双盲孔风扇轴锻造模具及成型工艺的制作方法

1.本发明属于航空发动机领域，具体涉及一种双盲孔风扇轴锻造模具及成型工艺。


背景技术：

2.随着航空技术的快速发展，航空涡扇发动机的动力性能不断提高。发动机风扇作为提供发动机动力的主要零件，其风扇轴在工作时需要承受巨大的扭矩载荷。风扇轴需要将涡轮功率传递给风扇，带动大尺寸风扇旋转来产生推力。传统发动机风扇轴涉及多为渐变的鼓筒形结构，而随着风扇轴设计的快速发展，具有不等径内径、内外变截面、外壁端面凸台和内壁中部凸台等复杂结构特征的收口型瓶形风扇轴成为了当前的研究方向。
3.传统风扇轴可以通过组合模锻或自由锻等工艺方式成型，采用实心锻造再分别进行杆部自由拔长和模锻头部成型，工艺简单，设备要求低，易于操作。然而，发明人认识到，在处理具有复杂结构的新型风扇轴，如具有双盲孔的半梭形风扇轴时，现有的简单模具和传统工艺存在变形量小、应力分布不均、多火次加热存在局部空烧等问题，导致成品组织均匀性差，变形组织流线被破坏，材料利用率低。因此，提供一种高效的双盲孔风扇轴锻造模具十分必要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，提供一种双盲孔风扇轴锻造模具，以实现双盲孔半梭形风扇轴的一体成型，改善风扇轴锻件的组织均匀性和流线完整性，提高生产效率和成品质量。本发明还提供一种双盲孔风扇轴成型工艺。
5.根据本发明实施例的一个方面，提供一种双盲孔风扇轴锻造模具，包括固定底座，所述固定底座上设置有下模，所述下模内设置有半梭形腔体，所述半梭形腔体底部设置有第一盲孔锻造部；所述双盲孔风扇轴锻造模具还包括上模，所述上模可拆卸地安装在锻压机的动力输出端并能够与所述半梭形腔体内壁滑动连接，所述上模包括平压上模或锻造上模，所述锻造上模设置有第二盲孔锻造部。利用第一盲孔锻造部和第二盲孔锻造部，可以通过依次加热锻造出具有双盲孔的半梭形风扇轴本体，节省了加工成本，避免了材料局部空烧。
6.进一步地，所述第一盲孔锻造部包括连接部和第一盲孔杆，所述连接部与所述下模可拆卸地安装，所述连接部上表面设置有所述第一盲孔杆。在风扇轴半梭形轮廓成型的同时能够通过第一盲孔杆完成下部的第一盲孔的锻造，在不需要锻造第一盲孔时可将第一盲孔锻造部移除。
7.进一步地，所述半梭形腔体的下部设置有缩颈部，所述缩颈部配置为安装在所述半梭形腔体内壁的环形块，所述连接部的侧面与所述环形块相抵接。通过缩颈部可以一次完成风扇轴一端缩颈结构的成型，可拆卸的环形块便于替换和修模。
8.进一步地，所述半梭形腔体内还可拆卸地安装有异形锻造部，所述异形锻造部可周向拆解为至少2个弧形锻造部，所述弧形锻造部的弧度不超过π。通过可拆卸的异形锻造
部，能够在风扇轴上直接锻造凸台，避免后续切削加工。
9.进一步地，所述异形锻造部包括变径锻造部和凸起锻造部，所述凸起锻造部的内径大于所述缩颈部的内径，所述变径锻造部的内径由靠近所述凸起锻造部的一端向远端逐渐扩大。通过异形锻造部实现风扇轴的变截面锻造。
10.进一步地，所述变径锻造部和凸起锻造部配置为一体成型的，简化模具结构。
11.可选地，所述第二盲孔锻造部包括连接座，所述连接座能够可拆卸地安装在锻压机的动力输出端，所述连接座的下表面设置有第二盲孔杆；所述第二盲孔锻造部还包括端面锻压块，所述端面锻压块能够与所述半梭形腔体内壁滑动连接，所述第二盲孔杆穿设在所述端面锻压块内并与所述端面锻压块滑动连接。在完成第一盲孔的成型锻造后，不需要脱模就可以通过第二盲孔杆完成上部的第二盲孔的锻造。
12.进一步地，所述端面锻压块的底部周侧设置有外端面锻压部。端面锻压部可以按需求形成风扇轴的外端面结构，节省后续加工的时间和成本。
