CN108838226A - 一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，属于热反挤压成形技术领域。加工方法为：将加热后的坯料利用压料镶块的导向定位作用放置于挤压筒内进行反挤压一次成形，所述杯形件成形过程中减少了鐓粗制坯工序；所述压料镶块通过背压弹簧的张力作用来保证杯形件凸耳处平齐；同时浮动凸模联有具备更大背压张力的背压弹簧，实现了杯形件成形后的顺利脱模。本发明避免了传统反挤压过程单一卸料弹簧因背压力太大导致杯形件壁部材料大幅向内侧流动抱紧凸模而出现脱模困难的现象，同时减小了反挤压成形力和设备吨位要求。另外，钛合金杯形锻件在制备过程中采用反挤压一次成形，省去了现行工艺中的鐓粗预制坯工序，缩短了生产周期，降低了制造成本，大大增加了经济效益。

Description

一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法
技术领域
本发明是一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，属于成型加工技术领域。
背景技术
反挤压加工方法是一种“效率高、品质高、能耗低、成本低”的先进加工技术，在各种杯形件的大批量生产中已经得到广泛运用。
由于杯形件壁部金属多，而且钛合金的成形性不佳，变形抗力大，反挤压过程中金属流动不均匀性增加，更容易导致杯形件凸耳高度不齐，壁厚分布不均匀，使得杯形件的合格率低，生产成本高。同时杯形件反挤压成形后更容易“抱模”，无法与凸模分离。另外传统成形工艺对于杯形件成形过程中往往需要先进行鐓粗预制坯来满足制件的变形要求，工序工时繁多，生产效率低。
为防止杯形件成形后杯口凸耳不齐和快速卸料，专利“一种带背压反挤压模具及采用该模具的加工工艺”(申请公布号为CN105414233A)采取了单一规格的背压弹簧，导致杯形件成形后期反挤压成形力急剧上升，提高了设备的负荷和吨位要求，同时加剧了模具磨损。
为避免反挤压结束后杯形件抱模现象，专利“防喷器油缸的制造方法及其所用的反挤压模具”(申请公布号为CN103909110A)在反挤压凹模开口处设有一脱料板，成形后使锻件止挡于脱料板下侧，该方法虽然可以实现锻件的顺利脱模，但无法同时保证杯形件凸耳高度平齐。
发明内容
本发明正是针对上述国内现有的技术状况而设计提供了一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，其目的是实现杯形件反挤压成形后的快速脱模，同时有效避免反挤压过程中的材料流动不均匀导致杯形件开口凸耳不齐，提高反挤压制件的尺寸精度和材料利用率。另外，该成形方法在杯形件制备过程中不需要鐓粗预制坯，而是采用反挤压一次成形，减少钛合金杯形件制备过程中的加热次数和成形工序，提高微观组织的控制能力，节约了能耗，缩短了研制周期，降低了制造成本，从而实现高性能钛合金杯形件的高效低成本制造。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，该方法采用挤压成形模具包括上模座1、凸模4、挤压套11、挤压筒12、下模座13、顶杆14，其特征在于：在上模座1的底部通过安装背压弹簧Ⅰ2和螺杆Ⅰ3连接浮动凸模5，在浮动凸模5底部通过安装背压弹簧Ⅱ6和螺杆Ⅱ7连接压料镶块8，浮动凸模5和压料镶块8与上模座1联动，压料镶块8的外缘法兰下行限位于挤压筒12的上端面，压料镶块8的中心台阶进入挤压筒12内腔中，深度为h2，h2的计算公式如下：
h2＝H-a+△h 公式1
式中：H为挤压筒12内腔的高度，a为坯料高度，△h取值为5～15mm；
