一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法技术

本发明专利技术公开了一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，根据最终零件的成型结构，建立具有加工余量的粗加工模型，并根据粗加工模型上各个区域的最小截面尺寸、最大残余应力、与最终零件的包络性对加工余量进行调整，进而得到能够满足截面尺寸要求、残余应力要求、包络性要求的粗加工模型，然后根据粗加工模型对锻造的毛坯进行粗加工成型，在有效降低了机械加工过程中取出加工余量的前提下，同时有效控制了毛坯经过机械加工成型后的残余应力与变形量，同时根据粗加工模型对毛坯进行机械加工，使得整个加工过程中的残余应力分布与变形量可预测可控，进而保证最终毛坯加工成型后的残余应力与变形量要求。型后的残余应力与变形量要求。型后的残余应力与变形量要求。

【技术实现步骤摘要】
一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法


[0001]本专利技术属于锻造毛坯机械制造成型的
，具体涉及一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法。

技术介绍

[0002]高强度铝合金模锻件由于其强度高、韧性好、抗腐蚀性强等优秀的材料性能，广泛应用于飞机零件生产制造中。传统的模锻件毛坯零件制造工艺流程为：锻造成形
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固溶淬火
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消减残余应力
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时效处理
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机械加工。由于铝合金模锻件毛坯截面厚度大，淬火时急剧的温度变化会产生100Mpa~150Mpa的残余应力，较大的残余应力不仅会使模锻件毛坯在最后机械加工过程中出现零件翘曲、变形等问题，还会影响最终零件的疲劳寿命，一直以来残余应力消减都是模锻件制造的关键难题。
[0003]目前常用的残余应力消减方法有：预拉伸、冷压、深冷处理、热处理等。其中预拉伸法只能适用于结构简单平板结构，不能用于复杂结构的模锻件；冷压法通过设计冷压模来对淬火后的模锻件毛坯施加一定变形量，最大可以降低40%~70%的残余应力幅值，但该方法需要制造冷压模，成本很高，且对于结构复杂的大型模锻件，残余应力消减的效果不够理想；深冷处理法通过将淬火后的模锻件降到一个很低的温度，再快速升温，能够降低一部分残余应力，但该方法一般只能消减10%~30%的残余应力，效果有限；热处理法通过将毛坯加热到一定温度来消减残余应力，但升温很容易影响材料性能，降低材料强度等其他指标。
[0004]同时，专利申请号为CN201610411185.4的专利申请文件中公开了一种固溶淬火后通过保压时效空冷来降低模锻件残余应力的方法，虽然能够降低毛坯的残余应力，但是时效处理容易影响毛坯材料的性能；专利申请号CN201811237077.5的专利申请文件中公开了一种将固溶淬火后的模锻件毛坯进行冷压拉处理来消减残余应力的方法，虽然能够有效降低锻造毛坯的残余应力，但是该方法制造成本较高且不适合结构复杂的锻件毛坯处理。
[0005]以上方法的不足在于，可能影响材料性能、或制造成本较高、或残余应力消减效果不够理想。随着机械设计对零件要求的不断提高，传统的模锻件制造方法已经不能满足新一代的零件加工制造要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，能够有效消减铝合金锻造毛坯在机械加工过程中的残余应力，同时有效控制毛坯的变形。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，包括以下步骤：步骤1、在最终零件的成型结构的基础上预留加工余量建立粗加工模型，预留的加工余量使得粗加工模型90%以上区域的最小截面尺寸小于预先设定的参考截面尺寸，且预留的最小的加工余量满足机械加工要求；在三维建模软件中根据最终零件的成型结构的尺寸预留加工余量，然后建立粗加
工模型。针对预留了加工余量的区域，提取其最小截面尺寸，并将最小截面尺寸的参考截面尺寸进行比对，对粗加工模型上最小截面尺寸超过了参考截面尺寸的区域的加工余量进行调增，使得粗加工模型90%以上区域的最小截面尺寸小于预先设定的参考截面尺寸。
[0008]针对重要加工面所在区域的加工余量设置，应使得当前区域的最小截面尺寸在小于预先设定的参考截面尺寸并满足机械加工要求的前提下越小越好，进而减少后续机械加工时需要去除的加工余量。
[0009]步骤2、对步骤1中得到的粗加工模型进行淬火后的残余应力预测，并针对残余应力超标的区域的加工余量进行调整，使得粗加工模型90%以上区域的最大残余应力小于等于危险残余应力；采用三维建模软件中自带的有限元分析模块，或采用ansys等有限元分析软件对步骤1中调整后得到的粗加工模型分析其残余应力。上述对三维模型进行残余应力的分析方法为现有技术且不是本专利技术的改进点，故其具体分析原理与步骤在此不再赘述。