13.根据本发明实施例的另一个方面，提供一种双盲孔风扇轴成型工艺，采用前述任一的双盲孔风扇轴锻造模具，通过一次火工和两工步进行风扇轴双盲孔双向挤压近净成型制造。该工艺包括以下步骤：
14.s1.将加热到挤压温度的棒坯放入预热的所述双盲孔风扇轴锻造模具的所述半梭形腔体内，以所述平压上模向下移动挤压棒坯，使棒坯在所述第一盲孔锻造部的作用下形成第一盲孔；
15.s2.所述平压上模回程至初始位置，拆卸所述平压上模并更换为所述锻造上模，所述锻造上模下压，使棒坯在所述第二盲孔锻造部的作用下形成第二盲孔。
16.进一步地，所述成型工艺还包括以下步骤：
17.s3.在锻造成品脱模后，沿径向分别拆除随双盲孔风扇轴脱模的所述弧形锻造部。
附图说明
18.图1所示为一实施例中成品双盲孔风扇轴的结构示意图；
19.图2所示为一实施例中采用双盲孔风扇轴锻造模具锻造第一盲孔的示意图；
20.图3所示为一实施例中采用双盲孔风扇轴锻造模具锻造第二盲孔的示意图。
21.附图标记的含义：100-第一盲孔；200-第二盲孔；300-固定底座；400-下模；410-半梭形腔体；420-平压上模；430-锻造上模；500-第一盲孔锻造部；510-连接部；520-第一盲孔杆；600-第二盲孔锻造部；610-端面锻压块；611-外端面锻压部；630-连接座；700-缩颈部；710-环形块；800-异形锻造部；810-变径锻造部；820-凸起锻造部。
22.上述附图的目的在于对本发明的技术特征作出详细说明，以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。需要理解，上述附图仅示意性地标出了与本发明技术特征相关的结构，并未严格按照比例画出全部零件结构和细节特征。
具体实施方式
23.下面通过具体实施例结合附图对本发明作出进一步的详细描述。
24.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与本领域技术人员一般理解的含义相同；本文中所使用的术语目的仅在于描述具体的实施例，而非旨在限制本发明的保
护范围；本文说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”及其同等表述意在覆盖不排他的包含关系。
25.本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本文的至少一个实施例中。在说明书的各个位置出现的该短语并不一定指代同一实施例，也并非限定为互斥的独立或备选的实施例。本领域技术人员应当能够理解，在不发生结构冲突的前提下本文中的实施例可以与其他实施例相结合。
26.本文的描述中，“上”、“下”、“周向”、“径向”等指示方位或位置关系的术语目的在于准确描述实施例和简化描述，而非限定所涉及的零件或结构必须具有特定的方位、以特定方位安装或操作，不能理解为对本文中实施例的限制。
27.除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是刚性连接，也可以是弹性连接，可以是可拆卸连接，或成一体。对本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例描述中的具体含义。
28.本发明的一个实施例如图2和图3所示，提供一种双盲孔风扇轴锻造模具，用于锻造如图1所示的风扇轴。该风扇轴的两端分别具有第一盲孔100和第二盲孔200，在后续加工中第一盲孔100和第二盲孔200通过单独的工序打通。
29.参照图2和图3，该模具包括固定底座300，在固定底座300上设置有下模400，固定底座300将下模400固定在锻造设备的固定端。在下模400内设置有半梭形腔体410，该腔体的主体包括至少2段内径递减的柱形壁面，壁面之间通过锥面过渡，用于锻造形成风扇轴的主要外部轮廓；下模400的底部设置有第一盲孔锻造部500，用于锻造第一盲孔。结合图2和图3，该模具还包括上模，上模可拆卸地安装在锻压机的动力输出端，包括平压上模420和锻造上模430，上模能够与半梭形腔体410的内壁滑动连接。
