一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法技术

一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法，它涉及一种长壁深筋盒形球头摇臂成形模具及方法，以解决常规锻造制备长壁深筋盒形球头摇臂锻件，存在制坯和成形困难，容易出现折叠、流线紊乱和晶粒粗大的缺陷，且成形后容易发生弹性回复，导致最终成形的铝合金锻件的形状尺寸不合格，性能难以满足使用要求的问题，成形方法的主要步骤是：一、制坯；二、第一次锻造成形；三、冷却；四、一次酸洗；五、一次修伤；六、第二次锻造成形；七、二次酸洗；八、二次修伤；九、终锻成形；十、三次酸洗；十一、锻件热处理；十二、将锻件进行校形处理。本发明专利技术用于7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂成形。

【技术实现步骤摘要】
一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法
本专利技术涉及一种长壁深筋盒形球头摇臂成形模具及方法，具体涉及一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法。
技术介绍
航空用摇臂类锻件普遍带有长壁深筋，成形极易产生折叠缺陷，由于此种特殊的结构在成形过程中极易造成锻件晶粒粗大。此外此类锻件经常带有拐角，这类带有拐角的锻件，在热处理后容易发生弹性回复，锻件由于存于残余应力发生变形，造成形状尺寸不合格。此类锻件一端经常带有的球头，成形也比较困难，容易发生充不满等各种缺陷。由于在生产中，对于此类难以锻造的锻件，经常采用多套模具，热锻生产，由于多次加热，变形程度难以控制，经常造成锻件流线紊乱，晶粒过于粗大，性能难以满足使用要求。
技术实现思路
本专利技术为解决常规锻造制备长壁深筋盒形球头摇臂锻件，存在制坯和成形困难，容易出现折叠、流线紊乱和晶粒粗大的缺陷，且成形后容易发生弹性回复，导致最终成形的铝合金锻件的形状尺寸不合格，性能难以满足使用要求的问题，进而提供一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具及方法。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，它包括上模、下模和多个电加热圈；上模的下表面具有上模水平面和上模斜面，上模斜面向上倾斜设置，上模水平面和上模斜面上开设有一体成形的上半模腔，上模水平面上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起；下模的上表面具有下模水平面和下模斜面，下模斜面与上模斜面的倾斜方向一致，下模水平面和下模斜面上开设有一体成形的下半模腔，下模水平面上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起，下模斜面上的模腔内加工有凸棱，上模密封盖合在下模上，上半凸起和下半凸起正对设置，上半凹槽和下半凹槽盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂匹配的成形模腔，上模和下模上分别安装有电加热圈。本专利技术的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法的步骤是：一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400-440℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到380-410℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200吨～1500吨的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为415-425℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200T～1500T的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；七、二次酸洗：将经步骤六得到的铝合金锻件进行酸洗，得到第二次成形锻件半成品；八、二次修伤：将经步骤七得到的第二次成形半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；九、终锻成形：将经步骤八修伤后得到的半成品锻件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模的下半模腔内，在压力机的作用下向上模施加1200T～1500T的压力，上模下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为405-415℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；十、三次酸洗：将经步骤九得到的铝合金锻件进行酸洗，得到酸洗成形锻件；十一、锻件热处理：将步骤十酸洗的成形锻件进行固溶，固溶温度480℃，固溶时间1小时，时效采用双极时效，温度160℃，时效时间6小时，接着时效130℃，时效5小时；十二、将锻件进行校形处理：步骤十一得到的锻件时效完后，放入箱式加热电阻炉中加热至100℃，通过成形模具再压一次，得到最终成形的7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术以等温模锻成形为技术手段成形7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂锻件，仅使用一套本专利技术成形装置就可以实现低成本、小型批量化、质量高，使用寿命高的模锻零件生产，为锻件的内部组织和优良性能提供重要保障。二、本专利技术采用模锻成形工艺方法，使得所成形的锻件尺寸精度高、内部组织性能好。三、采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得该锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件，保证了后续锻件的最终成形。四、本专利技术通过计算机有限元数值模拟进行工艺、方案和预制坯料的精确设计等，避免了长壁深筋盒形球头摇臂锻件成形过程中较易出现的充不满、折叠和晶粒粗大等缺陷等，成形后出现的弹性翘曲导致的零件形状和尺寸不合格。在进行等温模锻成形的同时，借助了数值模拟和实验对该锻件成形规律以及缺陷形成机理和控制方法，同时，采用数字化设计和制造技术有效地提高了该类锻件模具设计、成形方案优化以及成形工艺的质量。五、本专利技术通过热处理后进行的另外一次校形合模锻造，解决了当前长壁深筋盒形球头摇臂锻件容易发生弹性翘曲，导致零件形状和尺寸不符合要求的难题。六、本专利技术通过研究固溶时效工艺，使最终成形的锻件抗拉强度达到490MPa，屈服强度达到430MPa，延伸率达到12％。本专利技术等温模锻方法能有效地提高长壁深筋盒形球头摇臂锻件强度、塑性和韧性，制得的7A09铝合金锻件的抗拉强度达到490MPa，屈服强度达到430MPa，延伸率达到12％。机械性能明显增加，达到了相关要求。七、本专利技术生产效率高，模锻时，金属的变形在模腔内进行，能获得所需形状，节省金属材料，减少切削加工工作量，在批量足够的条件下，降低成本；本专利技术操作简单，劳动强度较低。八、本专利技术通过有限元模拟、实验和组织性能的精确调控相结合的方法精确设计每道次成形的坯料和工艺，通过一套模具就成形出了形状尺寸和性能符合要求的锻件。性能达到了较高要求，最终成形的锻件无折叠、无晶粒粗大、无流线紊乱等各种缺陷，满足了使用要求。附图说明图1是本专利技术成形模具的主视结构图，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：它包括上模(1)、下模(2)和多个电加热圈(3)；上模(1)的下表面具有上模水平面(1‑1)和上模斜面(1‑2)，上模斜面(1‑2)向上倾斜设置，上模水平面(1‑1)和上模斜面(1‑2)上开设有一体成形的上半模腔(1‑3)，上模水平面(1‑1)上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起(1‑4)；下模(2)的上表面具有下模水平面(2‑1)和下模斜面(2‑2)，下模斜面(2‑2)与上模斜面(1‑2)的倾斜方向一致，下模水平面(2‑1)和下模斜面(2‑2)上开设有一体成形的下半模腔(2‑3)，下模水平面(2‑1)上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起(2‑4)，下模斜面(2‑2)上的模腔内加工有凸棱(2‑5)，上模(1)密封盖合在下模(2)上，上半凸起(1‑4)和下半凸起(2‑4)正对设置，上半凹槽(1‑3)和下半凹槽(2‑3)盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂(5)匹配的成形模腔(4)，上模(1)和下模(2)上分别安装有电加热圈(3)。