压料镶块8的中心台阶上加工有中心孔使凸模4能够穿过压料镶块8进入挤压筒12的内腔中，浮动凸模5的下行限位于挤压套11上端面上设置的支撑块10以调节浮动凸模5的闭合高度；
该成形方法中的步骤如下：
步骤一、将柱状的坯料加热到合金相变点以下30～50℃进行保温，保温时间按以下公式计算：
T保温时间＝L坯料厚度×1min/mm 公式2
式中：L坯料厚度选择坯料直径d和坯料高度a中数值较小的，其中坯料直径d与杯形件最终产品的内径一致；
步骤二、将成形模具中的挤压筒12加热到200～300℃并保温热透后，启动压机，使凸模4下行，带动压料镶块8进入挤压筒12内，同时浮动凸模5接触支撑块10后停止下行；
步骤三、将热透的坯料放置在挤压筒12底部的中心处，压料镶块8的中心孔对坯料的径向约束作用保证了坯料放置位置的准确性；
步骤四、凸模4下行与坯料接触后，继续施压，使坯料发生镦粗变形；
步骤四、凸模4继续下行，坯料沿凸模4周围向上流动反作用于压料镶块8，使压料镶块8向上浮动，同时背压弹簧Ⅱ6被压缩，使制件凸耳部分金属流动趋于均匀；
步骤五、挤压完成后上模座1抬起，在背压弹簧Ⅰ2和背压弹簧Ⅱ6的共同作用下，将制件从凸模4上卸下，留在挤压筒12内腔中，顶杆14将制件顶出挤压筒12，整个反挤压过程结束。
进一步，背压弹簧Ⅰ2的单位张力为背压弹簧Ⅱ6单位张力的5～10倍。
本发明具有如下优点：
由于保证杯形件凸耳处平齐的背压力要比杯形件从凸模脱离所需卸料力要小的多，本发明技术方案中采用不同规格的两套背压弹簧，其中背压弹簧Ⅰ2主要用于杯形件成形后的卸料作用，背压弹簧Ⅱ6用于保证成形后的杯形件杯口平齐，同时起辅助卸料作用。后者仅为前者的1/10～1/5。避免了传统反挤压过程采用单一规格卸料弹簧因背压力太大导致杯形件壁部材料大幅向内侧流动抱紧凸模而出现脱模困难的现象，实现杯形件的快速顺利脱模。同时该方法可以有效降低反挤压成形力和设备吨位要求，提高模具使用寿命。
本发明采用压料镶块8不仅增加了对凸模4进入挤压筒12内腔的自我导向作用，而且使凸模4在反挤压过程中处于稳定的径向约束中，从而保证了杯形件的壁厚均匀性；同时依靠背压弹簧Ⅱ6的弹性张力作用阻止杯形件凸耳部分的不均匀变形，提高反挤压制件的尺寸精度和材料利用率。另外压料镶块8可确保圆柱坯料在挤压筒12内腔中放置位置的准确性，从而实现杯形件的一次反挤压成形，减少了鐓粗制坯工序，提高了生产效率，降低了制造成本。
附图说明
图1为实施本发明方法的模具的整体结构示意图
图2为杯形件反挤压成形过程示意图，其中，图2-1到2-5为成形过程的开始到结束过程
图3为实施本发明方法后获得的钛合金杯形锻件微观组织形貌
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法的挤压成形模具包括上模座1、凸模4、挤压套11、挤压筒12、下模座13、顶杆14，其特征在于：在上模座1的底部通过安装背压弹簧Ⅰ2和螺杆Ⅰ3连接浮动凸模5，在浮动凸模5底部通过安装背压弹簧Ⅱ6和螺杆Ⅱ7连接压料镶块8，浮动凸模5和压料镶块8与上模座1联动，压料镶块8的外缘法兰下行限位于挤压筒12的上端面，压料镶块8的中心台阶进入挤压筒12内腔中，深度为h2，h2的计算公式如下：
h2＝H-a+△h 公式1
式中：H为挤压筒12内腔的高度，a为坯料高度，△h取值为5～15mm；
压料镶块8的中心台阶上加工有中心孔使凸模4能够穿过压料镶块8进入挤压筒12的内腔中，浮动凸模5的下行限位于挤压套11上端面上设置的支撑块10以调节浮动凸模5的闭合高度；
背压弹簧Ⅰ2的单位张力为背压弹簧Ⅱ6单位张力的8倍。