30.作为可选，第一盲孔锻造部500包括连接部510和第一盲孔杆520，第一盲孔锻造部500通过连接部510与下模400固定连接，通过第一盲孔杆520实现第一盲孔100的锻造功能。
31.进一步作为可选，半梭形腔体410的下部还设置有缩颈部700，用于形成风扇轴一端的缩颈结构。缩颈部700包括固定在半梭形腔体内壁的环形块710，环形块710与连接部510的侧面相连接。
32.进一步作为可选，半梭形腔体410内部还设置有可拆卸的异形锻造部800，该异形锻造部800可以周向拆解为至少2个环形锻造部，每个环形锻造部的弧度不超过π。例如，可以拆解成2个半圆或均分为3个120
°
的弧形锻造部，以便脱模时的拆卸。
33.进一步作为可选，异形锻造部800包括一体成型的变径锻造部810和凸起锻造部820。其中，凸起锻造部820的内径大于缩颈部700的内径，用于锻造风扇轴靠近末端的外部凸台结构；变径锻造部810的内径则由靠近凸起锻造部820的一端向远端逐渐扩大，用于锻造风扇轴上的锥面结构。
34.可选地，第二盲孔锻造部600包括连接座630，连接座630能够可拆卸地安装在锻压机的动力输出端；连接座630的下表面设置有第二盲孔杆620，用于锻造第二盲孔200；第二盲孔锻造部600还包括能够滑动连接于半梭形腔体410内的端面锻压块610，用于在锻造第二盲孔时提供端面压力，第二盲孔杆620穿设在端面锻压块610内，并与其滑动连接。
35.进一步作为可选，端面锻压块610的底部周侧设置有外端面锻压部611，能够根据设计要求锻压出风扇轴外端面所需要的形状，以降低后续加工的工作量。
36.根据本发明的另一实施例，提供一种双盲孔风扇轴成型工艺，采用前述任一实施例中的双盲孔风扇轴锻造模具，进行双盲孔风扇轴一体化双向挤压近净成型制造。
37.进一步地，该成型工艺包括以下步骤：
38.s0.将棒坯加热至初始挤压温度并预热模具，棒坯的直径应能通过所述半梭形腔体的最窄截面；
39.s1.将加热后的棒坯出炉，在操作台涂施润滑剂，如以滚涂的方式涂施玻璃润滑剂，利用机械手将棒坯转移至模具的半梭形腔体410内；锻压机安装平压上模420，对棒坯进行挤压，使棒坯在第一盲孔锻造部500的作用下形成第一盲孔100；
40.s2.平压上模420复位并替换为锻造上模430，再次对棒坯进行挤压，使棒坯在第二盲孔锻造部600的作用下形成第二盲孔200；
41.s3.将锻造成品脱模，沿径向分别拆除随双盲孔风扇轴脱模的异形锻造部800的各弧形锻造部，得到成品。
42.在锻造过程中，第一盲孔锻造部500和第二盲孔锻造部600分别完成对第一盲孔100和第二盲孔200的成型；环形块710形成了风扇轴下端的缩颈部；异形锻造部800形成了风扇轴的变截面部分和外凸台结构。整个成型工艺只对棒坯和模具进行一次加热，通过两工步的正挤和反挤两相组合整体成型，直接得到了近净成型的复杂风扇轴结构。该工艺使得成品零件变形充分均匀，组织均一性好，流线完整随形，内外表面近净成型，能够提高风扇轴零件转动疲劳性能，实现锻件锻态平均晶粒度大于等于5级，强度波动1.5％以内。
