一种铝合金桨叶型材及其制作工艺的制作方法

本发明涉及航空领域，具体而言，涉及一种铝合金桨叶型材及其制作工艺。

背景技术：

随着国内外铝合金挤压技术的不断发展，铝合金热挤压型材被广泛应用于各行各业。近几年来，国内铝挤压行业不断引进先进的设备和技术，尤其是轨道交通用铝型材的国产化，使得国内铝型材挤压技术有了较大提升。但在多空腔薄壁复杂断面工业型材的挤压生产技术上，国内铝挤压行业仍处于世界中低端水平。因此，要想走在世界铝挤压技术的前端，必须在高精尖铝型材的挤压成型工艺上不断探索和突破。

旋翼飞机用桨叶为细长式旋转结构，高转速工作状态下桨尖速度多在200m/s以上，承受很大的离心力载荷，同时承受交变气动载荷等复杂载荷。因此，对其结构设计和材料性能提出了较高的要求。结构设计上，旋翼桨叶横断面多为前缘实而重、后缘薄而轻的非对称闭合载荷梁，通常按照大梁构造分为C形梁结构、D形梁结构和多管梁结构。其中，多管梁结构桨叶抗扭刚度大，具有良好的破损安全特性和优异的抗弹击性能，受到了业内广泛的关注。但现有技术中，对 于多管梁结构的桨叶的生产需要将多管梁、蒙皮、填芯、后缘条组合，制造成本和周期长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铝合金桨叶型材的制作工艺，其能够通过简单的热挤压成型技术得到力学强度优异的铝合金桨叶型材，其操作方便、工艺简单稳定，能够实现铝合金桨叶型材的大批量生产。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金桨叶型材，其拥有优异的力学性能，能够满足目前对旋翼飞机所用桨叶的各项指标，能够很好的应用于旋翼飞机的生产制造。

本发明的实施例是这样实现的：

一种铝合金桨叶型材的制作工艺，采用热挤压成型：将490～510℃的铝合金铸锭经440～460℃的挤压筒挤压至470～480℃的模具成型。

一种根据上述的制作工艺制得的铝合金桨叶。

本发明实施例的有益效果是：应用实践证明，将多管梁结构桨叶设计成一体化铝型材结构，并通过热挤压成型和表面氧化处理，完全能够满足旋翼飞机桨叶的工作条件。但桨叶型材结构复杂，属于多空腔薄壁复杂断面，合金状态要求为6005A-T6，且曲面为流线型，模具加工和挤压生产难度大，国内无相关报道显示能够实现其成功挤压。本发明提供的一种铝合金桨叶及其制作工艺，对挤压筒、铝合金铸锭和模具进行预先加热，使整个热挤压成型过程中，铝合金铸锭维持良好的塑性，成功地采用热挤压成型工艺制备得到了符合旋翼飞机 桨叶标准的铝合金桨叶型材。整个方法操作方便、工艺简单稳定，用该方法制备得到的铝合金桨叶型材力学性能优异，符合旋翼飞机桨叶的各项指标，能够实现旋翼飞机桨叶的大批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种铝合金桨叶型材的制作工艺流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种铝合金桨叶型材在线淬火强风分布示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种铝合金桨叶型材的横截面示意图；

图4为本发明实施例所提供的一种铝合金桨叶型材的外观示意图。

具体实施方式

为为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注 明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种铝合金桨叶及其制作工艺进行具体说明。

本发明提出一种铝合金桨叶型材的制作工艺，采用热挤压成型：将490～510℃的铝合金铸锭经440～460℃的挤压筒挤压至470～480℃的模具成型。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，所选铝合金铸锭的合金状态为6005A-T6。6005A铝合金是一种中等强度的合金，具有良好的挤压性、焊接性、抗腐蚀性及中等的强度，常被用于交通运输业，如高速列车、地铁列车、双层列车和客货汽车所需的薄壁、中空的大型铝合金壁板型材。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，根据所需铝合金桨叶型材的断面尺寸、面积和所采用的合金状态来选择合适的挤压机。具体地，判断合适与否的标准是，被挤压型材的挤压比控制在30～60。挤压比决定铝合金铸锭挤压成型材过程的变形程度大小，合理选择挤压比既能提高挤压生产效率，又能保证型材具有较小晶粒，从而提高型材强度。对于6005A合金，合理的挤压比范围为30～60。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，挤压杆前进速度为0.5～1mm/s，出口温度为520～550℃。合适的挤出速度能避免铸锭在挤压过程中产生过高的温度，保证挤压型材内部组织均匀稳定。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，用天然气加热炉将铝合金铸锭加温至490～510℃。采用天然气长棒加热炉能够保证铝合金铸 锭表面清洁度，而且能够通过热剪切选择合适的挤压用铝合金铸锭长度。具体地，挤压用6005A合金所用铝合金铸锭长度为300～1000mm。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，将试模合格的模具放入抽屉式模具加热炉加温至470～480℃，保温时间为4～6h，模具加温时间不能超过8h，否则工作带的氧化会降低型材表面质量。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，上述制作工艺还包括将挤出型材进行矫直拉伸，并在对挤出型材进行矫直拉伸之前先将其冷却到60℃以下。冷却至足够低的温度目的是减小或避免矫直拉伸后因冷却收缩再产生外形尺寸和壁厚的变化。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，挤出型材通过在线风冷淬火装置冷却，使型材表面温度将至80～150℃，再自然冷却至60℃以下。优选地，调整在线冷却风强度和分布，在距离挤压机前梁出口1m处，开始进行在线强风冷却淬火处理，冷却区长度为6m，保证出冷却区型材表面温度在150℃以下。由于桨叶型材形状不规则，桨尖侧壁厚较桨尾侧厚，需要在桨尖侧添加压缩空气风管，增大厚壁桨尖的冷却速度，避免因两侧冷却不均导致侧弯。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，矫直拉伸工序中的拉伸率为1～1.5％。矫直拉伸需要根据材质、断面形状和尺寸公差、弯曲情况来进行，最佳拉伸率的选择是通过检验拉伸前后型材横截面尺寸公差变化来确定，确定的最佳拉伸率必须保证拉伸后的型材符合尺寸公差要求。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，精加工步骤还包括将矫直拉伸后的挤出型材锯切成规定长度。优选地，对于锯切后的型材需要检验切斜度、长度、弯曲度合格后装筐并修整端面至平整，型材 装筐时，层与层间以及同一层内相邻两型材间需要留出合理的间隙，保证时效过程中的热风循环效果。

