【摘 要】
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安装边作为航空发动机上的常见零件,需要有较佳的机械性能和稳定性,常采用镍基高温合金锻造加工而成。镍基高温合金变形温度范围窄,需要控制锻造温度来保证锻件质量,目前该锻件在锤上模锻,采用了两火次锻造成形,工序长。同时由于镍基合金变形抗力大,锤锻模极易发生变形和磨损失效,模具寿命极低。为减少火次、降低锤击次数、提高锤锻模服役寿命,本文通过有限元模拟分析软件DEFORM对该锻件锤锻成形工艺进行模拟仿真并优
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安装边作为航空发动机上的常见零件,需要有较佳的机械性能和稳定性,常采用镍基高温合金锻造加工而成。镍基高温合金变形温度范围窄,需要控制锻造温度来保证锻件质量,目前该锻件在锤上模锻,采用了两火次锻造成形,工序长。同时由于镍基合金变形抗力大,锤锻模极易发生变形和磨损失效,模具寿命极低。为减少火次、降低锤击次数、提高锤锻模服役寿命,本文通过有限元模拟分析软件DEFORM对该锻件锤锻成形工艺进行模拟仿真并优化,同时对锤锻模再制造材料和结构开展研究,本文主要研究成果如下:（1）通过建立有限元分析模型对锻件原成形工艺进行模拟仿真,探寻模具失效的原因。锤锻初始时坯料无法准确定位,并且与桥部小面积接触,容易使桥部在冲击载荷下发生压塌变形;锻模桥部和型腔侧壁受到巨大压应力,发生塑性变形导致型腔变宽,型腔变宽后多余金属会被挤出,在桥部边缘形成凸边;锻模内桥部四角位置在成形开始时便与坯料接触,金属在桥部流动速度快,并且受到的正压力大,导致严重磨损;下模温度高于上模,磨损比上模严重,主要磨损区域位于桥部;模拟结果与锻模实际失效情况基本一致。（2）通过工艺及坯料形状尺寸优化,材料利用率提升约10%的同时改善了多余坯料流出型腔对锻模桥部造成的严重磨损;优化后的坯料在成形之初便落入型腔,在型腔侧壁限制下定位,解决了原坯料定位不稳的问题以及模具局部应力集中导致的压塌变形问题;优化后锤击次数减少约20%,同时最大载荷也有所减小;模具型腔的等效应力和最大主应力均有所减小,尤其是桥部四个圆角处压应力消减明显;坯料优化后模具最大磨损量仍然位于桥部区域,但相比原成形工艺有所降低;此外,模拟了不同工艺参数对锻件成形及模具磨损的影响规律,为实际成形工艺参数的制定提供了参考。（3）根据锤锻模失效情况,结合模具温度场和应力场分布,为提高再制造锤锻模寿命,在课题组常用材料JX107基础上研选含Mo、W合金元素更多的JX108、JX110铁基焊材,并选用热稳定性好的JX302钴基焊材进行实验研究。各焊材与基体结合部位元素扩散明显,实现了冶金结合;JX110和JX302中出现了第二相,第二相弥散分布于基体内;堆焊组织垂直于熔合线呈柱状晶方式生长,柱状晶轴线方向是模具型腔表面承压方向;JX108、JX110具有很高的室温硬度和中低温强度,JX302高温下的压缩屈服强度稳定性好,能够在一定程度上提升锤锻模的服役寿命;5Cr Ni Mo基体与各堆焊材料的结合强度好。通过模拟和实验研究设计了锻模增材层结构并完成了失效锤锻模的再制造工作,为下一步锤锻模的生产应用及长寿命验证提供了装备保障,同时为后续对比研究各增材材料在锤锻工况下的服役情况奠定了基础。
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