参见附图2所示，采用上述模具成形钛合金杯形件的热反挤压方法的步骤如下：
步骤一、将柱状的坯料加热到合金相变点以下40℃进行保温，保温时间按以下公式计算：
T保温时间＝L坯料厚度×1min/mm 公式2
式中：L坯料厚度选择坯料直径d和坯料高度a中数值较小的，其中坯料直径d与杯形件最终产品的内径一致；
步骤二、将成形模具中的挤压筒12加热到260℃并保温热透后，启动压机，使凸模4下行，带动压料镶块8进入挤压筒12内，同时浮动凸模5接触支撑块10后停止下行；
步骤三、将热透的坯料放置在挤压筒12底部的中心处，压料镶块8的中心孔对坯料的径向约束作用保证了坯料放置位置的准确性；
步骤四、凸模4下行与坯料接触后，继续施压，使坯料发生镦粗变形；
步骤四、凸模4继续下行，坯料沿凸模4周围向上流动反作用于压料镶块8，使压料镶块8向上浮动，同时背压弹簧Ⅱ6被压缩，使制件凸耳部分金属流动趋于均匀；
步骤五、挤压完成后上模座1抬起，在背压弹簧Ⅰ2和背压弹簧Ⅱ6的共同作用下，将制件从凸模4上卸下，留在挤压筒12内腔中，顶杆14将制件顶出挤压筒12，整个反挤压过程结束。

Claims (2)

1.一种用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，该方法采用挤压成形模具包括上模座(1)、凸模(4)、挤压套(11)、挤压筒(12)、下模座(13)、顶杆(14)，其特征在于：在上模座(1)的底部通过安装背压弹簧Ⅰ(2)和螺杆Ⅰ(3)连接浮动凸模(5)，在浮动凸模(5)底部通过安装背压弹簧Ⅱ(6)和螺杆Ⅱ(7)连接压料镶块(8)，浮动凸模(5)和压料镶块(8)与上模座(1)联动，压料镶块(8)的外缘法兰下行限位于挤压筒(12)的上端面，压料镶块(8)的中心台阶进入挤压筒(12)内腔中，深度为h2，h2的计算公式如下：
h2＝H-a+△h 公式1
式中：H为挤压筒(12)内腔的高度，a为坯料高度，△h取值为5～15mm；
压料镶块(8)的中心台阶上加工有中心孔使凸模(4)能够穿过压料镶块(8)进入挤压筒(12)的内腔中，浮动凸模(5)的下行限位于挤压套(11)上端面上设置的支撑块(10)以调节浮动凸模(5)的闭合高度；
该成形方法中的步骤如下：
步骤一、将柱状的坯料加热到合金相变点以下30～50℃进行保温，保温时间按以下公式计算：
T保温时间＝L坯料厚度×1min/mm 公式2
式中：L坯料厚度选择坯料直径d和坯料高度a中数值较小的，其中坯料直径d与杯形件最终产品的内径一致；
步骤二、将成形模具中的挤压筒(12)加热到200～300℃并保温热透后，启动压机，使凸模(4)下行，带动压料镶块(8)进入挤压筒(12)内，同时浮动凸模(5)接触支撑块(10)后停止下行；
步骤三、将热透的坯料放置在挤压筒(12)底部的中心处，压料镶块(8)的中心孔对坯料的径向约束作用保证了坯料放置位置的准确性；
步骤四、凸模(4)下行与坯料接触后，继续施压，使坯料发生镦粗变形；
步骤四、凸模(4)继续下行，坯料沿凸模(4)周围向上流动反作用于压料镶块(8)，使压料镶块(8)向上浮动，同时背压弹簧Ⅱ(6)被压缩，使制件凸耳部分金属流动趋于均匀；
步骤五、挤压完成后上模座1抬起，在背压弹簧Ⅰ(2)和背压弹簧Ⅱ(6)的共同作用下，将制件从凸模(4)上卸下，留在挤压筒(12)内腔中，顶杆(14)将制件顶出挤压筒(12)，整个反挤压过程结束。
2.根据权利要求1所述的用于钛合金杯形件热反挤压成形方法，其特征在于：背压弹簧Ⅰ(2)的单位张力为背压弹簧Ⅱ(6)单位张力的5～10倍。
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