一種轉(zhuǎn)子葉片材料為GH4169合金，該類葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)的重要轉(zhuǎn)動(dòng)部件，在研制該葉片精鍛毛坯（如圖1所示）的過程中，摒棄了傳統(tǒng)的擠桿＋鐓頭＋預(yù)鍛＋精密成形的鍛造成形工藝，代之以擠壓＋精密成形的鍛造成形工藝，用一火次擠壓制坯代替了三火次綜合制坯，不但使成形工藝流程縮短一半，所用鍛造工裝減少一半，而且對(duì)葉片獲得較細(xì)的晶粒度也非常有利，是一種十分精益的葉片鍛造技術(shù)。然而在初始擠壓工藝方案中，采用了常用的開式擠壓方式，葉身長(zhǎng)度方向敞開（擠壓坯如圖2所示），最終精密成形時(shí)，存在設(shè)備打擊力不足且變形量過大的困難，導(dǎo)致葉身厚度超差、葉片進(jìn)排氣邊緣撕裂等問題的出現(xiàn)，為此需對(duì)該葉片擠壓制坯工藝進(jìn)行研究、優(yōu)化。
工藝性分析
采用DEFFORM-3D軟件模擬原擠壓件精密成形的過程，發(fā)現(xiàn)鍛造成形后葉身毛邊過大，整個(gè)葉身展寬已接近葉身自有寬度的3倍（如圖3所示），同時(shí)所需最大打擊力為7.36MN（如圖4所示）。
分析葉片鍛件（如圖5所示）的的特點(diǎn)，鍛件的定位凸臺(tái)（A-A）處截面積為86.3mm2，葉身最大截面（B-B）的面積為62mm2。在初始擠壓工藝方案中，葉身長(zhǎng)度方向敞開，所擠出的葉身部分是等截面的，為保證截面積最大的葉尖定位凸臺(tái)處的充滿，需根據(jù)定位凸臺(tái)處截面積計(jì)算擠壓件葉身部分截面積，計(jì)算的結(jié)果為106.3mm2（圖5 中C-C截面），此面積大于葉身終鍛實(shí)際需求的62mm2近一倍，富余材料過多，這對(duì)于厚度較薄的轉(zhuǎn)子葉片來說十分不利，一方面由于GH4169合金是難變形材料，其塑性相對(duì)較低，難以滿足葉身大幅度展寬對(duì)其流動(dòng)的需要，導(dǎo)致葉片厚度打不下去，所需設(shè)備打擊力急劇增大，同時(shí)查出所用鍛造設(shè)備1000t螺旋壓力機(jī)由于老化，打擊力富余量很小，不能保證精密成形時(shí)上下模的完全閉合，因此導(dǎo)致了葉身厚度超差；另一方面由于轉(zhuǎn)子葉片精密成形時(shí)進(jìn)、排邊緣很薄，不足1mm，且處于大變形區(qū)（如圖6所示），易超出合金的塑性極限，導(dǎo)致在鍛件終鍛時(shí)進(jìn)、排氣邊緣產(chǎn)生撕裂。
工藝及模具設(shè)計(jì)
為了降低終鍛投影面積，將所需設(shè)備打擊力降下來，并解決葉片進(jìn)、排氣邊緣產(chǎn)生的撕裂，必須將葉身的截面積縮小，同時(shí)還要保證定位凸臺(tái)處有足夠的金屬。設(shè)計(jì)了圖7所示的新擠壓件，將開式擠壓成形改為半閉式擠壓成形，擠壓時(shí)金屬先通過模具的狹窄區(qū)域Ⅰ，繼續(xù)流動(dòng)到模具的葉尖狹窄區(qū)域Ⅱ時(shí)遇到障礙，部分金屬改變流動(dòng)方向，向定位凸臺(tái)處填充，使該處聚集足夠的金屬，適應(yīng)了鍛件葉身的截面積變化，新、舊擠壓件外形如圖8所示，這樣既滿足了葉尖凸臺(tái)充滿的需要，又減小了終鍛時(shí)的投影面積，模擬結(jié)果如圖9、圖10所示。同時(shí)不完全采用閉式擠壓成形，允許多余金屬以毛邊的形式擠出，能夠起到保護(hù)模具的作用。
采用DEFFORM-3D軟件模擬新擠壓件精密成形的過程，模擬終鍛件的投影面積為原始的63%，所用能量為3.19MN，預(yù)計(jì)能夠滿足設(shè)備以及工藝要求。