43.需要理解，上述实施例的目的在于结合附图对本发明作出详细描述，以便本领域技术人员能够理解本发明的技术构思，而非旨在限制本发明。在本发明权利要求的范围内，对所涉及的零件结构和方法步骤进行优化或等效替换，均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于：包括固定底座，所述固定底座上设置有下模，所述下模内设置有半梭形腔体，所述半梭形腔体底部设置有第一盲孔锻造部；所述双盲孔风扇轴锻造模具还包括上模，所述上模可拆卸地安装在锻压机的动力输出端并能够与所述半梭形腔体内壁滑动连接，所述上模包括平压上模和锻造上模，所述锻造上模设置有第二盲孔锻造部。2.根据权利要求1所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述第一盲孔锻造部包括连接部和第一盲孔杆，所述连接部与所述下模可拆卸地安装，所述连接部上表面设置所述第一盲孔杆。3.根据权利要求2所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述半梭形腔体的下部设置有缩颈部，所述缩颈部配置为安装在所述半梭形腔体内壁的环形块，所述连接部的侧面与所述环形块相连接。4.根据权利要求3所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述半梭形腔体内还可拆卸地安装有异形锻造部，所述异形锻造部可周向拆解为至少2个弧形锻造部，所述弧形锻造部的弧度不超过π。5.根据权利要求4所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述异形锻造部包括变径锻造部和凸起锻造部，所述凸起锻造部的内径大于所述缩颈部的内径，所述变径锻造部的内径由靠近所述凸起锻造部的一端向远端逐渐扩大。6.根据权利要求4所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述变径锻造部和凸起锻造部配置为一体成型的。7.根据权利要求1所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述第二盲孔锻造部包括连接座，所述连接座能够可拆卸地安装在锻压机的动力输出端，所述连接座的下表面设置有第二盲孔杆；所述第二盲孔锻造部还包括端面锻压块，所述端面锻压块能够与所述半梭形腔体内壁滑动连接，所述第二盲孔杆穿设在所述端面锻压块内并与所述端面锻压块滑动连接。8.根据权利要求7所述的双盲孔风扇轴锻造模具，其特征在于，所述端面锻压块的底部周侧设置有外端面锻压部。9.一种双盲孔风扇轴成型工艺，其特征在于，采用权利要求1至8其中任一所述的双盲孔风扇轴锻造模具，通过一次加热和两工步进行风扇轴双盲孔双向挤压近净成型制造包括以下步骤：s1.将加热到挤压温度的棒坯放入预热的所述双盲孔风扇轴锻造模具的所述半梭形腔体内，以所述平压上模向下移动挤压棒坯，使棒坯在所述第一盲孔锻造部的作用下形成第一盲孔；s2.所述平压上模回程至初始位置，拆卸所述平压上模并更换为所述锻造上模，所述锻造上模下压，使棒坯在所述第二盲孔锻造部的作用下形成第二盲孔。10.根据权利要求9所述的双盲孔风扇轴成型工艺，其特征在于，还包括以下步骤：s3.在锻造成品脱模后，沿径向分别拆除随双盲孔风扇轴脱模的所述弧形锻造部。

技术总结
一种双盲孔风扇轴锻造模具，包括固定底座，固定底座上设置有下模，下模内设置有半梭形腔体，底部设置有第一盲孔锻造部；该锻造模具还包括上模，上模可拆卸地安装在锻压机的动力输出端并能够与半梭形腔体的内壁滑动连接，上模包括平压上模和锻造上模。该模具能够通过一次加热和两工步实现双盲孔风扇轴的一体成型，得到的零件成品组织均匀性好，流线随形完整，疲劳性能得到改善。本发明还提供一种双盲孔风扇轴成型工艺。孔风扇轴成型工艺。孔风扇轴成型工艺。


技术研发人员：杨超 王春旭 刘东 历勇 韩顺 王建国 黄爱华 刘振宝 张国栋
受保护的技术使用者：钢铁研究总院有限公司 中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/22