[發(fā)明專利]一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410702786.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN104439001B
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑞鋼;趙順峰;崔慧然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫透平葉片有限公司
• 主分類號(hào): B21J5/02
• 分類號(hào): B21J5/02
• 代理公司: 無錫盛陽專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32227
• 代理人: 陶純佳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬材料的熱加工成形領(lǐng)域，尤其是涉及鈦合金結(jié)構(gòu)鍛件的熱加工成形領(lǐng)域，具體為一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法。

背景技術(shù)

所謂大型鈦合金模鍛件是指長(zhǎng)度（L）大于2000mm、鍛件重量（Mg）超過500Kg、高度（H）大于250mm的結(jié)構(gòu)件。一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)鍛件4，其結(jié)構(gòu)見圖1和圖2，其鍛件的單側(cè)面存在高筋1且該高筋1的寬高比為7：1，其材料為TC18鈦合金，該鈦合金結(jié)構(gòu)件為飛機(jī)上重要受力件，要求模鍛成形。由于該鍛件存在尺寸大、重量重，因而屬于大型鈦合金結(jié)構(gòu)鍛件，其常規(guī)的成形方法為：首先對(duì)橫截面為矩形的坯料進(jìn)行預(yù)鍛成形，預(yù)成形高筋1和腹板2，得到預(yù)鍛件3（見圖3和圖4），再對(duì)該預(yù)鍛件3進(jìn)行終鍛成形，得到最終的模鍛件4。其在成形加工過程中存在以下問題：（1）在進(jìn)行預(yù)鍛成形時(shí)，若采用常規(guī)方法將坯料10完全放置于上模5與下模6的腹板型腔內(nèi)，見圖5-1，則在成形過程中高筋填充困難，并且會(huì)出現(xiàn)高筋塌邊的問題；而若將坯料定位于上模與下模的高筋成形型腔之間，見圖5-2，則高筋容易成形但是會(huì)有過多的金屬流向高筋外側(cè)的飛邊，從而出現(xiàn)材料利用率低、材料變形抗力大的問題；（2）該鍛件的高筋的寬度比為7：1，無論在預(yù)鍛成形時(shí)坯料如何定位擺放，其要滿足高筋成形都需要承受的較大的變形抗力，因此對(duì)模鍛設(shè)備及模具都提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其能解決采用常規(guī)模鍛成形方法進(jìn)行成形加工存在的高筋填充困難、高筋塌邊的問題，同時(shí)能有效減小模鍛成形時(shí)的材料變形抗力、并有效提高材料利用率。

其技術(shù)方案是這樣的，首先對(duì)坯料進(jìn)行預(yù)鍛成形從而得到預(yù)鍛件，所述預(yù)鍛成形鍛件的高筋部分與所述預(yù)鍛件的腹板部分，再對(duì)所述預(yù)鍛件進(jìn)行腹板凹坑的終鍛成形從而得到最終的鍛件，其特征在于：所述預(yù)鍛成形包括以下步驟：

（1）第一次預(yù)鍛成形：第一預(yù)鍛模對(duì)所述坯料進(jìn)行所述鍛件的高筋部分的模鍛成形以及所述預(yù)鍛件的腹板下模面成形，在此同時(shí)所述第一預(yù)鍛模對(duì)位于所述高筋部分內(nèi)側(cè)的坯料上模面進(jìn)行縱向的分料壓頸成形，在所述分料壓頸的過程中金屬材料在所述第一預(yù)鍛模的鍛壓下向所述高筋內(nèi)側(cè)流動(dòng)并向上匯聚形成一凸臺(tái)、同時(shí)在所述高筋部分與所述凸臺(tái)之間形成一個(gè)縱向延伸的下凹的溝槽；

（2）第二次預(yù)鍛成形：對(duì)經(jīng)過所述第一次預(yù)鍛成形后的坯料的所述凸臺(tái)及溝槽進(jìn)行鍛壓，從而成形所述預(yù)鍛件的腹板部分。

其進(jìn)一步特征在于：

所述凸臺(tái)面向所述高筋部分一側(cè)的側(cè)面為斜面，該斜面、以及與該斜面所對(duì)的高筋部分的內(nèi)側(cè)面分別與所述溝槽的底面通過圓弧面過渡連接從而形成所述下凹的溝槽；

所述坯料高度H0與所述最終的鍛件的高筋部分高度H之比為0.9～1.1；

所述第一次預(yù)鍛成形時(shí)，所述坯料高度H0與所述溝槽寬度W的比值≤4.5，所述溝槽寬度W是指所述高筋內(nèi)側(cè)面延長(zhǎng)線與所述溝槽底面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)S1至溝槽底面延長(zhǎng)線與所述斜面延長(zhǎng)線的交點(diǎn)S2之間的寬度距離；

所述斜面的斜度θ≤45°；

所述溝槽底面至腹板部分下模面之間的厚度h2與所述預(yù)鍛件的腹板厚度h1之間的比值為0.9～1.0；

所述凸臺(tái)的上模面至下模面之間的厚度H1=（H+h2）/2。

本發(fā)明方法的有益效果在于：

（1）其將常規(guī)的一次預(yù)鍛成形改進(jìn)為兩次預(yù)鍛成形，其先對(duì)坯料進(jìn)行鍛件高筋部分的一次性模鍛成形，從而保證了鍛件高筋部分的成形到位率，同時(shí)對(duì)位于高筋部分內(nèi)側(cè)的坯料上模面進(jìn)行縱向的分料壓頸成形，由于在分料壓頸的過程中金屬材料在第一預(yù)鍛模的鍛壓下向高筋內(nèi)側(cè)流動(dòng)并向上匯聚形成一凸臺(tái)、同時(shí)在高筋部分與所述凸臺(tái)之間形成一個(gè)縱向延伸的下凹的溝槽，因而在對(duì)凸臺(tái)和溝槽部分進(jìn)行第二次預(yù)鍛從而完成預(yù)鍛件腹板部分的成形時(shí)能夠有效提高材料利用率并減小模鍛時(shí)材料的變形抗力，進(jìn)而降低對(duì)設(shè)備最大成形力的需求；

（2）其中第一次預(yù)鍛成形時(shí)同時(shí)成形預(yù)鍛件的腹板下模面，便于在第二次預(yù)鍛時(shí)對(duì)坯料進(jìn)行定位；

（3）坯料高度H0與最終的鍛件的高筋部分高度H之比控制在0.9～1.1，該比值小于0.9則高筋部分在第一次預(yù)鍛時(shí)不易成形到位，從而會(huì)增加終鍛過程成形抗力；若該比值太大則坯料橫截面寬度會(huì)減少，不利于金屬填充及流動(dòng)；

（4）第一次預(yù)鍛成形時(shí)坯料高度H0與溝槽寬度W的比值≤4.5，若大于該值則在鍛造過程中坯料易發(fā)生失穩(wěn)產(chǎn)生折疊；而凸臺(tái)斜面的斜度θ≤45°，若大于該值則第二次預(yù)鍛成形時(shí)容易造成腹板折疊。

附圖說明