小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，通过计算合理分配铸锭材料在镦粗、冲孔去连皮、轧环、扩口和锻挤各工序的变形量，保证小吨位压机能满足各工序的压力需求，成形时，将铸锭材料加热保温后，即在小吨位压机上进行镦粗、冲孔去连皮得到厚壁矩形环坯，对厚壁矩形环坯整形后加热并保温后，即在轧环机上轧制得到沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯，利用余热胀形整园后将薄壁近矩形环坯加热并保温后，即在小吨位压机上用扩口锻挤模具进行多次扩口、分步锻挤大端台阶，得到碗型机匣环坯。本发明专利技术采用多次扩口和分步大端台阶锻挤得到精密的碗型机匣环坯，极大降低所需加工设备吨位。工设备吨位。工设备吨位。

【技术实现步骤摘要】
小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机碗型机匣环坯成型制造方法，具体涉及一种小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法。

技术介绍

[0002]发动机是飞机的心脏，而机匣作为发动机的重要零件之一，是整个发动机的基座，是发动机上的主要承力部件。由于碗形机匣环坯尺寸大，机匣材料高温合金钛合金的材料变形抗力大，并且扩口过程中环坯轴向高度变化，导致环件厚度发生变化，进一步增加了环坯成型过程中的力能，并影响到成型精度。
[0003]目前，一次成形到碗形机匣环坯需要万吨以上大型压力机，而现存最大量的中型压力机一般都小于10000吨力能，需要盘活这部分生产资源；而且，即使采用万吨以上大型压力机成形，由于压力机工作台面大、力能控制响应慢、工模具对中难度大等原因，使得大型压力机上成形碗形机匣环坯精度控制比较困难，经常出现壁厚不均匀的情况，影响最后精轧工序。
[0004]由上可知，目前的情况是，碗型机匣环坯成形力大，无法采用小吨位压机成形，采用万吨以上大型压力机成形时，成形精度低。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，本专利技术采用多次扩口和分步大端台阶锻挤得到精密的碗型机匣环坯，极大降低所需加工设备吨位。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，通过计算合理分配铸锭材料在镦粗、冲孔去连皮、轧环、扩口和锻挤各工序的变形量，保证小吨位压机能满足各工序的压力需求，包括步骤：S1、成形前，根据碗型机匣环锻件体积计算铸锭材料的尺寸，分配从铸锭到碗型机匣环坯各工序的变形量，根据各工序变形量确定各工序工件尺寸；S2、成形时，将铸锭材料加热保温后，即在小吨位压机上进行镦粗、冲孔去连皮得到厚壁矩形环坯，对厚壁矩形环坯整形后加热并保温后，即在轧环机上轧制得到沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯，利用余热胀形整园后将薄壁近矩形环坯加热并保温后，即在小吨位压机上用扩口锻挤模具进行多次扩口、分步锻挤大端台阶，得到碗型机匣环坯；
[0008]各工序变形量分配为：镦粗工序变形量为k1＝40％～80％，冲孔去连皮工序变形量为 k2＝4％～12％，轧环工序轧制比为k3＝1.6～2.2，扩口工序中各次扩口的变形量k4根据给定小吨位压机最大吨位计算；
[0009]所采用的扩口锻挤模具包括底座、设在底座上的下凹模和芯轴、设在下凹模的上侧的上凹模、多组不同尺寸外表面的冲头、环模、用于将碗型机匣环坯顶出上凹模的顶出机构；芯轴延伸至上凹模和下凹模中心，冲头的中心孔能配合放入芯轴、下部能伸入下凹模，最大冲头的上部外表面与上凹模内表面相适应，环模能套在最大冲头的顶部且下部设有用
于分步锻挤环件大端台阶的凸块。
[0010]对于铸锭材料下料和镦粗后铸锭尺寸：
[0011]铸锭材料下料的体积V计算式为，
[0012]V＝V0+V
连
[0013]其中，V0为碗型机匣环坯的体积，V
连
为冲孔连皮的体积，连皮厚度取50～150mm，连皮直径取200～300mm；
[0014]确定铸锭材料下料的体积V之后，根据给定高径比h，得到铸锭高度H0计算式为，
[0015][0016]其中，高径比h取1.8～3，根据体积不变，得到下料的铸锭直径D0计算式为，
[0017][0018]镦粗后铸锭高度H1计算式为，
[0019]H1＝0.2～0.6H0[0020]再根据体积不变，得到镦粗后铸锭直径D1。
[0021]对于厚壁矩形环坯尺寸：
[0022]冲孔冲头直径，即厚壁矩形环坯内直径d2取200
‑
300mm，去连皮并整形后得到厚壁矩形环坯，厚壁矩形环坯高度H2为，
[0023]H2＝0.88～0.96H1[0024]其中，H1为镦粗后铸锭高度，再根据体积不变，得到厚壁矩形环坯的外径D2、内径 d2、高度H2。
[0025]对于薄壁近矩形环坯尺寸：
[0026]为保证环坯晶粒均匀细小，需要对环坯施加合理变形量，将厚壁矩形环坯轧制后，得到沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯，薄壁近矩形环坯的外径D3、内径d3、高度轧制比选值为1.6～2.2。
[0027]在扩口和锻挤工序中，碗型机匣环坯的大端外径D5、大端内径d5、小端外径D4＝D3、小端内径d4＝d3、高度H4，其中D3和d3分别为薄壁近矩形环坯的外径和内径，成形前先进行以下计算步骤：
[0028]1)计算扩口次数
