某飞机钛合金梁接头锤上模锻与液压模锻方案对比研究

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我国航天事业迅猛发展,对中大型零部件的需求飞速上升,掌握自主研发生产能力迫在眉睫。对于航天中大型零部件,大多是通过锻造成形,选择合适的锻造方案尤为重要。本文针对某飞机梁接头进行锤上模锻和液压模锻两种锻造方案设计,并对两种方案的成形性、对模具的影响、稳定性、技术经济性进行研究分析。本文的主要研究内容及成果如下:(1)设计梁接头锤上模锻和液压模锻方案。首先根据锤锻特性和液压模锻特性,分别设计了锤上模锻和液压模锻的锻件、工艺流程、模具,并选择相应的设备和下料规格。然后建立有限元模型,进行模锻成形模拟。最后得到填充完好、飞边均匀的锤锻件和液压模锻件。另外还揭示了锤上模锻和液压模锻的典型截面在预锻过程温度以及等效应变随时间变化规律,锤上模锻过程出现阶梯式变化,液压模锻则为曲线式变化。(2)分析两种锻造方案的填充性,两种方案各有优缺点,锤上模锻在预锻填充不满,但是终锻填充满,且飞边均匀,而液压模锻都填充满,但飞边不如锤上模锻均匀;计算出各个过程的等效应变方差。锤上模锻方案的预锻和终锻的等效应变方差分别为0.286896和0.10784,液压模锻方案的预锻和终锻的等效应变方差分别为0.15911和0.12706,整体而言液压模锻方案的模锻过程的变形均匀性要好;分析两种方案在同等变形量条件下,典型截面在终锻过程温度场随时间变化,锤上模锻方案温度分布较不均匀,温降较为严重,不利于成形。(3)分析两种锻造方案模锻过程对模具的影响。对比分析两种锻造方案模锻结束后模具应力以及模具磨损,分析结果表明锤上模锻的模具应力比液压模锻的模具应力明显大,高应力区多,但两种方案的模具磨损相差不大,分布根据自身成形差异有所不同。(4)分析两种锻造方案的稳定性。锤上模锻方案,自由锻制坯,尺寸难以保证,人为因素影响大,模锻设备精度低,火次多、流程长,但灵活性强,能用于产品试制;液压模锻方案,工装制坯,人为因素影响小,模锻设备精度高,火次少,适用于批量生产。(5)对比两种锻造方案的技术经济性。锤上模锻方案锻件重75Kg,单件成本为65100元人民币,材料利用率为70.75%;液压模锻方案锻件重64Kg,单件成本为58400元人民币,材料利用率为76.19%。液压模锻方案较锤上模锻方案较锻件精益化、成本低、材料利用率高,技术经济性强。
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