燒、折疊、裂紋、粗晶燈現(xiàn)象。折疊是鋁合金鍛件的一種常見(jiàn)缺陷，對(duì)于自由鍛件來(lái)說(shuō)，折疊由于拔長(zhǎng)時(shí)送進(jìn)量太小壓下量太大，或者圓角半徑過(guò)小，以致于金屬在變形時(shí)不是緩慢流向四周，而是壓折在鍛件表面。對(duì)于模鍛件，折疊是由于制坯不正確或者由于坯料放置位置不正、筋與腹板交接處的凸圓角半徑太小等原因，引起金屬回流，進(jìn)而造成自鍛件表面向其深處擴(kuò)展的折疊。

針對(duì)該法蘭盤端部處產(chǎn)生折疊的問(wèn)題，分析主要因素如表1。

下面通過(guò)顯微組織、強(qiáng)度分析、力學(xué)性能、工藝方法等方面對(duì)法蘭盤折疊缺陷的內(nèi)因和外因排查分析。

2.1 宏觀組織檢驗(yàn)法

按技術(shù)圖紙規(guī)定的部位切取試樣坯料，取鍛件端部?jī)?nèi)腔橫向取樣，檢查表面晶粒度用試樣應(yīng)保留產(chǎn)品的自然表面作為被檢查面，其他被檢查面進(jìn)行銑削加工，其粗糙度（Ra）應(yīng)不大于3.2μm。被檢查面應(yīng)浸入氫氧化鈉溶液（150g/L～250g/L）中，在室溫下浸蝕適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，或用浸蝕劑反復(fù)擦拭試樣檢查面，然后立即用水沖洗，反復(fù)進(jìn)行多次，直至晶粒顯現(xiàn)清楚為止。根據(jù)有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)議規(guī)定的質(zhì)量要求進(jìn)行檢查，并隨時(shí)變換光線照射方向，詳細(xì)觀察各個(gè)部位，必要時(shí)，可用10倍以下放大鏡檢查。宏觀觀察浸蝕后的試樣圖1、圖2試樣端部明顯有長(zhǎng)度大約3～4MM，呈現(xiàn)長(zhǎng)條彎曲狀的折疊缺陷。

2.2 化學(xué)成分檢測(cè)

對(duì)法蘭盤鍛件端頭進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，結(jié)果顯示試驗(yàn)結(jié)果符合GB 3190-1982《鋁及鋁合金加工產(chǎn)品的化學(xué)成分》的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。詳見(jiàn)表2。

2.3 微觀組織檢測(cè)

微觀組織檢驗(yàn)法是利用光學(xué)顯微鏡來(lái)檢查各種材料牌號(hào)鍛件的顯微組織。檢查的項(xiàng)目一般有晶粒度，非金屬夾雜，顯微組織如脫碳、共晶碳化物不均勻度，過(guò)熱、過(guò)燒組織及其他要求的顯微組織。

用德國(guó)徠卡（Leica）顯微鏡觀察試樣顯微組織（如圖3），100X觀察試驗(yàn)表面，晶粒以變形晶粒為主，按GB/T14999.5-94 《高溫合金低倍、高倍組織標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定圖譜》已經(jīng)達(dá)到晶粒帶狀組織3級(jí)，還對(duì)試樣進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)。結(jié)果如表3。

試驗(yàn)結(jié)果表明。滿足GJB2351-95 《航空航天用鋁合金鍛件規(guī)范》中的力學(xué)性能指標(biāo)。

3 工藝設(shè)計(jì)分析

如圖4所示，在A處產(chǎn)生折疊缺陷，鋁合金開式模鍛，尤其是在錘上開式模鍛，常在鍛件分模線上產(chǎn)生折疊。這種折疊可能深入鍛件內(nèi)部，它不僅在切邊時(shí)出現(xiàn)，更多的是在淬火后暴露出來(lái)。硬鋁合金鍛件的報(bào)廢，很大一部分是由于這種分模面折疊引起的。

金屬在分模面區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)是非常劇烈，及其不均勻的，特別是形成型槽被充滿后，如果還有多余的金屬，則這些金屬被迫從分模面向外快速擠出，因而在分模面上可能產(chǎn)生局部過(guò)熱。另外流動(dòng)金屬和相對(duì)靜止金屬之間出現(xiàn)很大的剪應(yīng)力，在此剪應(yīng)力的作用下，毛邊過(guò)熱的部分往往容易產(chǎn)生折疊。經(jīng)分析表明，毛邊越薄，因過(guò)大的打擊力和變形程度，分模線上的折疊越容易出現(xiàn)。所以在允許的情況下，可以適當(dāng)?shù)募哟竺吅穸?。?duì)于形狀簡(jiǎn)單的鍛件，最好采用無(wú)毛邊鍛造；對(duì)于形狀復(fù)雜的鍛件，由于下料精度難于控制，不宜采用無(wú)邊鍛造，可以適當(dāng)增加制坯工步，以免終鍛時(shí)過(guò)多的金屬急劇的流入毛邊槽而產(chǎn)生折疊。改變分模面的位置、精確下料和設(shè)計(jì)好預(yù)鍛型槽都有助于避免這種折疊的出現(xiàn)。對(duì)于帶有周邊筋的模鍛件，往往由于筋的根部圓角半徑過(guò)小，從而當(dāng)腹板多余的金屬擠向毛邊橋部時(shí)，加劇了流動(dòng)金屬與靜止金屬之間的剪應(yīng)力，以致于引起折疊。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）凹圓角轉(zhuǎn)角半徑的大小可能造成金屬流動(dòng)不均勻。避免和解決此問(wèn)題的方法是，加大凹圓角半徑，使得介于快速流動(dòng)與靜止流動(dòng)金屬之間的中間區(qū)域加大，從而緩和金屬流動(dòng)，減小剪應(yīng)力，防止折疊的產(chǎn)生。

（2）折疊在零件使用時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中成裂紋的發(fā)源地，所以只有當(dāng)鍛件表面需要進(jìn)行機(jī)械加工，而折疊深度又不超過(guò)機(jī)械加工余量的2/3的情況下，才允許鍛件表面上存在這種缺陷。

（3）鍛造表面粗糙，即鍛件表面凹凸不平，呈麻面狀，適當(dāng)在模具型腔內(nèi)涂抹潤(rùn)滑油，可以提高模具硬度和型槽表面光潔度，采用優(yōu)質(zhì)潤(rùn)滑劑，坯料表面清理干凈，并選用正確的熱力規(guī)范，可以避免折疊的產(chǎn)生。

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