一種鋁合金槳葉型材及其制作工藝的制作方法

本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋁合金槳葉型材及其制作工藝。

背景技術(shù)：

隨著國內(nèi)外鋁合金擠壓技術(shù)的不斷發(fā)展，鋁合金熱擠壓型材被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。近幾年來，國內(nèi)鋁擠壓行業(yè)不斷引進先進的設(shè)備和技術(shù)，尤其是軌道交通用鋁型材的國產(chǎn)化，使得國內(nèi)鋁型材擠壓技術(shù)有了較大提升。但在多空腔薄壁復(fù)雜斷面工業(yè)型材的擠壓生產(chǎn)技術(shù)上，國內(nèi)鋁擠壓行業(yè)仍處于世界中低端水平。因此，要想走在世界鋁擠壓技術(shù)的前端，必須在高精尖鋁型材的擠壓成型工藝上不斷探索和突破。

旋翼飛機用槳葉為細長式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，高轉(zhuǎn)速工作狀態(tài)下槳尖速度多在200m/s以上，承受很大的離心力載荷，同時承受交變氣動載荷等復(fù)雜載荷。因此，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料性能提出了較高的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計上，旋翼槳葉橫斷面多為前緣實而重、后緣薄而輕的非對稱閉合載荷梁，通常按照大梁構(gòu)造分為C形梁結(jié)構(gòu)、D形梁結(jié)構(gòu)和多管梁結(jié)構(gòu)。其中，多管梁結(jié)構(gòu)槳葉抗扭剛度大，具有良好的破損安全特性和優(yōu)異的抗彈擊性能，受到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。但現(xiàn)有技術(shù)中，對 于多管梁結(jié)構(gòu)的槳葉的生產(chǎn)需要將多管梁、蒙皮、填芯、后緣條組合，制造成本和周期長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金槳葉型材的制作工藝，其能夠通過簡單的熱擠壓成型技術(shù)得到力學(xué)強度優(yōu)異的鋁合金槳葉型材，其操作方便、工藝簡單穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)鋁合金槳葉型材的大批量生產(chǎn)。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種鋁合金槳葉型材，其擁有優(yōu)異的力學(xué)性能，能夠滿足目前對旋翼飛機所用槳葉的各項指標，能夠很好的應(yīng)用于旋翼飛機的生產(chǎn)制造。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種鋁合金槳葉型材的制作工藝，采用熱擠壓成型：將490～510℃的鋁合金鑄錠經(jīng)440～460℃的擠壓筒擠壓至470～480℃的模具成型。

一種根據(jù)上述的制作工藝制得的鋁合金槳葉。

本發(fā)明實施例的有益效果是：應(yīng)用實踐證明，將多管梁結(jié)構(gòu)槳葉設(shè)計成一體化鋁型材結(jié)構(gòu)，并通過熱擠壓成型和表面氧化處理，完全能夠滿足旋翼飛機槳葉的工作條件。但槳葉型材結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于多空腔薄壁復(fù)雜斷面，合金狀態(tài)要求為6005A-T6，且曲面為流線型，模具加工和擠壓生產(chǎn)難度大，國內(nèi)無相關(guān)報道顯示能夠?qū)崿F(xiàn)其成功擠壓。本發(fā)明提供的一種鋁合金槳葉及其制作工藝，對擠壓筒、鋁合金鑄錠和模具進行預(yù)先加熱，使整個熱擠壓成型過程中，鋁合金鑄錠維持良好的塑性，成功地采用熱擠壓成型工藝制備得到了符合旋翼飛機 槳葉標準的鋁合金槳葉型材。整個方法操作方便、工藝簡單穩(wěn)定，用該方法制備得到的鋁合金槳葉型材力學(xué)性能優(yōu)異，符合旋翼飛機槳葉的各項指標，能夠?qū)崿F(xiàn)旋翼飛機槳葉的大批量生產(chǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例所提供的一種鋁合金槳葉型材的制作工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例所提供的一種鋁合金槳葉型材在線淬火強風(fēng)分布示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所提供的一種鋁合金槳葉型材的橫截面示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例所提供的一種鋁合金槳葉型材的外觀示意圖。

具體實施方式

為為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注 明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