[0029]根据给定小吨位压机吨位P和碗型机匣环坯尺寸，计算出扩口次数N为，
[0030][0031]其中，K为载荷修正系数，取0.8
‑
1.2，σ为机匣材料热成形温度下材料的流动应力；
[0032]2)计算扩口各道次冲头尺寸
[0033]扩口各道次冲头尺寸计算式为，
[0034][0035]其中，R
i
为第i道次扩口冲头大端外半径，R
i
‑1为第i
‑
1道次的冲头大端外半径，i＝1时取扩口冲头锥度取4
°
～10
°
；
[0036]3)校核各道次扩口力能
[0037]各道次扩口力能校核计算式为，
[0038][0039]其中，T
i
为第i道次扩口力能，如果T
i
＞P，减小R
i
数值，然后重复步骤3)，直到所有T
i
＜P (i＝1，...，N)；
[0040]4)扩口模具优化
[0041]校核扩口力能符合要求之后，根据计算的冲头尺寸进行扩口过程数值模拟，结合数值模拟结果进行模具优化；
[0042]5)计算大端台阶分步锻挤次数
[0043]扩口后在环坯大端形成台阶，在给定小吨位压力机吨位限定情况下，进行多次分步锻挤，分步锻挤次数M为，
[0044]。
[0045]顶出机构包括长杆、顶块和撬杆，长杆滑动配合在下凹模的竖向贯通孔内，顶块滑动配合在底座的竖向槽内，撬杆能伸入底座将顶块撬起，不操作撬杆时，顶块上部支撑在底座上，长杆的顶端与下凹模顶面齐平且正对工件下端面、底端支撑在顶块上部。顶出机构利用杠杆原理可以将工件轻松顶出，而且平时不影响扩口和锻挤。
[0046]进行扩口锻挤工序时，先将沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯放在下凹模上并与上凹模处于接触状态，然后将冲头吊装于环坯上并通过中心孔和芯轴的配合定位，小吨位压机下压冲头进行扩口，依次更换外表面尺寸逐渐增大的冲头实现多次扩口，直到最大冲头扩口完成后，在最大冲头顶部套上环模，随后小吨位压机下压环模并通过凸块锻挤环件大端形成部分台阶，然后旋转环模调整凸块的角度再进行锻挤，直至在环件大端分步锻挤出整圈台阶，最后取出环模和冲头，通过顶出机构将碗型机匣环坯顶出上凹模。
[0047]凸块采用两个且间隔180
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，其特征在于：通过计算合理分配铸锭材料在镦粗、冲孔去连皮、轧环、扩口和锻挤各工序的变形量，保证小吨位压机能满足各工序的压力需求，包括步骤，S1、成形前，根据碗型机匣环锻件体积计算铸锭材料的尺寸，分配从铸锭到碗型机匣环坯各工序的变形量，根据各工序变形量确定各工序工件尺寸；S2、成形时，将铸锭材料加热保温后，即在小吨位压机上进行镦粗、冲孔去连皮得到厚壁矩形环坯，对厚壁矩形环坯整形后加热并保温后，即在轧环机上轧制得到沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯，利用余热胀形整园后将薄壁近矩形环坯加热并保温后，即在小吨位压机上用扩口锻挤模具进行多次扩口、分步锻挤大端台阶，得到碗型机匣环坯；各工序变形量分配为，镦粗工序变形量为k1＝40％～80％，冲孔去连皮工序变形量为k2＝4％～12％，轧环工序轧制比为k3＝1.6～2.2，扩口工序中各次扩口的变形量k4根据给定小吨位压机最大吨位计算；所采用的扩口锻挤模具包括底座、设在底座上的下凹模和芯轴、设在下凹模的上侧的上凹模、多组不同尺寸外表面的冲头、环模、用于将碗型机匣环坯顶出上凹模的顶出机构；芯轴延伸至上凹模和下凹模中心，冲头的中心孔能配合放入芯轴、下部能伸入下凹模，最大冲头的上部外表面与上凹模内表面相适应，环模能套在最大冲头的顶部且下部设有用于分步锻挤环件大端台阶的凸块。2.如权利要求1所述的小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，其特征在于：对于铸锭材料下料和镦粗后铸锭尺寸，铸锭材料下料的体积V计算式为，V＝V0+V
连
其中，V0为碗型机匣环坯的体积，V
连
为冲孔连皮的体积，连皮厚度取50～150mm，连皮直径取200～300mm；确定铸锭材料下料的体积V之后，根据给定高径比h，得到铸锭高度H0计算式为，其中，高径比h取1.8～3，根据体积不变，得到下料的铸锭直径D0计算式为，镦粗后铸锭高度H1计算式为，H1＝0.2～0.6H0再根据体积不变，得到镦粗后铸锭直径D1。3.如权利要求1所述的小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，其特征在于：对于厚壁矩形环坯尺寸，冲孔冲头直径，即厚壁矩形环坯内直径d2取200
‑
300mm，去连皮并整形后得到厚壁矩形环坯，厚壁矩形环坯高度H2为，H2＝0.88～0.96H1其中，H1为镦粗后铸锭高度，再根据体积不变，得到厚壁矩形环坯的外径D2、内径d2、高
度H2。4.如权利要求1所述的小吨位压机成形碗型机匣环坯的方法，其特征在于：对于薄壁近矩形环坯尺寸，为保证环坯晶粒均匀细小，需要对环坯施加合理变形量，将厚壁矩形环坯轧制后，得到沿轴向体积分布的薄壁近矩形环坯，薄壁近矩形环坯的外径D3、内径d3、高度轧制比选值为1.6～2.2。5.如权利要求1所述的小...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰箭，华林，毛华杰，钱东升，邓加东，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：