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大型關鍵件模鍛工藝技術

專項素描 

作為數控機床專項的重要內容之一，大型關鍵件模鍛工藝技術的課題研究，重點圍繞大型航空模鍛件熱模鍛近凈成形技術，結合正在建設的800MN大型模鍛壓機，開發出航空復雜精密鍛件的近凈成形新技術，解決了大型模鍛工藝基礎共性技術和關鍵技術問題。 

重大突破 

課題突破了大型鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術，在航空用典型鈦合金、鋁合金、高強鋼的基礎數據測試，鍛造成形過程的無網格法模擬技術研究，鈦合金典型結構件成形過程潤滑防護技術研究，模鍛工藝數據庫/知識庫研究開發等方面取得了顯著成績。 

應用前景 

課題成果將廣泛應用于大型、整體、精細、優質、低成本、長壽命的模鍛件產品的研發，為我國大型飛機提供關鍵件制造基礎。目前，研究成果已經成功運用在飛機的模鍛件制造上，每年為中國二重帶來近1億元的產品訂貨。

大型模鍛件的生產能力及水平對國家航空、航天、電力、石化行業發展具有舉足輕重的作用，也是國家制造能力的重要體現之一。采用大型化、整體化、精細化的大型模鍛件，可以滿足先進裝備高可靠性、長壽命的要求。 

由中國第二重型機械集團公司承擔的大型關鍵件模鍛工藝技術課題研究日前取得了重大進展。課題重點研究的鈦合金整體框鍛件近凈成形技術，有效地解決了原有飛機框梁構件焊接組裝過程中的加工周期長、廢品率高、生產效率低下、制造成本高的難題。在國內首次采用整體制坯、整體模鍛的形式，完成了鈦合金整框的模鍛件制造，對提高整機的技術水平具有明顯的效果。

大型模鍛件基礎工藝水平提升 

在數控機床專項支持下，大型關鍵件模鍛工藝技術課題組以中國二重為組長，聯合北京航空航天大學、西北工業大學、北京航空材料研究院、機械科學研究總院，通過產學研用相結合的形式，開展課題研究。 

課題在實施過程中，針對渦輪盤、整體框熱模鍛過程中的共性技術問題，開展大型高溫合金、鈦合金熱模鍛工藝研究，包括模具與工具設計、鍛造工藝參數對組織性能的影響、熱處理參數對組織性能的影響、模鍛潤滑技術以及大尺寸復雜形狀預制坯的制坯工藝及組織性能控制研究等。 

通過研究，課題突破了大型高溫合金、鈦合金、鋁合金鍛件的整體成形技術，尤其是在飛機的整體框型鍛件的鍛造中，在國內第一次采用整體制坯、整體模鍛的形式完成了鈦合金整框的模鍛件制造，提高了國產鈦合金大鍛件的制造工藝技術和水平。 

攻克三大技術難題 

在研制過程中，課題組重點攻克了以下難題： 

大尺寸復雜形狀預制坯的制坯工藝。通常情況下液壓機的單型腔一次成形，使多數的成品模鍛件都要先進行預制坯。預制坯的形狀、尺寸精度和終鍛成品件的形狀、尺寸精度關系密切，不正確的預制坯設計和制坯工藝會導致模鍛件充不滿，毛邊過大，甚至出現折傷、裂紋等缺陷，嚴重影響產品質量和成本，對難變形合金則更為嚴重。針對整體框模鍛件數值模擬等方法，發現初始工藝的不足，并避免成形缺陷，確定合理的鍛件圖、初始坯料圖，成形道次數以及各道次的模具與坯料形狀尺寸等，確保研究目標的實現。 

模鍛鍛造組織性能控制研究。鍛造過程中火次、變形量、鍛造溫度等對組織性能、晶粒度、流線的影響很大。超大型框鍛件生產要經過反復地鐓拔、預鍛、終鍛、校形、熱處理等工序，加熱與變形次數多。坯料熱鍛有兩個目的，即成形和改性，分別是宏觀變形過程和微觀組織演化過程。深入理解并科學表征材料在寬泛的變形條件下微觀演變與流變行為的宏微觀動態耦合作用及內在機制，并識別獲取材料的最佳變形區間，對優化材料的熱加工工藝參數、改善材料的加工性、控制組織及避免缺陷的產生具有重要指導作用。課題組的研究旨在利用先進的熱模擬等物理測試手段，通過不同工藝狀態下的高溫流變特性差異的研究，建立典型的鈦材料熱加工性能基礎數據庫，結合物理實驗與多尺度建模理論，建立材料熱塑性變形過程微觀組織的狀態及其演化與材料熱加工宏觀性能之間的關系，模擬鍛造過程的組織演變規律，進行微觀組織預測仿真優化預制坯和鍛造成形工藝，達到鍛件組織均勻性控制。 

模鍛過程保溫技術研究。為了減少原材料的消耗和機械加工量，促進金屬較好成形，提高金屬制品質量，根據模鍛的需要，在不同加熱溫度范圍內均要尋找合適的防護潤滑劑，特別是針對大薄腹板、高筋類鍛件，防護潤滑劑和保溫的解決已成為制約這些大型鍛件能否順利成形的一個關鍵因素。通過大量的研究，課題研究明確了保溫、潤滑對產品成形和組織性能的作用，形成了以玻璃潤滑粘接劑和包覆材料實現保溫的研究成果。目前，該課題研究成果為800MN大型模鍛壓機提供了生產工藝指導，解決了大型模鍛工藝基礎技術和關鍵技術問題，使我國近凈成形技術達到國際先進水平；為使用800MN大型模鍛壓機制造出大型、優質、整體的大型模鍛件奠定了良好基礎。