下面對本發(fā)明實施例的一種鋁合金槳葉及其制作工藝進行具體說明。

本發(fā)明提出一種鋁合金槳葉型材的制作工藝，采用熱擠壓成型：將490～510℃的鋁合金鑄錠經(jīng)440～460℃的擠壓筒擠壓至470～480℃的模具成型。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，所選鋁合金鑄錠的合金狀態(tài)為6005A-T6。6005A鋁合金是一種中等強度的合金，具有良好的擠壓性、焊接性、抗腐蝕性及中等的強度，常被用于交通運輸業(yè)，如高速列車、地鐵列車、雙層列車和客貨汽車所需的薄壁、中空的大型鋁合金壁板型材。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，根據(jù)所需鋁合金槳葉型材的斷面尺寸、面積和所采用的合金狀態(tài)來選擇合適的擠壓機。具體地，判斷合適與否的標準是，被擠壓型材的擠壓比控制在30～60。擠壓比決定鋁合金鑄錠擠壓成型材過程的變形程度大小，合理選擇擠壓比既能提高擠壓生產(chǎn)效率，又能保證型材具有較小晶粒，從而提高型材強度。對于6005A合金，合理的擠壓比范圍為30～60。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，擠壓桿前進速度為0.5～1mm/s，出口溫度為520～550℃。合適的擠出速度能避免鑄錠在擠壓過程中產(chǎn)生過高的溫度，保證擠壓型材內(nèi)部組織均勻穩(wěn)定。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，用天然氣加熱爐將鋁合金鑄錠加溫至490～510℃。采用天然氣長棒加熱爐能夠保證鋁合金鑄 錠表面清潔度，而且能夠通過熱剪切選擇合適的擠壓用鋁合金鑄錠長度。具體地，擠壓用6005A合金所用鋁合金鑄錠長度為300～1000mm。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，將試模合格的模具放入抽屜式模具加熱爐加溫至470～480℃，保溫時間為4～6h，模具加溫時間不能超過8h，否則工作帶的氧化會降低型材表面質(zhì)量。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，上述制作工藝還包括將擠出型材進行矯直拉伸，并在對擠出型材進行矯直拉伸之前先將其冷卻到60℃以下。冷卻至足夠低的溫度目的是減小或避免矯直拉伸后因冷卻收縮再產(chǎn)生外形尺寸和壁厚的變化。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，擠出型材通過在線風(fēng)冷淬火裝置冷卻，使型材表面溫度將至80～150℃，再自然冷卻至60℃以下。優(yōu)選地，調(diào)整在線冷卻風(fēng)強度和分布，在距離擠壓機前梁出口1m處，開始進行在線強風(fēng)冷卻淬火處理，冷卻區(qū)長度為6m，保證出冷卻區(qū)型材表面溫度在150℃以下。由于槳葉型材形狀不規(guī)則，槳尖側(cè)壁厚較槳尾側(cè)厚，需要在槳尖側(cè)添加壓縮空氣風(fēng)管，增大厚壁槳尖的冷卻速度，避免因兩側(cè)冷卻不均導(dǎo)致側(cè)彎。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，矯直拉伸工序中的拉伸率為1～1.5％。矯直拉伸需要根據(jù)材質(zhì)、斷面形狀和尺寸公差、彎曲情況來進行，最佳拉伸率的選擇是通過檢驗拉伸前后型材橫截面尺寸公差變化來確定，確定的最佳拉伸率必須保證拉伸后的型材符合尺寸公差要求。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，精加工步驟還包括將矯直拉伸后的擠出型材鋸切成規(guī)定長度。優(yōu)選地，對于鋸切后的型材需要檢驗切斜度、長度、彎曲度合格后裝筐并修整端面至平整，型材 裝筐時，層與層間以及同一層內(nèi)相鄰兩型材間需要留出合理的間隙，保證時效過程中的熱風(fēng)循環(huán)效果。

進一步地，在本發(fā)明其它較佳實施例中，矯直拉伸后還要對型材進行人工時效：將型材升溫至170～180℃并保溫8h，再自然冷卻至室溫。

本發(fā)明還提出一種根據(jù)上述方法制得的鋁合金槳葉型材。

實施例

本實施例提出一種鋁合金槳葉型材，其采用圖1所示的工藝流程通過以下步驟制得：

S1、所要制造的鋁合金槳葉型材的寬度方向為198.39mm，高度方向為24mm，截面積為924.4mm²，為了控制擠壓比在30～60，選用具有相應(yīng)直徑擠壓筒的擠壓機進行擠壓，通過計算得到其擠壓比為46.84，符合擠壓要求。該擠壓機配備了在線風(fēng)冷淬火裝置，能夠滿足6005A-T6狀態(tài)生產(chǎn)要求。因此，選擇配備在線強風(fēng)冷卻淬火裝置的正向擠壓機生產(chǎn)該鋁合金槳葉型材。

