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大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)

專項素描 

作為數(shù)控機床專項的重要內(nèi)容之一，大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)的課題研究，重點圍繞大型航空模鍛件熱模鍛近凈成形技術(shù)，結(jié)合正在建設(shè)的800MN大型模鍛壓機，開發(fā)出航空復(fù)雜精密鍛件的近凈成形新技術(shù)，解決了大型模鍛工藝基礎(chǔ)共性技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)問題。 

重大突破 

課題突破了大型鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術(shù)，在航空用典型鈦合金、鋁合金、高強鋼的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測試，鍛造成形過程的無網(wǎng)格法模擬技術(shù)研究，鈦合金典型結(jié)構(gòu)件成形過程潤滑防護(hù)技術(shù)研究，模鍛工藝數(shù)據(jù)庫/知識庫研究開發(fā)等方面取得了顯著成績。 

應(yīng)用前景 

課題成果將廣泛應(yīng)用于大型、整體、精細(xì)、優(yōu)質(zhì)、低成本、長壽命的模鍛件產(chǎn)品的研發(fā)，為我國大型飛機提供關(guān)鍵件制造基礎(chǔ)。目前，研究成果已經(jīng)成功運用在飛機的模鍛件制造上，每年為中國二重帶來近1億元的產(chǎn)品訂貨。

大型模鍛件的生產(chǎn)能力及水平對國家航空、航天、電力、石化行業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用，也是國家制造能力的重要體現(xiàn)之一。采用大型化、整體化、精細(xì)化的大型模鍛件，可以滿足先進(jìn)裝備高可靠性、長壽命的要求。 

由中國第二重型機械集團(tuán)公司承擔(dān)的大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)課題研究日前取得了重大進(jìn)展。課題重點研究的鈦合金整體框鍛件近凈成形技術(shù)，有效地解決了原有飛機框梁構(gòu)件焊接組裝過程中的加工周期長、廢品率高、生產(chǎn)效率低下、制造成本高的難題。在國內(nèi)首次采用整體制坯、整體模鍛的形式，完成了鈦合金整框的模鍛件制造，對提高整機的技術(shù)水平具有明顯的效果。

大型模鍛件基礎(chǔ)工藝水平提升 

在數(shù)控機床專項支持下，大型關(guān)鍵件模鍛工藝技術(shù)課題組以中國二重為組長，聯(lián)合北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、北京航空材料研究院、機械科學(xué)研究總院，通過產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的形式，開展課題研究。 

課題在實施過程中，針對渦輪盤、整體框熱模鍛過程中的共性技術(shù)問題，開展大型高溫合金、鈦合金熱模鍛工藝研究，包括模具與工具設(shè)計、鍛造工藝參數(shù)對組織性能的影響、熱處理參數(shù)對組織性能的影響、模鍛潤滑技術(shù)以及大尺寸復(fù)雜形狀預(yù)制坯的制坯工藝及組織性能控制研究等。 

通過研究，課題突破了大型高溫合金、鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術(shù)，尤其是在飛機的整體框型鍛件的鍛造中，在國內(nèi)第一次采用整體制坯、整體模鍛的形式完成了鈦合金整框的模鍛件制造，提高了國產(chǎn)鈦合金大鍛件的制造工藝技術(shù)和水平。 

攻克三大技術(shù)難題 

在研制過程中，課題組重點攻克了以下難題： 

大尺寸復(fù)雜形狀預(yù)制坯的制坯工藝。通常情況下液壓機的單型腔一次成形，使多數(shù)的成品模鍛件都要先進(jìn)行預(yù)制坯。預(yù)制坯的形狀、尺寸精度和終鍛成品件的形狀、尺寸精度關(guān)系密切，不正確的預(yù)制坯設(shè)計和制坯工藝會導(dǎo)致模鍛件充不滿，毛邊過大，甚至出現(xiàn)折傷、裂紋等缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和成本，對難變形合金則更為嚴(yán)重。針對整體框模鍛件數(shù)值模擬等方法，發(fā)現(xiàn)初始工藝的不足，并避免成形缺陷，確定合理的鍛件圖、初始坯料圖，成形道次數(shù)以及各道次的模具與坯料形狀尺寸等，確保研究目標(biāo)的實現(xiàn)。 

模鍛鍛造組織性能控制研究。鍛造過程中火次、變形量、鍛造溫度等對組織性能、晶粒度、流線的影響很大。超大型框鍛件生產(chǎn)要經(jīng)過反復(fù)地鐓拔、預(yù)鍛、終鍛、校形、熱處理等工序，加熱與變形次數(shù)多。坯料熱鍛有兩個目的，即成形和改性，分別是宏觀變形過程和微觀組織演化過程。深入理解并科學(xué)表征材料在寬泛的變形條件下微觀演變與流變行為的宏微觀動態(tài)耦合作用及內(nèi)在機制，并識別獲取材料的最佳變形區(qū)間，對優(yōu)化材料的熱加工工藝參數(shù)、改善材料的加工性、控制組織及避免缺陷的產(chǎn)生具有重要指導(dǎo)作用。課題組的研究旨在利用先進(jìn)的熱模擬等物理測試手段，通過不同工藝狀態(tài)下的高溫流變特性差異的研究，建立典型的鈦材料熱加工性能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，結(jié)合物理實驗與多尺度建模理論，建立材料熱塑性變形過程微觀組織的狀態(tài)及其演化與材料熱加工宏觀性能之間的關(guān)系，模擬鍛造過程的組織演變規(guī)律，進(jìn)行微觀組織預(yù)測仿真優(yōu)化預(yù)制坯和鍛造成形工藝，達(dá)到鍛件組織均勻性控制。 

模鍛過程保溫技術(shù)研究。為了減少原材料的消耗和機械加工量，促進(jìn)金屬較好成形，提高金屬制品質(zhì)量，根據(jù)模鍛的需要，在不同加熱溫度范圍內(nèi)均要尋找合適的防護(hù)潤滑劑，特別是針對大薄腹板、高筋類鍛件，防護(hù)潤滑劑和保溫的解決已成為制約這些大型鍛件能否順利成形的一個關(guān)鍵因素。通過大量的研究，課題研究明確了保溫、潤滑對產(chǎn)品成形和組織性能的作用，形成了以玻璃潤滑粘接劑和包覆材料實現(xiàn)保溫的研究成果。目前，該課題研究成果為800MN大型模鍛壓機提供了生產(chǎn)工藝指導(dǎo)，解決了大型模鍛工藝基礎(chǔ)技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)問題，使我國近凈成形技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平；為使用800MN大型模鍛壓機制造出大型、優(yōu)質(zhì)、整體的大型模鍛件奠定了良好基礎(chǔ)。