【技术特征摘要】
1.一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：它包括上模(1)、下模(2)和多个电加热圈(3)；上模(1)的下表面具有上模水平面(1-1)和上模斜面(1-2)，上模斜面(1-2)向上倾斜设置，上模水平面(1-1)和上模斜面(1-2)上开设有一体成形的上半模腔(1-3)，上模水平面(1-1)上的模腔内加工有向下延伸的上半凸起(1-4)；下模(2)的上表面具有下模水平面和下模斜面，下模斜面与上模斜面(1-2)的倾斜方向一致，下模水平面和下模斜面上开设有一体成形的下半模腔(2-3)，下模水平面上的模腔内加工有向上延伸的下半凸起(2-4)，下模斜面上的模腔内加工有凸棱(2-5)，上模(1)密封盖合在下模(2)上，上半凸起(1-4)和下半凸起(2-4)正对设置，上半凹槽和下半凹槽盖合构成与长壁深筋盒形球头摇臂(5)匹配的成形模腔(4)，上模(1)和下模(2)上分别安装有电加热圈(3)。2.根据权利要求1所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：凸棱(2-5)为由下模水平面向下模斜面方向逐渐外凸的凸棱，凸棱(2-5)的横截面的低端至顶端的曲线为平滑过渡的弧形曲线。3.根据权利要求1或2所述的一种7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形模具，其特征在于：上模斜面(1-2)的两个拐角处设置向下延伸的上模定位柱(1-6)，上模水平面(1-1)的两个拐角处设置向上凹陷的上模台阶(1-7)，下模水平面的两个拐角处设置有向上延伸的下模定位柱(2-7)，下模斜面的两个拐角处设置有向下凹陷的下模台阶(2-6)，上模(1)的下表面上加工有一圈上模密封凹槽(1-8)，下模(2)的上表面上加工有一圈下模密封凹槽(2-8)，上模密封凹槽(1-8)和下模密封凹槽(2-8)构成密封腔，上模(1)通过布置在该密封腔内的密封圈密封盖合在下模(2)上，上模定位柱(1-6)定位在下模台阶(2-6)上，下模定位柱(2-7)定位在上模台阶(1-7)上。4.利用权利要求1或2所述的一种等温模锻成形模具实现7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法，其特征在于：所述7A09铝合金长壁深筋盒形球头摇臂等温模锻成形方法是按照以下步骤进行的：一、制坯：将直径为100mm，长度为280mm的铝合金挤压棒材进行弯曲拔长镦粗工艺复合成形，采用一次预弯曲、两次拔长，三次镦粗制得锻件坯料，弯曲变形程度30％，拔长变形程度每次20％，镦粗变形程度每次50％，得到自由锻造成带一定拐角的球头类钣坯件；二、第一次锻造成形：将步骤一制得的7A09铝合金坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到400-440℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到380-410℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1200吨～1500吨的压力，上模(1)下行速度为0.8-1.2mm/s，锻造温度为415-425℃，当坯件充满成形模腔后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件半成品，其中，石墨乳水溶液的质量百分浓度为20％～25％；三、冷却：将步骤二制得的半成品锻件取出，空冷；四、一次酸洗：将经步骤三得到的半成品锻件进行酸洗，清理完表面；五、一次修伤：将经步骤四得到的半成品锻件进行修伤，清理掉折叠部分；六、第二次锻造成形：将经步骤五得到的7A09铝合金锻件半成品坯件放入箱式加热电阻炉中加热，加热到160-180℃时取出，并在坯件的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液；将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加热电阻炉中，加热到370-400℃并保温2-2.5小时，最后将模具加热到370-390℃，将加热好的坯件放在下模(2)的下半模腔(2-3)内，在压力机的作用下向上模(1)施加1200吨～1500吨的压力，上模...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐福昌，袁林，单德彬，徐彦锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23