[0010]步骤3、对步骤2中得到的粗加工模型进行淬火后的变形量预测，根据变形量计算粗加工模型的包络区域，对粗加工模型上不能包络最终零件的区域的加工余量进行调整，使得当前区域能够完全包络最终零件；步骤4、对锻造成型的毛坯进行固溶处理后并缓慢冷却，然后按照步骤3中得到的粗加工模型对毛坯进行粗加工；步骤5、对步骤4中粗加工后的毛坯进行固溶、淬火、人工时效、精加工处理。
[0011]为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤1中的参考截面尺寸为25mm
‑
30mm。
[0012]为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤2中针对残余应力超标的区域，降低其加工余量侧的最小截面尺寸，直到当前区域的残余应力小于等于危险残余应力。
[0013]为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述危险残余应力为40Mpa
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50Mpa。
[0014]为了更好地实现本专利技术，进一步的，针对粗加工模型上不能包络最终零件的区域，对当前区域的加工余量侧进行增厚，直到当前区域能够将最终零件包络。
[0015]为了更好地实现本专利技术，进一步的，对加工余量侧按照增厚跨度值进行阶梯式递进增厚，所述增厚跨度值小于等于2mm。
[0016]为了更好地实现本专利技术，进一步的，针对步骤3中的粗加工模型上能够包络最终零件的区域的加工余量进行减薄，但减薄后的加工余量应满足步骤1中的最小截面尺寸要求与步骤2中的最大残余应力要求。
[0017]为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤4中，将毛坯加热至470℃
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480℃后再进行固溶处理，然后对毛坯保温5h
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6h。
[0018]为了更好地实现本专利技术，进一步的，所述步骤4中，采用自然冷却或随炉冷却对毛坯进行缓慢冷却。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：（1）本专利技术提出了一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，根据最终零件的成型结构建立具有加工余量的粗加工模型，并根据粗加工模型上各个区域的最小截面尺寸、最大残余应力、与最终零件的包络性对加工余量进行调整，进而得到能够满足截面尺寸要求、残余应力要求、包络性要求的粗加工模型，然后根据粗加工模型对锻造的毛坯进行粗加工成型，在有效降低了机械加工过程中取出加工余量的前提下，同时有效控制了
毛坯经过机械加工成型后的残余应力与变形量，同时根据粗加工模型对毛坯进行机械加工，使得整个加工过程中的残余应力分布与变形量可预测可控，进而保证最终毛坯加工成型后的残余应力与变形量要求；（2）本专利技术在进行毛坯淬火之前，根据建立的粗加工模型对毛坯进行机械加工，通过调整加工余量，大大降低了机械加工与后续淬火过程中毛坯的最小截面尺寸，进而有效控制毛坯的残余应力与变形量；（3）本专利技术相比于传统的残余应力消减方法，不需要制备专用的冷压模具，也不会受到毛坯形状的限制，进而有效降低了毛坯低残余应力制造的加工成本，同时提升了毛坯低残余应力制造的兼容性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的步骤流程示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在最终零件的成型结构的基础上预留加工余量建立粗加工模型，预留的加工余量使得粗加工模型90%以上区域的最小截面尺寸小于预先设定的参考截面尺寸，且预留的最小的加工余量满足机械加工要求；步骤2、对步骤1中得到的粗加工模型进行淬火后的残余应力预测，并针对残余应力超标的区域的加工余量进行调整，使得粗加工模型90%以上区域的最大残余应力小于等于危险残余应力；步骤3、对步骤2中得到的粗加工模型进行淬火后的变形量预测，根据变形量计算粗加工模型的包络区域，对粗加工模型上不能包络最终零件的包络区域进行调整，使得包络区域能够完全包络最终零件；步骤4、对锻造成型的毛坯进行固溶处理后并缓慢冷却，然后按照步骤3中得到的粗加工模型对毛坯进行粗加工；步骤5、对步骤4中粗加工后的毛坯进行固溶、淬火、人工时效、精加工处理。2.根据权利要求1所述的一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，其特征在于，所述步骤1中的参考截面尺寸为25mm
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30mm。3.根据权利要求1所述的一种控制铝合金锻件加工变形的毛坯低应力制造方法，其特征在于，所述步骤2中针对残余应力超标的区域，降低其加工余量侧的最小截面尺寸，直到当前区域的残余应力小于等于危险残余应力。4.根据权利要求3所述的一种控制铝合金锻件加工...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶翔宇，骆金威，帅朝林，陈雪梅，彭富华，陈清良，何鹏，冯若琪，勾江洋，林木森，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：