一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法
【專利摘要】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(wèn)題，同時(shí)有效減小模鍛成形時(shí)的材料變形抗力、有效提高材料利用率。先對(duì)坯料進(jìn)行預(yù)鍛成形從而得到預(yù)鍛件，預(yù)鍛成形鍛件的高筋部分與預(yù)鍛件的腹板部分，再對(duì)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，其中預(yù)鍛成形先對(duì)坯料進(jìn)行鍛件的高筋部分的模鍛成形以及預(yù)鍛件的腹板下模面成形，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，在此過(guò)程中金屬材料向高筋內(nèi)側(cè)流動(dòng)并向上匯聚形成一凸臺(tái)、同時(shí)在高筋部分與凸臺(tái)之間形成一個(gè)縱向延伸的下凹的溝槽；再對(duì)凸臺(tái)及溝槽進(jìn)行鍛壓，從而成形預(yù)鍛件的腹板部分。
【專利說(shuō)明】一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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(guò)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I(lǐng)且該高筋I(lǐng)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I(lǐng)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(guò)程中存在以下問(wèn)題:(I)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(guò)程中高筋填充困難，并且會(huì)出現(xiàn)高筋塌邊的問(wèn)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(guò)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(wèn)題；(2)該鍛件的高筋的寬度比為7:1，無(wú)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】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)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(wèn)題，同時(shí)能有效減小1?鍛成形時(shí)的材料變形抗力、并有效提聞材料利用率。
[0004]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(guò)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(guò)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。
[0005]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(guò)圓弧面過(guò)渡連接從而形成所述下凹的溝槽； 所述坯料高度HO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HO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)SI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hi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Hl= (H+h2) /2。
[0006]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(guò)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HO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(guò)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HO與溝槽寬度W的比值<4.5，若大于該值則在鍛造過(guò)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。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1本發(fā)明方法加工的大型鈦合金模鍛件示意圖；
圖2本發(fā)明方法加工的大型鈦合金模鍛件的截面示意圖；
圖3為采用常規(guī)鍛造成形方法加工本發(fā)明大型鈦合金模鍛件時(shí)預(yù)鍛件示意圖；
圖4為采用常規(guī)模鍛成形方法加工本發(fā)明大型鈦合金模鍛件時(shí)預(yù)鍛件的截面示意圖；圖5-1為采用常規(guī)模鍛成形方法加工本發(fā)明大型鈦合金模鍛件過(guò)程中預(yù)鍛成形的示意圖；
圖5-2為為采用常規(guī)模鍛成形方法加工本發(fā)明大型鈦合金模鍛件過(guò)程中另一種坯料定位方式的預(yù)鍛成形的示意圖；
圖6為本發(fā)明方法中第一次預(yù)鍛成形后的坯料的示意圖；
圖7為本發(fā)明方法中第一次預(yù)鍛成形后的坯料橫截面示意圖；
圖8為本發(fā)明方法中第一次預(yù)鍛成形示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖具體描述一下本發(fā)明方法的實(shí)施過(guò)程:
(一)首先對(duì)坯料10進(jìn)行預(yù)鍛成形從而得到預(yù)鍛件3，其中預(yù)鍛成形包括以下步驟:
(1)第一次預(yù)鍛成形:見圖8，第一預(yù)鍛模20對(duì)坯料10進(jìn)行鍛件的高筋部分I的模鍛成形以及預(yù)鍛件的腹板下模面2-1成形，在此同時(shí)第一預(yù)鍛模20對(duì)位于高筋部分I內(nèi)側(cè)的坯料上模面進(jìn)行縱向的分料壓頸成形，在分料壓頸的過(guò)程中金屬材料在第一預(yù)鍛模20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)30、同時(shí)在高筋部分I與凸臺(tái)30之間形成一個(gè)縱向延伸的下凹的溝槽40，見圖6和圖7，其中凸臺(tái)30面向高筋部分一側(cè)的側(cè)面為斜面31，該斜面31、以及與該斜面31所對(duì)的高筋部分的內(nèi)側(cè)面11分別與溝槽40的底面41通過(guò)圓弧面過(guò)渡連接從而形成下凹的溝槽40 ;圖7中，203為分模面；圖8中，201為第一預(yù)鍛模20的上模，202為第一預(yù)鍛模20的下模；
(2)第二次預(yù)鍛成形:對(duì)經(jīng)過(guò)第一次預(yù)鍛成形后的坯料101的凸臺(tái)30及溝槽40進(jìn)行鍛壓，從而成形預(yù)鍛件3的腹板部分2 ；
預(yù)鍛成形完成后，對(duì)預(yù)鍛件3進(jìn)行腹板凹坑5的終鍛成形從而得到最終的鍛件4。
[0009]坯料10的高度HO與鍛件4的高筋部分I的高度H之比為0.9?1.1 ;
第一次預(yù)鍛成形時(shí)，坯料10的高度HO與溝槽40寬度W的比值< 4.5，溝槽寬度W是指高筋內(nèi)側(cè)面11延長(zhǎng)線與溝槽底面41的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)SI至溝槽底面41延長(zhǎng)線與斜面31延長(zhǎng)線的交點(diǎn)S2之間的寬度距離；
斜面31的斜度Θ < 45° ;
溝槽底面41至腹板部分下模面2-1之間的厚度h2與預(yù)鍛件3的腹板2厚度hi之間的比值為0.9?1.0;
凸臺(tái)30的上模面32至下模面2-1之間的厚度Hl= (H+h2) /2 ；
(二)再對(duì)預(yù)鍛件3進(jìn)行腹板凹坑5的終鍛成形從而得到最終的鍛件4。
[0010]本實(shí)施例中，鍛件4的高筋部分I的高度H為260mm，坯料10的調(diào)度HO為280mm，預(yù)鍛件3的腹板2的厚度hi為120mm，第一次預(yù)鍛成形后坯料101的溝槽40的寬度W為70mm，坯料10的高度HO與溝槽40寬度W的比值為4彡4.5，斜面31的斜度Θ為40°，溝槽底面41至腹板部分下模面2-1之間的厚度h2為120mm，凸臺(tái)30的上模面32至下模面2-1之間的厚度Hl為190mm。
【權(quán)利要求】
1.一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，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(guò)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(guò)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于: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(guò)圓弧面過(guò)渡連接從而形成所述下凹的溝槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于:所述坯料的高度HO與所述最終的鍛件的高筋部分高度H之比為0.9?1.1。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于:所述第一次預(yù)鍛成形時(shí)，所述坯料高度HO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)SI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。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于:所述斜面的斜度Θ彡45°。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于: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hi之間的比值為0.9 ?1.0。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛成形方法，其特征在于:所述凸臺(tái)的上模面至下模面之間的厚度Hl= (H+h2) /2。
【文檔編號(hào)】B21J5/02GK104439001SQ201410702786
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月29日
【發(fā)明者】陳瑞鋼, 趙順?lè)? 崔慧然 申請(qǐng)人:無(wú)錫透平葉片有限公司