大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)

專項(xiàng)素描

作為數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)的重要內(nèi)容之一，大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)的課題研究，重點(diǎn)圍繞大型航空模鍛件熱模鍛近凈成形技術(shù)，結(jié)合正在建設(shè)的800mn大型模鍛壓機(jī)，開發(fā)出航空復(fù)雜精密鍛件的近凈成形新技術(shù)，解決了大型模鍛工藝基礎(chǔ)共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)問題。

重大突破

課題突破了大型鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術(shù)，在航空用典型鈦合金、鋁合金、高強(qiáng)鋼的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試，鍛造成形過程的無(wú)網(wǎng)格法模擬技術(shù)研究，鈦合金典型結(jié)構(gòu)件成形過程潤(rùn)滑防護(hù)技術(shù)研究，模鍛工藝數(shù)據(jù)庫(kù)/知識(shí)庫(kù)研究開發(fā)等方面取得了顯著成績(jī)。

應(yīng)用前景

課題成果將廣泛應(yīng)用于大型、整體、精細(xì)、優(yōu)質(zhì)、低成本、長(zhǎng)壽命的模鍛件產(chǎn)品的研發(fā)，為我國(guó)大型飛機(jī)提供關(guān)鍵件制造基礎(chǔ)。目前，研究成果已經(jīng)成功運(yùn)用在飛機(jī)的模鍛件制造上，每年為中國(guó)二重帶來(lái)近1億元的產(chǎn)品訂貨。

大型模鍛件的生產(chǎn)能力及水平對(duì)國(guó)家航空、航天、電力、石化行業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用，也是國(guó)家制造能力的重要體現(xiàn)之一。采用大型化、整體化、精細(xì)化的大型模鍛件，可以滿足先進(jìn)裝備高可靠性、長(zhǎng)壽命的要求。

由中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司承擔(dān)的大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)課題研究日前取得了重大進(jìn)展。課題重點(diǎn)研究的鈦合金整體框鍛件近凈成形技術(shù)，有效地解決了原有飛機(jī)框梁構(gòu)件焊接組裝過程中的加工周期長(zhǎng)、廢品率高、生產(chǎn)效率低下、制造成本高的難題。在國(guó)內(nèi)首次采用整體制坯、整體模鍛的形式，完成了鈦合金整框的模鍛件制造，對(duì)提高整機(jī)的技術(shù)水平具有明顯的效果。

大型模鍛件基礎(chǔ)工藝水平提升

在數(shù)控機(jī)床專項(xiàng)支持下，大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)課題組以中國(guó)二重為組長(zhǎng)，聯(lián)合北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空材料研究院、機(jī)械科學(xué)研究總院，通過產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的形式，開展課題研究。

課題在實(shí)施過程中，針對(duì)渦輪盤、整體框熱模鍛過程中的共性技術(shù)問題，開展大型高溫合金、鈦合金熱模鍛工藝研究，包括模具與工具設(shè)計(jì)、鍛造工藝參數(shù)對(duì)組織性能的影響、熱處理參數(shù)對(duì)組織性能的影響、模鍛潤(rùn)滑技術(shù)以及大尺寸復(fù)雜形狀預(yù)制坯的制坯工藝及組織性能控制研究等。

通過研究，課題突破了大型高溫合金、鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術(shù)，尤其是在飛機(jī)的整體框型鍛件的鍛造中，在國(guó)內(nèi)第一次采用整體制坯、整體模鍛的形式完成了鈦合金整框的模鍛件制造，提高了國(guó)產(chǎn)鈦合金大鍛件的制造工藝技術(shù)和水平。

攻克三大技術(shù)難題

在研制過程中，課題組重點(diǎn)攻克了以下難題：

大尺寸復(fù)雜形狀預(yù)制坯的制坯工藝。通常情況下液壓機(jī)的單型腔一次成形，使多數(shù)的成品模鍛件都要先進(jìn)行預(yù)制坯。預(yù)制坯的形狀、尺寸精度和終鍛成品件的形狀、尺寸精度關(guān)系密切，不正確的預(yù)制坯設(shè)計(jì)和制坯工藝會(huì)導(dǎo)致模鍛件充不滿，毛邊過大，甚至出現(xiàn)折傷、裂紋等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和成本，對(duì)難變形合金則更為嚴(yán)重。針對(duì)整體框模鍛件數(shù)值模擬等方法，發(fā)現(xiàn)初始工藝的不足，并避免成形缺陷，確定合理的鍛件圖、初始坯料圖，成形道次數(shù)以及各道次的模具與坯料形狀尺寸等，確保研究目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

模鍛鍛造組織性能控制研究。鍛造過程中火次、變形量、鍛造溫度等對(duì)組織性能、晶粒度、流線的影響很大。超大型框鍛件生產(chǎn)要經(jīng)過反復(fù)地鐓拔、預(yù)鍛、終鍛、校形、熱處理等工序，加熱與變形次數(shù)多。坯料熱鍛有兩個(gè)目的，即成形和改性，分別是宏觀變形過程和微觀組織演化過程。深入理解并科學(xué)表征材料在寬泛的變形條件下微觀演變與流變行為的宏微觀動(dòng)態(tài)耦合作用及內(nèi)在機(jī)制，并識(shí)別獲取材料的最佳變形區(qū)間，對(duì)優(yōu)化材料的熱加工工藝參數(shù)、改善材料的加工性、控制組織及避免缺陷的產(chǎn)生具有重要指導(dǎo)作用。課題組的研究旨在利用先進(jìn)的熱模擬等物理測(cè)試手段，通過不同工藝狀態(tài)下的高溫流變特性差異的研究，建立典型的鈦材料熱加工性能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)與多尺度建模理論，建立材料熱塑性變形過程微觀組織的狀態(tài)及其演化與材料熱加工宏觀性能之間的關(guān)系，模擬鍛造過程的組織演變規(guī)律，進(jìn)行微觀組織預(yù)測(cè)仿真優(yōu)化預(yù)制坯和鍛造成形工藝，達(dá)到鍛件組織均勻性控制。

模鍛過程保溫技術(shù)研究。為了減少原材料的消耗和機(jī)械加工量，促進(jìn)金屬較好成形，提高金屬制品質(zhì)量，根據(jù)模鍛的需要，在不同加熱溫度范圍內(nèi)均要尋找合適的防護(hù)潤(rùn)滑劑，特別是針對(duì)大薄腹板、高筋類鍛件，防護(hù)潤(rùn)滑劑和保溫的解決已成為制約這些大型鍛件能否順利成形的一個(gè)關(guān)鍵因素。通過大量的研究，課題研究明確了保溫、潤(rùn)滑對(duì)產(chǎn)品成形和組織性能的作用，形成了以玻璃潤(rùn)滑粘接劑和包覆材料實(shí)現(xiàn)保溫的研究成果。目前，該課題研究成果為800mn大型模鍛壓機(jī)提供了生產(chǎn)工藝指導(dǎo)，解決了大型模鍛工藝基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)問題，使我國(guó)近凈成形技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；為使用800mn大型模鍛壓機(jī)制造出大型、優(yōu)質(zhì)、整體的大型模鍛件奠定了良好基礎(chǔ)。

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