飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞机起落架外筒锻件制造技术领域，特别涉及飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺。
【背景技术】
[0002]20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出了金属零件的半固态成形概念。所谓半固态模锻(Sem1-solid forging-SSF)又称触变模段(Thixoforging)，就是将半固态坯料加热到有50%左右体积液相的半固态状态后在具有略高预热温度的模具模腔内进行一次模锻成形，获得所需的接近尺寸成品零件的工艺，这是一种介于液态成形(铸造)与股态成形(压力加工)之间的新工艺。
[0003]飞机起落架是飞机的主要功能部件之一，用于飞机起飞、着陆、地面滑行和停放，它吸收和耗散飞机在着陆及滑行过程中与地面的冲击能量，保证飞机在地面运动过程中的使用安全，是飞机的主要承力部件。据统计，由于现代飞机起落架的受力情况严重且使用情况恶劣，起落架故障约占全机总故障的40%。随着我国大飞机项目的开展，在高速、大负荷、动载条件下，对起落架的性能提出的要求也越来越高。
[0004]目前，飞机起落架的主要结构件材料主要以超高强度钢、钛合金为主，如国外民机起落架选材主要应用300M钢、4340钢、30CrMnSiNi2A、高强度钛合金及铝合金等高性能材料，其制造工艺主要包括:整体锻造制坯、锻件理化性检测及超声波探伤、锻件毛坯表面大余量数控“扒皮”加工、内孔型腔材料去除加工等，其中，相比较于传统飞机起落架大多采用的机加工方法造成疲劳强度和稳定性都比较低的缺点，整体锻造成形工艺能够改善飞机起落架的组织均匀性、良好的流线、提高其使用性能，但是在锻造制坯过程中，存在模具受热温度高、易损坏、所需的锻造成形力大、能耗高的缺点。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺，通过该工艺，以较小的成形力制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的飞机起落架外筒锻件。
[0006]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0007]飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤:
[0008]I)棒料初步变形:先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料I ;然后对金属棒料I预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料2 ；
[0009]2)棒料径向锻造:利用余热对步骤I)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造以获得径向锻造畸变态坯料3 ；
[0010]3) 二次重熔:将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料3放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料I的半固态温度区间范围内，保温时间为5?30min，以获得固相分数在40%?60%之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4 ;
[0011]4)半固态整体模锻成形:将步骤3)得到的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4放入半固态模锻成形的模具型腔，采用半固态模锻工艺成形出飞机起落架外筒锻件成形件5。
[0012]相对于现有技术，本发明将径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺用于制备飞机起落架外筒锻件具有以下优点:
[0013]1.本发明利用径向锻造式应变诱发制备的飞机起落架外筒锻件具有微观组织晶粒细小、分布均匀、组织致密、产品力学性能较好的特点，此外，常规锻造零件的性能是各向异性的，而半固态模锻则各向同性。
[0014]2.本发明对飞机起落架外筒锻件采用的半固态模锻成形所需的成形压力小，仅为普通模锻所需成形压力的1/4至1/10左右。
[0015]3.模锻工艺需要采用热模锻压力机或摩擦压力机等投资较高的设备，设备投资昂贵，而半固态模锻即可用专用油压机，也可用通用油压机，设备投资较小。
【附图说明】
[0016]图1是本发明中从金属棒料I到飞机起落架外筒锻件成形件5的工艺流程图。
[0017]图2是本发明中径向锻造畸变态坯料3的三维示意图。
[0018]图3是本发明中飞机起落架外筒锻件成形件5的三维示意图。
[0019]图4是本发明中利用余热对步骤I)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造以获得径向锻造畸变态坯料3的原理示意图，其中图(a)是主视图，图(b)是侧视图。
[0020]图5是本发明中飞机起落架外筒锻件成形件5外形的最大外轮廓曲线5-1的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明做详细描述。
[0022]参照图1，飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤:
[0023]I)棒料初步变形:先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料I ;然后对金属棒料I预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料2 ；
[0024]2)棒料径向锻造:参照图2、图3、图4及图5，利用余热对步骤I)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造以获得径向锻造畸变态还料3，具体为:利用径向锻机在还料周围对称分布的四个锤头6，对畸变态金属棒料2沿径向进行高频率往复锻打，且四个锤头6在径向的进给变化规律与飞机起落架外筒锻件成形件5的最大外形轮廓曲线5-1相比整体略大，同时利用机械手带动畸变态金属棒料2边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，当该锻造畸变态坯料3的最大径向断面3-1的收缩率达到40%以上，且该径向锻造畸变态坯料3的最大径向断面3-1的面积略大于需要成形的飞机起落架外筒锻件成形件5的最大径向断面5-2的面积时，即完成径向锻造；最后，对径向锻造畸变态坯料3进行淬火处理；
[0025]3) 二次重熔:将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料3放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料I的半固态温度区间范围内，保温时间为5?30min，以获得固相分数在40%?60%之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4 ;
[0026]4)半固态整体模锻成形:将步骤3)得到的飞机起落架外筒锻件半固态坯料4放入半固态模锻成形的模具型腔，采用半固态模锻工艺成形出飞机起落架外筒锻件成形件5。
【主权项】
1.飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺，其特征在于，包括以下步骤: 1)棒料初步变形:先准备用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料(I);然后对金属棒料(I)预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料(2); 2)棒料径向锻造:利用余热对步骤I)中得到的畸变态金属棒料(2)进行径向锻造以获得径向锻造畸变态坯料(3)； 3)二次重熔:将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料(3)放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，且控制加热温度为金属棒料(I)的半固态温度区间范围内，保温时间为5?30min，以获得固相分数在40%?60%之间且具有细小、均匀、球状微观组织的飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4); 4)半固态整体模锻成形:将步骤3)得到的飞机起落架外筒锻件半固态坯料(4)放入半固态模锻成形的模具型腔，采用半固态模锻工艺成形出飞机起落架外筒锻件成形件(5)。
【专利摘要】飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态模锻工艺，先对用于成形飞机起落架外筒锻件的超高强度钢或钛合金材质的金属棒料进行预热并反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料；再利用余热对该畸变态金属棒料进行径向锻造得到径向锻造畸变态坯料并淬火处理；随后该径向锻造畸变态坯料进行二次重熔以获得固相率在40％～60％之间的飞机起落架外筒锻件半固态坯料；最后对该飞机起落架外筒锻件半固态坯料进行半固态模锻以获得飞机起落架外筒锻件成形件。本发明具有工艺简单，成形压力小，材料利用率高且产品力学性能好的特点。
【IPC分类】B21J5-02, B21J1-06
【公开号】CN104668417
【申请号】CN201510064322
【发明人】赵升吨, 王永飞, 张晨阳, 范淑琴
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月6日