铝合金筒形机匣等温锻造模设计

锻模技术铝合金筒形机匣等温锻造模设计葛德，吴淑芳，宋永吉，郑彦博长春理工大学机电工程学院吉林长春130022【摘要】等温锻造方法可有效解决复杂形状的铝合金锻件成形难问题。铝合金筒形机匣是某机型的关键零件，但现有锻造方法较为繁琐，通常为两步法，锻造过程中需要更换凸模，并且成本相对较高。本文在现有锻造方案基础上对筒形机匣的等温锻造模具进行优化改进，应用组合凹模并提出多层水平分模面方案，首次制定出合理的一步成形闭式等温锻造方案，利用DEFORM一3D软件对该成形方案进行数值模拟，获得了较为优化的S艺参数，模拟锻件成形良好，达到了理想效果，为机匣锻件的一步成形工艺提供理论支撑。关键词筒形机匣；模具设计；等温锻造；数值模拟；铝合金中图分类号TG316文献标识码BDESIGNOFISOTHERMALFORGINGDIEFORTHEALUMINIUMALLOYCYLINDRICALHOUSING【ABSTRACT】ISOTHERMALFORGINGCANEFFECTIVELYSOLVEPROBLEMSTAKENPLACEINTHEPROCESSOFALUMINUMALLOYFORGING，ESPECIALLYFORTHOSESTUFFWITHCOMPLEXSHAPEANDFIGUREALUMINIUMALLOYCYLINDRICALHOUSINGWASFORGEDSUCCESSFULLYINONESTEPASTHERESUHOFTHEAPPLICATIONOFTHEREDESIGNEDISOTHERMALFORGINGDIESYSTEMWITHTHEHELPOFDEFORM一3D，AFINITEELEMENTMETHODFEMBASEDPROCESSSIMULATIONSYSTEMAIMINGATTHESIMULATIONOFFORMING，WEVERIFYEDTHEFEASIBILITYOFTHEPROGRAMWHICHHAVEAFEEDINGVELOCITYOF1MMSFORGINGINONESTEPSUCCESSFULLYKEYWORDSCYLINDRICALHOUSING；FORGINGDIEDESIGN；ISOTHERMALFORGING；DIGITALSIMULATION；ALUMINIUMALLOR1引言铝合金材料锻造温度范围窄，变形抗力大。7075型铝合金筒形机匣是某型机关键零件，外形复杂，很难按照传统锻造方法完成机匣锻件的生产。在传统模锻工艺基础上发展起来的等温锻技术则可以有效解决这一问题。哈尔滨业大学单德斌教授等人曾对机匣等温锻方法做了相关探索与实验，已成功论证了等温锻造两步成形方案的可行性，而所探索的等温开式模锻一步成形方案的成形效果并不理想，凸耳等处无法充满N。本文经过工艺研究通过重新设计模具，并借助DEFORM一3D软件对筒形机匣的等温闭式模锻一工步法进行了数值模拟，探索一工步的可行性，以简化工艺流程。2工艺分析图1是机匣的锻件图，机匣呈单面对称的筒形结构，在结构一端有4个单面对称分布的凸耳，而在机匣两端则是环形凸缘。机匣的盲孑L深度较深且连皮较薄。传统方案为先正挤后反挤最后挤压法兰的多步成形方案，工序较为复杂。本方案选用圆形坯料采用闭式模锻法一步成形。成形过程中，多余金属可由上端法兰处生成毛刺。为了使在锻造过程中产生的加工硬化有足够的时间再结晶软化，等温锻造尽可能的使用低的变形速率，为动态回复再结晶提供充足的时间，使坯料一直处于再结晶软化状态，同时保证了坯料在锻造过程中各部位变形温度及温升基本一致，获得的锻件组织均匀，整体性能优异嘲。模具制造2015年第5期61锻模技术座。具体分模方法如下1考虑到机匣圆柱外表面存在需要机加的区域，表面要求相对较低，且此区域特征较简单，仅为阶梯圆柱，将此区域成形由件1、件5保证，件1、件5与件2、件4接触面为一个与水平面呈夹角为2。的斜面，如图4中BB视图所示，夹角作用是利于件1、件5的运动，便于脱模。在分模时，件1、件5只需水平运动即可脱模，如图5A所示。因表面要求相对较低，在加工件1、件5时加工质量可以稍低，只要在可接受范围内即可，精度无需同件2与件4一致，可节省模具加工工时。2鉴于机匣凸耳沿圆周排列，且在此处有凸缘特征，采用直线分模法难以脱模，故此处分模选择曲线分型线，该曲线兼顾机匣最大截面积与凸缘特征。另一方面，锻件上的凸耳在锻造结束后需要经过后续加工将每个凸耳加工成2个带通孔的耳片，即凸耳立面也是需要后续加工的区域，在此分型存在可行性。在件1、件5完成脱模后，件2与件4先沿轴向运动后沿水平运动即可完成脱模。如图5B所示。3在上述两步骤完成后，机匣锻件即可与件3脱离，如图5C所示。晷图5脱模原理示意图B凸模与凹模块间距为LMM，在挤压过程中多余坯料经此形成毛刺。毛刺的形成方向为向上，毛刺形成的工艺阻力为轴向，在轴向方向给坯料提供额外成形动力，较传统径向工艺阻力更易于成形。另一方面，后续可根据实际将件1、件5模块内径根据零件尺寸适当缩小使其更趋近于净成形，而无需对整套凹模模具重新设计，具有极大灵活性与通用性。凸模与凹模块尺寸如