S2、將擠壓筒的溫度升至440～460℃。實施例執(zhí)行時，擠壓機在正常運行中，擠壓筒溫度為447～453℃。

S3、前兩根擠壓的鋁合金鑄錠長度為500mm，后續(xù)擠壓的鋁合金鑄錠長度為在600～650mm范圍內(nèi)，鋁合金鑄錠溫度采用天然氣加熱爐加熱至490～510℃，本實施例在實際生產(chǎn)過程中，鋁合金鑄錠的溫度為492℃～504℃。

S4、將所用模具在單腔抽屜式模具加熱爐中加溫至470～480℃，具體到本實施例中，模具加熱到475℃，保溫4小時后出爐，將其裝配在擠壓機上。

S5、采用擠壓機進行擠壓成型過程中，擠壓機的擠出速度設(shè)定為0.8mm/s，控制型材的出口溫度為520～550℃。具體在本實施例中，當?shù)?根鋁合金鑄錠擠壓時，型材出口溫度達到527℃。

S6、擠出型材通過在線風(fēng)冷淬火裝置冷卻，型材表面溫度降低至150℃以下，再自然冷卻至60℃以下。圖2所示為擠壓在線強風(fēng)冷卻示意圖，通過調(diào)整型材上、下和兩側(cè)風(fēng)量，再添加壓縮空氣風(fēng)管，有效地減小了側(cè)彎程度。在本實施例中，出冷卻區(qū)時，型材表面溫度約為115℃。

S7、待型材冷卻至60℃以下后，通過檢驗首根鋁合金鑄錠擠壓型材拉伸前后橫截面尺寸公差變化，確定最佳拉伸率為1.1％，并以此拉伸率對擠出型材進行矯直拉伸。值得注意的是，在本發(fā)明其它較佳實施例中，根據(jù)材質(zhì)、斷面形狀和尺寸公差、彎曲情況計算出來的拉伸率在1～1.5％范圍內(nèi)均滿足加工要求，可以進行后續(xù)加工。

S8、將經(jīng)過矯直拉伸且表面質(zhì)量合格的粗產(chǎn)品按照定尺寸要求進行鋸切，檢驗切斜度、長度、彎曲度合格后裝筐并修整端面至平整，切取室溫力學(xué)性能檢測用樣品，裝入筐中一同轉(zhuǎn)入時效工序。

S9、在175℃條件下保溫8小時進行人工時效，得到最終的鋁合金槳葉型材。

通過以上工藝的實施，成功擠壓生產(chǎn)出了鋁合金槳葉型材，鋁合金槳葉型材的示意圖如圖3和圖4所示。根據(jù)對試樣進行的室溫力學(xué)性能拉伸測試結(jié)果，平均抗拉強度和屈服強度分別為291.5MPa和 270.5MPa。值得注意的是，在本發(fā)明其它較佳實施例中，根據(jù)具體的工藝條件，鋁合金型材的力學(xué)性能會有細微偏差，但均能滿足抗拉強度達到270MPa，屈服強度達到240MPa。所以本發(fā)明提出的一種旋翼飛機用鋁合金槳葉型材熱擠壓工藝，能夠有效指導(dǎo)鋁型材擠壓加工單位生產(chǎn)出合格的槳葉型材。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種鋁合金槳葉及其制作工藝，對擠壓筒、鋁合金鑄錠和模具進行預(yù)先加熱，使整個熱擠壓成型過程中，鋁合金鑄錠維持良好的塑性，成功地采用熱擠壓成型工藝制備得到了符合旋翼飛機槳葉標準的鋁合金槳葉型材。整個方法操作方便、工藝簡單穩(wěn)定，用該方法制備得到的鋁合金槳葉型材力學(xué)性能優(yōu)異，符合旋翼飛機槳葉的各項指標，能夠?qū)崿F(xiàn)旋翼飛機槳葉的大批量生產(chǎn)。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。