航空工程与维修
A VIATION ENGINEERING & MAINTENANCE
1999年 第3期 No.3　1999



精锻叶片批生产技术
王乐安　唐祥松　刘强　陈英杰
Mass Production Technology of Precision Forging Blades
　　采用螺旋压力机挤压和平锻机镦粗制坯及机械压力机恒载荷精锻工艺锻造叶片，所生产的TC11钛合金叶片精锻件可比常规模锻件节约原材料42％，并大幅度减少了后续加工工时。
　　一台航空发动机有数千件叶片，其中钛合金叶片占一半以上。目前国外已普遍采用钛合金叶片精锻件，而我国则主要采用钛合金叶片普通模锻件，已不适应航空工业的发展。80年代初，北京航空材料研究院(BIAM)研究成功机械压力机恒载荷精锻(叶片)技术。本文介绍的是在该成果基础上，针对TC11钛合金叶片进行的精锻叶片批生产工艺的技术研究。
叶片精锻批生产工艺的确定
　　叶片精锻主要有两种工艺方法：细长毛坯平锻机多次镦粗制坯和机械压力机精锻；短粗毛坯专用曲柄压力机挤压及镦粗制坯和螺旋压力机精锻。美、日、俄等国主要采用第一种工艺方法，而欧洲各国则采用第二种工艺方法。我国基本上沿用原苏联50年代的细长毛坯锻机镦粗和机械压力机模锻工艺。精锻叶片的典型工艺及其特点见表1。
表1叶片精锻典型生产工艺比较表
工序项目方法1方法2模锻(中国)航材院本课题
制坯设备平锻机专用平锻机液压机螺旋压力机
曲柄压力机和平锻机
工艺方法多次镦粗挤压和镦粗多次镦粗挤压和镦粗挤压和镦粗
精度低高低高高
生产率高较高高低较低
冶金质量较低高较低较高较高
材料形式细长棒短粗棒细长棒短粗棒短粗棒
材料利用率低高低高高
预锻和终锻设备大刚度机械压力机液压或电动螺旋压力机老式机械压力机老式机械压力机老式机械压力机
工艺原理－恒能量精锻变载荷常规模锻恒载荷精锻恒载荷精锻
工艺装备专用精密模座专用精密模座常规模座专用精密模座改造的常规模座
精度高高低高高
生产率高高低高高
校正设备－气动压力机精压机机械压力机机械压力机
工艺方法－恒温校正精压恒载荷校正恒载荷校正
精度－高较低较高较高
生产方式批量生产批量生产批量生产小批生产批量生产

　　由表1可以看出，方法1制坯生产率高，但精度差，材料利用率低；大刚度新型机械压力机精锻生产率高，但设备造价高。方法2多采用专用曲柄压力机制坯，制坯精度高，但生产率较低；精锻采用装备有能量预选装置的电动或液压螺旋压力机，这种设备生产率低，但比同等能力机械压力机的设备投资低。本项目根据BIAM研究成功的机械压力机恒载荷精锻(叶片)技术和工厂现有设备条件，选择螺旋压力机挤压和平锻机镦粗的联合制坯工艺，改造现有常规模座进行机械压力机恒载荷精锻。其工艺流程如下：
　　车棒料→超声探伤→切断→喷砂→除油→涂玻璃→加热→挤压→喷砂→腐蚀→外观和尺寸检查→喷砂→腐蚀→外观和尺寸检查→磨削杆部→喷砂→除油→涂玻璃→加热→预锻→喷砂→外观和尺寸检查→打磨缺陷→除油→涂玻璃→加热→终锻→切边→喷砂→外观和尺寸检查→打磨缺陷→除油→涂玻璃→加热→校正→喷砂→外观和尺寸检查→打磨缺陷→化学腐蚀→外观和尺寸检查→光饰→热处理→检验
　　采用此工艺方案短粗毛坯挤压制坯精确、可节省材料，并且机械压力机精锻生产率高；同时，还充分利用了本国现有设备和传统使用机械压力机的技术特长及经验。
工业化试验及其结果
1.主要锻压设备及工艺参数
　　根据叶片规格的不同，选择直径16～19mm的TC11钛合棒材，在RX3－45－9电阻炉中加热920±10℃、保温20min，然后用JB57－630型6.3MN螺旋压力机(最大工作速度为0.64m/s)挤压叶身杆部；重新加热后，用2.5in平锻机镦粗并压扁头部；加热950±10℃，用K－864型16MN机械压力进行恒载荷校正。毛坯防护润滑采用FR－2玻璃润滑剂。挤压工序采取厚膜润滑方式，其他工序采取薄膜润滑方式。
2.试验结果
　　某压气机2～9级TC11钛合金叶片(每级投料455～662件，共4665件)，以3.7～4.2的挤压比挤压，所有挤压件表面玻璃膜覆盖完整、光洁、无缺陷，尺寸和形状符合技术要求。挤压件杆部的500℃高温拉伸和持久性能均符合HB5286－84TC11钛合金叶片锻件技术条件规定。
　　依此工艺方法生产的叶片精锻比常规工艺生产的锻件节约钛合金棒材约42％，并取消了后续的电解加工工序，经济效益十分显著。按此工艺生产的某发动机钛合金叶片的主要锻压工序见图。
机械压力机恒载荷精锻工艺预研成果向生产转化分析
　　社会无需求的技术，难于向生产转化。因此，社会需求是科研成果向生产转化的必要条件。而且，仅是单项技术先进，如果技术不成熟或无相应配套技术支持也难于转化。另外，对环境适应性强的科研成果易于向生产转化。
　　根据目前实际国情，在不影响科技成果主要技术性能的条件下，按照工厂现有设备和技术条件，因陋就简，在短期内使工厂获得效益，再逐步完善条件的方式，容易被工厂接受。本项目的推广应用就是充分利用工厂设备(老式机械压力机、平锻机和螺旋压力机)和现有技术(FR2玻璃润滑剂)条件下、通过对工艺装备改进和对挤压制坯工艺二次开发实现的。
　　科研成果向生产转化不是实验室条件和试验技术的简单重复、放大或单纯生产率的提高，而是结合工厂条件和生产纲领对已取得的科研成果进行二次开发。在批量生产条件下，会出现实验室没有或不可能出现问题。这些问题，往往十分复杂、难度很大，需要技术攻关。如本项目结合工厂设备条件选择螺旋压力机挤压制坯，就有一定难度。由于螺旋压力机的工作速度比曲柄压力机和液压机的工作速度大一个数量级以上。高速挤压时金属流动速度高，杆部有被惯性力拉断的可能性；激烈塑性变形产生的热量使制件急剧升温，影响挤压件的组织和性能；金属高速流动及温度升高又会导致制件表面玻璃膜破裂，造成挤压件粘在模具上，使挤压件和模具都报废。本实验研究采取减小挤压比、降低加热温度和厚膜润滑技术等措施，圆满解决了这个问题。
　　综合上述，科研成果向生产转化既涉及技术本身(如先进性、成熟程度和配套技术等)，也涉及管理和社会因素(如需求状况、人员素质以及需求者和技术持有者的认识差距等)，此外，还与技术持有者的活动能力和把握机遇的水平有关。科研成果向生产转化涉及面广、问题复杂、难度大，为加速其向生产转化，改变我国科研成果转化率低的局面，建议制定科研成果向生产转化政策和奖励办法
作者单位：王乐安 北京航空材料研究院
　　　　　唐祥松　刘强　陈英杰　新艺机械厂