进一步地，在本发明其它较佳实施例中，矫直拉伸后还要对型材进行人工时效：将型材升温至170～180℃并保温8h，再自然冷却至室温。

本发明还提出一种根据上述方法制得的铝合金桨叶型材。

实施例

本实施例提出一种铝合金桨叶型材，其采用图1所示的工艺流程通过以下步骤制得：

S1、所要制造的铝合金桨叶型材的宽度方向为198.39mm，高度方向为24mm，截面积为924.4mm²，为了控制挤压比在30～60，选用具有相应直径挤压筒的挤压机进行挤压，通过计算得到其挤压比为46.84，符合挤压要求。该挤压机配备了在线风冷淬火装置，能够满足6005A-T6状态生产要求。因此，选择配备在线强风冷却淬火装置的正向挤压机生产该铝合金桨叶型材。

S2、将挤压筒的温度升至440～460℃。实施例执行时，挤压机在正常运行中，挤压筒温度为447～453℃。

S3、前两根挤压的铝合金铸锭长度为500mm，后续挤压的铝合金铸锭长度为在600～650mm范围内，铝合金铸锭温度采用天然气加热炉加热至490～510℃，本实施例在实际生产过程中，铝合金铸锭的温度为492℃～504℃。

S4、将所用模具在单腔抽屉式模具加热炉中加温至470～480℃，具体到本实施例中，模具加热到475℃，保温4小时后出炉，将其装配在挤压机上。

S5、采用挤压机进行挤压成型过程中，挤压机的挤出速度设定为0.8mm/s，控制型材的出口温度为520～550℃。具体在本实施例中，当第2根铝合金铸锭挤压时，型材出口温度达到527℃。

S6、挤出型材通过在线风冷淬火装置冷却，型材表面温度降低至150℃以下，再自然冷却至60℃以下。图2所示为挤压在线强风冷却示意图，通过调整型材上、下和两侧风量，再添加压缩空气风管，有效地减小了侧弯程度。在本实施例中，出冷却区时，型材表面温度约为115℃。

S7、待型材冷却至60℃以下后，通过检验首根铝合金铸锭挤压型材拉伸前后横截面尺寸公差变化，确定最佳拉伸率为1.1％，并以此拉伸率对挤出型材进行矫直拉伸。值得注意的是，在本发明其它较佳实施例中，根据材质、断面形状和尺寸公差、弯曲情况计算出来的拉伸率在1～1.5％范围内均满足加工要求，可以进行后续加工。

S8、将经过矫直拉伸且表面质量合格的粗产品按照定尺寸要求进行锯切，检验切斜度、长度、弯曲度合格后装筐并修整端面至平整，切取室温力学性能检测用样品，装入筐中一同转入时效工序。

S9、在175℃条件下保温8小时进行人工时效，得到最终的铝合金桨叶型材。

通过以上工艺的实施，成功挤压生产出了铝合金桨叶型材，铝合金桨叶型材的示意图如图3和图4所示。根据对试样进行的室温力学性能拉伸测试结果，平均抗拉强度和屈服强度分别为291.5MPa和 270.5MPa。值得注意的是，在本发明其它较佳实施例中，根据具体的工艺条件，铝合金型材的力学性能会有细微偏差，但均能满足抗拉强度达到270MPa，屈服强度达到240MPa。所以本发明提出的一种旋翼飞机用铝合金桨叶型材热挤压工艺，能够有效指导铝型材挤压加工单位生产出合格的桨叶型材。

综上所述，本发明提供的一种铝合金桨叶及其制作工艺，对挤压筒、铝合金铸锭和模具进行预先加热，使整个热挤压成型过程中，铝合金铸锭维持良好的塑性，成功地采用热挤压成型工艺制备得到了符合旋翼飞机桨叶标准的铝合金桨叶型材。整个方法操作方便、工艺简单稳定，用该方法制备得到的铝合金桨叶型材力学性能优异，符合旋翼飞机桨叶的各项指标，能够实现旋翼飞机桨叶的大批量生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。