高合金系列葉片產(chǎn)品屬于某航空發(fā)動機葉片，其性能要求高，鍛造溫度區(qū)間狹窄，流動性差，對設(shè)備、工藝、工裝都有很大的考驗。目前國內(nèi)生產(chǎn)葉片廠家較少，主要受設(shè)備、技術(shù)的約束。本文以我廠開發(fā)系列葉片為基礎(chǔ)，重在研究葉片鍛造工序中葉片出坯與最終鍛造成形之間的關(guān)系，通過對不同種葉片型號進(jìn)行研究，分析鍛造成形及缺陷效果，將出坯進(jìn)行歸納和優(yōu)化，確定不同型號葉片對應(yīng)的出坯、簡化，保證質(zhì)量和生產(chǎn)效率。我廠開發(fā)葉片已有二十余年，開發(fā)的葉片種類繁多，技術(shù)方面積累了豐富經(jīng)驗，葉片鍛造工藝路線一般為：下料→出坯→鍛造→拋丸→打磨→熱處理→拋丸。
現(xiàn)狀調(diào)查
我廠開發(fā)葉片已具備豐厚經(jīng)驗，但由于產(chǎn)品種類繁多，加之設(shè)計人員差異，致使設(shè)計的產(chǎn)品在出坯方面差異較大。分析發(fā)現(xiàn)，方形坯料在制作時需要考慮葉身厚度變化和偏心，出坯難度大，班組生產(chǎn)效率低。在出坯過程中，方形坯出坯時鍛造分料過程普遍存在折疊、尖角毛刺等缺陷，后工序打磨量大，打磨不徹底時模鍛易產(chǎn)生折疊。且葉片材質(zhì)多為合金鋼，對溫度要求較高，缺陷如不能在熱處理前消除，熱處理后極易造成缺陷擴展形成裂紋，從而導(dǎo)致鍛件報廢。
分析研究
UG三維建模
由于葉片種類繁多，本次研究選取各系列葉片的代表型號進(jìn)行研究，通過UG8.0建立模型，分析比對各個葉片的異同，如圖1、圖2、圖3所示。
分析截面
葉片的截面可以直觀反映葉片該位置實際生產(chǎn)所用坯料重量以及出坯時的尺寸大小，以圖1A型代表葉片為例，我們?nèi)∪~片五個不同位置分析截面變化，選取截面位置如圖4所示，通過對比分析，得到各個位置截面面積如表1所示。取葉片葉身最大截面/葉片桿身最大截面，得到截面比KA=S葉max/S桿max=20842/6362=3.3。分析葉片截面面積，選取最大截面位置按分模面法線方向進(jìn)行縱向切割，如圖5所示：我們可得到，相對于葉片軸線方向，左邊面積S1=9278mm2，右邊面積S2=11558mm2，SA=S1/S2≈1，我們假設(shè)得出一個結(jié)論，葉片左側(cè)厚但是較短，右側(cè)雖然薄但是整體較長，整個葉片在鍛造中左右兩區(qū)相對應(yīng)軸線左右對稱。通過數(shù)據(jù)分析，統(tǒng)一采用圓形坯料出坯進(jìn)行出坯設(shè)計方案是可行的。
出坯設(shè)計
將上面所取5個截面對應(yīng)圓棒料進(jìn)行截面轉(zhuǎn)化，得到如表2所示數(shù)據(jù)。為保證驗證更接近于真實值，避免測量誤差帶來的額外干擾，我們進(jìn)行精確細(xì)化測量。以葉身70mm為一個測量點，測量葉身不同位置準(zhǔn)確截面，繪制坐標(biāo)系，得到圖6所示數(shù)據(jù)。根據(jù)對應(yīng)截面圓直徑，推算出坯尺寸，加上燒損(3%)和飛邊連皮(橋部+1/2倉部)，得到最終出坯圖。當(dāng)鍛件過大時，為保證出坯件在型腔內(nèi)易于擺放，可將鍛件出坯完成后在型砧上進(jìn)行輕擊拍扁，方便擺料。最終成形出坯圖如圖7所示。
生產(chǎn)驗證
奧氏體和鐵素體不銹鋼，在加熱和冷卻過程中無相的重結(jié)晶轉(zhuǎn)變，鍛件晶粒度的控制主要取決于始鍛和終鍛溫度，以及終鍛溫度下的變形量的控制，熱處理無法使晶粒細(xì)化。奧氏體和馬氏體不銹鋼的鍛造加熱溫度主要受高溫鐵素體(δ鐵素體)形成溫度的限制，當(dāng)鋼的加熱溫度超過此溫度時，鋼中原有的游離鐵素體（α鋼)的含量就會顯著增多，將由（γ+δ)兩相組成，在α相和γ相的界面上產(chǎn)生鍛造裂紋。此次選取A型材質(zhì)為2Cr13，始鍛溫度1150℃，終鍛溫度850℃，鍛造保溫溫度750℃，具體如表3所示。實物如圖9、圖10所示，經(jīng)驗證，鍛件充滿情況良好，飛邊勻稱，鍛件所有棱角充滿，無折疊等缺陷產(chǎn)生，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
采用同種分析方式，對B型和C型葉片進(jìn)行分析，得到B型所對應(yīng)K2=3898/1565=2.5，C型對應(yīng)K3=5184/642=8.1。沿分模面法線方向和葉片中心軸線成面進(jìn)行切割，可得到B型和C型葉片切割后對應(yīng)所有位置截面之比完全一致，SB=S3/S4=1，SC=S5/S6=1。因此，這兩種葉片均可以采用圓棒坯料進(jìn)行分料鍛造。
結(jié)論
產(chǎn)品經(jīng)后工序拋丸、打磨、探傷處理，無缺陷產(chǎn)生，相比于方形坯料，圓形坯料出坯效率和鍛件質(zhì)量均有了明顯提升，效率提升1.8～2倍，解決了方坯易產(chǎn)生夾層、折疊和生產(chǎn)效率低的問題。因此我們可得結(jié)論，對于葉身扭度不大的葉片，在鍛造時均可采用圓形出坯方式進(jìn)行。⑴當(dāng)葉身和葉頭/榫頭位置截面變化≤1.5時，可采用B型葉片出坯方式進(jìn)行鍛造。⑵當(dāng)葉身和葉頭/榫頭位置截面變化1.5＜S＜3時可采用A型葉片出坯方式進(jìn)行局部拔長/鐓粗拔長鍛造。⑶當(dāng)葉身和葉頭/榫頭位置截面變化S≥3時，可采用C型出坯方式進(jìn)行鍛造。
