上机匣成形中的质量缺陷及对策.pdf

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1、第24卷第2期兵工学报Vol.24No.22003年5月ACTAARMAMENTARIIMay2003!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!上机匣成形中的质量缺陷及对策薛克敏吕炎徐福昌郝南海（哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨，l5000l）摘要上机匣是直升机的关键零件，几何形状复杂，锻件尺寸大，性能指标要求高，成形中容易产生粗晶、折叠、流线不顺等质量缺陷。本文采用纯铅为模拟材料，对上机匣成形方案进行了试验研究；利用等温精锻工艺，镶块式

2、模具结构等，成功地锻制了上机匣锻件。其力学性能，显微组织和尺寸精度均符合要求。关键词机械制造工艺与设备；上机匣；成形；缺陷中图分类号TGl46!前言锻件。使用时，四个凸耳起传递扭矩的作用，在直升机起飞、飞行及降落过程中承受着很大的负荷，因上机匣是直升机传动系统中的关键零件（如图此，要求金属流线沿其外形分布，不允许有流线紊0.l所示），材料为Mbl5镁合金。该件几何形状复乱、涡流及穿流现象，晶粒应细小均匀，并具有较高杂，金属体积分布不均匀，腹板薄，径向加强筋窄而的机械性能；如果采用一般的成形方法加工上机匣，高（筋的高宽比最大为9.2），

3、凸耳宽而外伸，且中间极易产生粗晶、折叠、流线不顺等质量缺陷［l］。本设有减重凹坑，水平投影面积近0.4m2，是迄今为文就上机匣成形中主要缺陷的形成机理及对策作了止国内所生产的尺寸最大、形状最复杂的镁合金模说明。"粗晶组织的消除晶粒粗大是由于始锻温度、终锻温度过高和变形程度不足、变形程度落入临界变形区引起的，它使锻件的塑性和韧性降低，疲劳性能明显下降。Mbl5是一种Mg-zn-zr系高强度镁合金。由其塑性图可知，对于低速率成形，变形温度越高，变形抗力越小［2］。显然，选取较高的变形温度对上机匣这样的大尺寸锻件的成形是有利的。但是，Mbl

4、5镁合金高温下晶粒长大的倾向较大，若加热和变形温度过高，加热时间过长，加热次数过多，同样会使晶粒粗大，致使锻件的机械性能降低。Mbl5合金虽能通过热处理强化，但效果并不显著，加热时产生的软化很难靠随后的热处理来补偿。这就决定加热温度不能过高。上机匣属薄腹板、高筋条类复杂形状锻件，如采用传统模锻工艺成形，由于模具预热温度低，坯图0.l上机匣锻件图料的温度下降很快，导致坯料实际变形温度低于再Fig.0.lDiagramoftheupperhousing结晶温度，锻件成形后金属为未再结晶或未完全再2002年4月收稿，2003年4月定稿。28

5、4兵工学报第24卷结晶状态，锻件经固溶处理后将呈现粗晶组织；同时一方面阻止了金属继续向模膛外部流动，使金属易使材料变形抗力迅速增加，薄筋处难以充满。为了于充填模膛；另一方面随着上模的不断压下，坯料与保证上机匣锻造时顺利成形及锻后组织晶粒细小均上模端面的接触面积不断增大，消耗在飞边部分的匀，采用360C下等温模锻工艺是最适宜的，不仅可模压力也越来越大，而作用于冲头下端的力越来越以保证锻件成形，而且可以有效地降低模压力［3］。小。因此，凸耳、高筋及底面法兰部分的变形将更加锻后为获得较高的综合性能，需对上机匣进行锻后困难，未充满的部分将更加

6、难以充满。尽管采取了强化热处理，由于上机匣几何尺寸较大，形状复杂，许多措施，如切除多余飞边、局部加载变形等，仍无如采用淬火及人工时效热处理规范，淬火后易变形，法保证凸耳部分充满。同时，由于大量的金属涌入影响锻件几何精度。MB1S合金锻造温度在340!凸耳部分，使得工件凸耳相应处产生折叠（图2.1中380C之间，在此温度范围内合金中强化相已大部溶!!处），应在模锻成形之前增加一预制坯工序，目的入基体，空冷后己能达到相当的过饱和程度，因此本是分配金属，保证模锻时四个凸耳处有足够的金属文采用了模锻后直接进行时效处理的热处理规范。充填，预制坯

7、坯料形状见图2.2。此方案经过多次试验，结果表明切实可行，因此所确定的上机匣的实!折叠缺陷的消除际加工过程分为预制坯、终锻、精整三个工步。镁合折叠是变形过程中一股急速大量的流动金属将金和铝合金一样，在一次大变形量模压后，由于大量邻近部分的表层金属带着流动、两者汇合而形成的。新生表面出现可能引起粘模现象，并且常易产生折折叠与坯料的形状、成形方案、润滑情况及锻造的实叠缺陷，因此，锻造时除采用水基石墨作润滑剂外，际操作等有关。折叠不仅减少了零件的承载面积，各工步之间进行酸洗、修伤清理。而且工作时由于此处的应力集中往往成为疲劳源。MB1S镁合

8、金在360C下的变形抗力与室温下的纯铅相近，因此在上机匣的研制过程中，利用纯铅进行模拟试验确定适宜的模锻成形方案是可行的，图2.1为直接模锻成形方案简图。此时金属变形的流动大致分为两个阶段：图2.2预制坯坯料形状Fig.