火箭发动机阀门壳体液态模锻成形工艺的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanghuayejuan
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铝合金薄壁壳体类构件是火箭、飞机上大量采用的结构件,这类薄壁壳体件的制造长期困扰着航天、航空工业的生产,普通锻造和铸造工艺均不能同时满足产品的性能和形状要求。液态模锻技术可以达到近净成形,少无切削,且在性能上满足产品的需求。本课题对薄壁壳体类零件无缺陷液态模锻成形技术进行了探索研究,并取得了一定成果,研究内容将在航天、航空等行业中具有非常广阔的应用前景。  本文以火箭发动机阀门壳体为研究对象,选用2A14铝合金在试验模具中用液态模锻成形工艺,成形出56mm×56mm×50mm,壁厚2mm,侧壁内凹,底部有加强筋,四对角有支耳的薄壁壳体模拟锻件,并对薄壁壳体模拟件的液态模锻成形工艺影响因素进行了分析。  在前期工作中,应用三维造型软件Unigraphics(UG)的CAD平台,对薄壁壳体件液态模锻所需模具进行了参数化实体造型;使用Anycasting、Deform对薄壁壳体类零件液态模锻成形时的凝固与塑性变形过程进行了数值模拟,由模拟结果,提出了影响壳体件液锻成形的各项工艺参数,优化了能够成形出合格液锻件的工艺参数及模具结构。其结果对壳体件的生产试验具有指导作用。  零件模具最佳参数为:凸模和凹模取单边间隙0.1mm,凸模脱模斜度控制在5°,内部加有弹簧,凹模采用组合式凹模,凹模、凸模和顶杆,均采用40Cr合金模具钢制造,热处理后硬度为HRC52~55,其余部分选用45钢。  通过对零件常温力学性能测试和微观组织的分析,可以看出选用2A14铝合金在液态模锻工艺下成形,零件的微观组织良好,大部分制件的微观组织致密均一、晶粒细化,无严重粗化现象。最佳工艺参数为740℃的浇注温度,350℃的模具预热温度,施加压力300kN,即比压70MPa,在该工艺参数条件下,零件的抗拉强度σb≥160MPa,断后延伸率能达到9%。  制件性能虽然能达到设计要求,但仍有提高的可能。这主要是因为侧壁补缩不足,模具温度没有达到理想状态,合金液凝固过早造成的。通过改进模具结构,提高模具预热温度可以提升制件的性能。
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