某教练机航空铝合金锻件产生折叠原因分析

万慧　李琼　邓少平

摘 要：针对某型教练机铝合金法兰盘锻件折叠问题，通过理化分析、强度分析、鉴别缺陷类型的分析，着重论述了锻件折叠产生的原因，解决方法。通过锻件原材料、模具设计、工艺设计的分析研究，确定了预防措施和解决方案。对预防折叠的产生起到了积极作用。

关键词：折叠；工艺；设计

中图分类号：V261 文献标志码：A 文章编号：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铝合金高温下塑性好，变形抗力低，比较容易锻造同时结合其锻造工艺，航空业中应用广泛。特别是形状复杂的大型锻件，加入铁和镍时，可以提高合金的使用温度，故称热锻造铝合金，其供应状态一般是淬火加人工时效。针对该法兰盘锻件位于端部内腔折叠缺陷，呈现长条弯曲状，长度大约3～4MM，折叠附近无宏观可见塑性变形。为避免以后锻件发生类似问题，本文从锻件原材料分析。模具设计分析，工艺设计等方面深入分析了折叠产生的原因，提出来适当的工艺解决办法。可为预防类似折叠发生提供参考。

1 结构介绍

以某飞机连接件法兰盘为研究对象。

法兰盘作为连接件，在航空飞机中应用广泛，主要功用是连接使用方便，具有很强的机械强度承受能力，密封性强，具有防尘、防水、防腐蚀作用。

2 折叠原因分析

鋁合金在锻造过程中，由于铝合金的锻造温度范围窄，其锻造加热温度由于是淬火加热温度很接近合金的共晶熔化温度（固相线温度附近），所以在锻造加热或热处理加热时，容易出现过烧、折叠、裂纹、粗晶灯现象。折叠是铝合金锻件的一种常见缺陷，对于自由锻件来说，折叠由于拔长时送进量太小压下量太大，或者圆角半径过小，以致于金属在变形时不是缓慢流向四周，而是压折在锻件表面。对于模锻件，折叠是由于制坯不正确或者由于坯料放置位置不正、筋与腹板交接处的凸圆角半径太小等原因，引起金属回流，进而造成自锻件表面向其深处扩展的折叠。

针对该法兰盘端部处产生折叠的问题，分析主要因素如表1。

下面通过显微组织、强度分析、力学性能、工艺方法等方面对法兰盘折叠缺陷的内因和外因排查分析。

2.1 宏观组织检验法

按技术图纸规定的部位切取试样坯料，取锻件端部内腔横向取样，检查表面晶粒度用试样应保留产品的自然表面作为被检查面，其他被检查面进行铣削加工，其粗糙度（Ra）应不大于3.2μm。被检查面应浸入氢氧化钠溶液（150g/L～250g/L）中，在室温下浸蚀适当的时间，或用浸蚀剂反复擦拭试样检查面，然后立即用水冲洗，反复进行多次，直至晶粒显现清楚为止。根据有关技术标准和技术协议规定的质量要求进行检查，并随时变换光线照射方向，详细观察各个部位，必要时，可用10倍以下放大镜检查。宏观观察浸蚀后的试样图1、图2试样端部明显有长度大约3～4MM，呈现长条弯曲状的折叠缺陷。

2.2 化学成分检测

对法兰盘锻件端头进行化学成分检测，结果显示试验结果符合GB 3190-1982《铝及铝合金加工产品的化学成分》的技术标准要求。详见表2。

2.3 微观组织检测

微观组织检验法是利用光学显微镜来检查各种材料牌号锻件的显微组织。检查的项目一般有晶粒度，非金属夹杂，显微组织如脱碳、共晶碳化物不均匀度，过热、过烧组织及其他要求的显微组织。

用德国徕卡（Leica）显微镜观察试样显微组织（如图3），100X观察试验表面，晶粒以变形晶粒为主，按GB/T14999.5-94 《高温合金低倍、高倍组织标准评定图谱》已经达到晶粒带状组织3级，还对试样进行了力学性能检测。结果如表3。

试验结果表明。满足GJB2351-95 《航空航天用铝合金锻件规范》中的力学性能指标。

3 工艺设计分析

如图4所示，在A处产生折叠缺陷，铝合金开式模锻，尤其是在锤上开式模锻，常在锻件分模线上产生折叠。这种折叠可能深入锻件内部，它不仅在切边时出现，更多的是在淬火后暴露出来。硬铝合金锻件的报废，很大一部分是由于这种分模面折叠引起的。

金属在分模面区域内的流动是非常剧烈，及其不均匀的，特别是形成型槽被充满后，如果还有多余的金属，则这些金属被迫从分模面向外快速挤出，因而在分模面上可能产生局部过热。另外流动金属和相对静止金属之间出现很大的剪应力，在此剪应力的作用下，毛边过热的部分往往容易产生折叠。经分析表明，毛边越薄，因过大的打击力和变形程度，分模线上的折叠越容易出现。所以在允许的情况下，可以适当的加大毛边厚度。对于形状简单的锻件，最好采用无毛边锻造；对于形状复杂的锻件，由于下料精度难于控制，不宜采用无边锻造，可以适当增加制坯工步，以免终锻时过多的金属急剧的流入毛边槽而产生折叠。改变分模面的位置、精确下料和设计好预锻型槽都有助于避免这种折叠的出现。对于带有周边筋的模锻件，往往由于筋的根部圆角半径过小，从而当腹板多余的金属挤向毛边桥部时，加剧了流动金属与静止金属之间的剪应力，以致于引起折叠。

4 结束语

（1）凹圆角转角半径的大小可能造成金属流动不均匀。避免和解决此问题的方法是，加大凹圆角半径，使得介于快速流动与静止流动金属之间的中间区域加大，从而缓和金属流动，减小剪应力，防止折叠的产生。

（2）折叠在零件使用时产生应力集中成裂纹的发源地，所以只有当锻件表面需要进行机械加工，而折叠深度又不超过机械加工余量的2/3的情况下，才允许锻件表面上存在这种缺陷。

（3）锻造表面粗糙，即锻件表面凹凸不平，呈麻面状，适当在模具型腔内涂抹润滑油，可以提高模具硬度和型槽表面光洁度，采用优质润滑剂，坯料表面清理干净，并选用正确的热力规范，可以避免折叠的产生。

参考文献：

[1]郭鸿镇.合金钢与有色合金锻造[M].西北工业大学出版社，1999.

[2]陈诗荪.高温合金锻件典型缺陷[J].热加工工艺，1982.

[3] 汗清，陈金德.金属塑性成形原理[M].北京机械工业出版社，1999.