某教練機航空鋁合金鍛件產生折疊原因分析

萬慧　李瓊　鄧少平

摘 要：針對某型教練機鋁合金法蘭盤鍛件折疊問題，通過理化分析、強度分析、鑒別缺陷類型的分析，著重論述了鍛件折疊產生的原因，解決方法。通過鍛件原材料、模具設計、工藝設計的分析研究，確定了預防措施和解決方案。對預防折疊的產生起到了積極作用。

關鍵詞：折疊；工藝；設計

中圖分類號：V261 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）03-0116-03

Abstract： In view of the folding problem of aluminum alloy flange forgings of a certain trainer， through the analysis of physical and chemical analysis， strength analysis and identification of defects， the paper emphatically discusses the causes of forgings folding and the solving methods. Through the analysis and research of forging raw materials， die design and process design， the preventive measures and solutions are determined， which will play a positive role in preventing folding.

Keywords： folding； process； design

引言

LD5鋁合金高溫下塑性好，變形抗力低，比較容易鍛造同時結合其鍛造工藝，航空業中應用廣泛。特別是形狀復雜的大型鍛件，加入鐵和鎳時，可以提高合金的使用溫度，故稱熱鍛造鋁合金，其供應狀態一般是淬火加人工時效。針對該法蘭盤鍛件位于端部內腔折疊缺陷，呈現長條彎曲狀，長度大約3～4MM，折疊附近無宏觀可見塑性變形。為避免以后鍛件發生類似問題，本文從鍛件原材料分析。模具設計分析，工藝設計等方面深入分析了折疊產生的原因，提出來適當的工藝解決辦法。可為預防類似折疊發生提供參考。

1 結構介紹

以某飛機連接件法蘭盤為研究對象。

法蘭盤作為連接件，在航空飛機中應用廣泛，主要功用是連接使用方便，具有很強的機械強度承受能力，密封性強，具有防塵、防水、防腐蝕作用。

2 折疊原因分析

鋁合金在鍛造過程中，由于鋁合金的鍛造溫度范圍窄，其鍛造加熱溫度由于是淬火加熱溫度很接近合金的共晶熔化溫度（固相線溫度附近），所以在鍛造加熱或熱處理加熱時，容易出現過燒、折疊、裂紋、粗晶燈現象。折疊是鋁合金鍛件的一種常見缺陷，對于自由鍛件來說，折疊由于拔長時送進量太小壓下量太大，或者圓角半徑過小，以致于金屬在變形時不是緩慢流向四周，而是壓折在鍛件表面。對于模鍛件，折疊是由于制坯不正確或者由于坯料放置位置不正、筋與腹板交接處的凸圓角半徑太小等原因，引起金屬回流，進而造成自鍛件表面向其深處擴展的折疊。

針對該法蘭盤端部處產生折疊的問題，分析主要因素如表1。

下面通過顯微組織、強度分析、力學性能、工藝方法等方面對法蘭盤折疊缺陷的內因和外因排查分析。

2.1 宏觀組織檢驗法

按技術圖紙規定的部位切取試樣坯料，取鍛件端部內腔橫向取樣，檢查表面晶粒度用試樣應保留產品的自然表面作為被檢查面，其他被檢查面進行銑削加工，其粗糙度（Ra）應不大于3.2μm。被檢查面應浸入氫氧化鈉溶液（150g/L～250g/L）中，在室溫下浸蝕適當的時間，或用浸蝕劑反復擦拭試樣檢查面，然后立即用水沖洗，反復進行多次，直至晶粒顯現清楚為止。根據有關技術標準和技術協議規定的質量要求進行檢查，并隨時變換光線照射方向，詳細觀察各個部位，必要時，可用10倍以下放大鏡檢查。宏觀觀察浸蝕后的試樣圖1、圖2試樣端部明顯有長度大約3～4MM，呈現長條彎曲狀的折疊缺陷。

2.2 化學成分檢測

對法蘭盤鍛件端頭進行化學成分檢測，結果顯示試驗結果符合GB 3190-1982《鋁及鋁合金加工產品的化學成分》的技術標準要求。詳見表2。

2.3 微觀組織檢測

微觀組織檢驗法是利用光學顯微鏡來檢查各種材料牌號鍛件的顯微組織。檢查的項目一般有晶粒度，非金屬夾雜，顯微組織如脫碳、共晶碳化物不均勻度，過熱、過燒組織及其他要求的顯微組織。

用德國徠卡（Leica）顯微鏡觀察試樣顯微組織（如圖3），100X觀察試驗表面，晶粒以變形晶粒為主，按GB/T14999.5-94 《高溫合金低倍、高倍組織標準評定圖譜》已經達到晶粒帶狀組織3級，還對試樣進行了力學性能檢測。結果如表3。

試驗結果表明。滿足GJB2351-95 《航空航天用鋁合金鍛件規范》中的力學性能指標。

3 工藝設計分析

如圖4所示，在A處產生折疊缺陷，鋁合金開式模鍛，尤其是在錘上開式模鍛，常在鍛件分模線上產生折疊。這種折疊可能深入鍛件內部，它不僅在切邊時出現，更多的是在淬火后暴露出來。硬鋁合金鍛件的報廢，很大一部分是由于這種分模面折疊引起的。

金屬在分模面區域內的流動是非常劇烈，及其不均勻的，特別是形成型槽被充滿后，如果還有多余的金屬，則這些金屬被迫從分模面向外快速擠出，因而在分模面上可能產生局部過熱。另外流動金屬和相對靜止金屬之間出現很大的剪應力，在此剪應力的作用下，毛邊過熱的部分往往容易產生折疊。經分析表明，毛邊越薄，因過大的打擊力和變形程度，分模線上的折疊越容易出現。所以在允許的情況下，可以適當的加大毛邊厚度。對于形狀簡單的鍛件，最好采用無毛邊鍛造；對于形狀復雜的鍛件，由于下料精度難于控制，不宜采用無邊鍛造，可以適當增加制坯工步，以免終鍛時過多的金屬急劇的流入毛邊槽而產生折疊。改變分模面的位置、精確下料和設計好預鍛型槽都有助于避免這種折疊的出現。對于帶有周邊筋的模鍛件，往往由于筋的根部圓角半徑過小，從而當腹板多余的金屬擠向毛邊橋部時，加劇了流動金屬與靜止金屬之間的剪應力，以致于引起折疊。

4 結束語

（1）凹圓角轉角半徑的大小可能造成金屬流動不均勻。避免和解決此問題的方法是，加大凹圓角半徑，使得介于快速流動與靜止流動金屬之間的中間區域加大，從而緩和金屬流動，減小剪應力，防止折疊的產生。

（2）折疊在零件使用時產生應力集中成裂紋的發源地，所以只有當鍛件表面需要進行機械加工，而折疊深度又不超過機械加工余量的2/3的情況下，才允許鍛件表面上存在這種缺陷。

（3）鍛造表面粗糙，即鍛件表面凹凸不平，呈麻面狀，適當在模具型腔內涂抹潤滑油，可以提高模具硬度和型槽表面光潔度，采用優質潤滑劑，坯料表面清理干凈，并選用正確的熱力規范，可以避免折疊的產生。

參考文獻：

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