CN110961561B - 一种改善锻件组织均匀性的坯料设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善锻件组织均匀性的坯料设计方法，其特征在于，按如下方案进行坯料的设计：步骤一：对坯料截面积进行初步设计，设计时应保证坯料截面面积大于锻件及毛边截面积之和1.1倍；步骤二：根据金属材料对变形量的需求，对坯料宽度b及高度a进行设计；步骤三：根据坯料截面尺寸设计结果，在坯料截面的上、下面分别设计宽度为b、深度为h，开口分别向上、向下的两个V型结构；步骤四：对V型区底部和V型区与坯料竖直交界处分别进行倒圆处理。本发明在常规坯料设计方法的基础上，通过在坯料截面上设置V型槽的方法，使得锻造过程中各区域的变形量分布更加均匀，为对变形敏感的金属材料提供了一种新的坯料设计思路。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料锻造领域，特别是对变形量比较敏感的金属材料的锻造技术领域。
背景技术
随着航空航天飞行器的发展，钛合金、高温合金等金属材料得到广泛应用，由于此类材料组织的均匀性在热处理过程中无法得到本质的改善，因此变形过程中变形量分布的均匀性对金属材料组织均匀性影响至关重要，特别是在油压机上常规模锻中，甚至会因组织均匀性欠佳而导致锻件报废。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过设计合理的坯料结构，保证对变形量敏感的金属材料在锻造时各部位获得更加均匀的变形量分布。
本发明的技术方案是：对变形量比较敏感的金属材料，通过在坯料截面上设置V型区以改善变形量分布均匀性，同时为了防止因V型区设置后，在锻件成型过程中出现夹伤等缺陷，按如下方案进行坯料的设计：
步骤一：对坯料截面积进行初步设计，设计时应保证坯料截面面积大于锻件及毛边截面积之和1.1倍；
步骤二：根据金属材料对变形量的需求，对坯料宽度b及高度a进行设计；
步骤三：根据坯料截面尺寸设计结果，在坯料截面的上、下面分别设计宽度为b、深度为h，开口分别向上、向下的两个V型结构；
步骤四：分别对V型区底部和V型区与坯料竖直交界处分别进行倒圆处理。
优选地，步骤二中设计时，考虑到坯料在模具型腔中变形过程时，坯料在型腔内首先发生镦粗变形，而镦粗变形过程中，为保证过程稳定，应保证a＜ 2.5b。为了不影响金属材料的实际变形量，坯料高度a不宜调整，若无法保证a＜2.5b时，可通过适当增加坯料宽度b。步骤三中，由于V型区域底部金属材料在锻造过程中沿开口方向流动量有限，为了保证成型效果，V型深度h应小于1/3b。步骤四中为了保证锻件V型区在锻造结束后不出现夹伤，V型区底部 R大于1/2b。对V型区与坯料竖直交界处，需要倒圆以防止尖点接触，同时考虑到圆角增大会使得坯料与模具的接触面增大，不利于金属材料的流动，故V 型区与坯料竖直交界处倒圆r不大于1/5b。
优选地，所述方法适用于对变形量敏感的金属材料。所述坯料为钛合金或高温合金。
本发明的有益效果是：在常规坯料设计方法的基础上，通过在坯料截面上设置V型槽的方法，使得锻造过程中各区域的变形量分布更加均匀，为对变形敏感的金属材料提供了一种新的坯料设计思路。
附图说明
图1为坯料截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明
某型机用长轴类锻件材料为TC21钛合金，其锻件截面为Φ180圆形。对于 TC21钛合金，为了提高材料的损伤容限性能，模锻成型锻造过程中均采用相变点上加热锻造的方式，而相变点上加热过程中原始β晶粒尺寸会明显增大，锻造过程中变形量分布的均匀性对锻件组织均匀性起决定作用，而传统的矩形截面坯料因过早与模具接触，而在上下面处产生无变形区无法满足工艺需求，故采用上述方法对坯料结构进行了详细的设计。
步骤一：锻件截面为Φ180圆形，截面积0.026㎡，锻件图纸允许欠压导致的截面积增加0.001㎡，毛边截面积0.003㎡，坯料截面面积初步设计按1.1 ×(0.026+0.001+0.003)㎡＝0.033㎡；
步骤二：TC21钛合金相变点上锻造时，变形量需不小于30％，故坯料高度 a＝截面高度/(1-0.3)＝180mm/0.7＝257mm，考虑到30％为最小变形量需求，故将坯料高度取整按260mm；坯料宽度b＝0.033㎡/260mm＝127mm，考虑到V型区设置时会使得截面积减少，将坯料宽度取整按130mm，经计算a/b＝2＜2.5，符合a＜2.5b，故坯料截面尺寸设计为260mm×130mm。
步骤三：坯料截面的上、下面V型区宽度按b＝130，深度h＜130mm/3＝43mm 取整按40mm；
步骤四：对V型底部进行倒圆处理，圆角R按＞130mm/2＝65mm，由于R增大后对金属反挤有利，为了保证锻件V型区在锻造结束后不出现夹伤，R取整至R＝70mm，V型开口与坯料截面竖直方向交点处r按＜130/5＝26，由于r减小利于金属材料的流动，故将r设置为20mm。
根据上述方法设计的坯料结构，在完成锻造后未出现夹伤或充填不满等结构缺陷，组织均匀性检查结果显示获得锻件的组织均匀性良好。
Claims (2)
1.一种改善锻件组织均匀性的坯料设计方法，其特征在于，按如下方案进行坯料的设计：
步骤一：对坯料截面积进行初步设计，设计时应保证坯料截面积大于锻件及毛边截面积之和1.1倍；
步骤二：根据金属材料对变形量的需求，对坯料宽度b及高度a进行设计，应保证a＜2.5b，若无法保证a＜2.5b时，则适当增加坯料宽度b；
步骤三：根据坯料截面尺寸设计结果，分别在坯料截面的上、下面设计宽度为b、深度为h，开口分别向上、向下的两个V型区，V型区深度h＜1/3b，；
步骤四：对V型区底部和V型区与坯料竖直交界处分别进行倒圆处理，为了保证锻件V型区在锻造结束后不出现夹伤，V型区底部R大于1/2b，V型区与坯料竖直交界处r不大于1/5b。
2.如权利要求1所述的坯料设计方法，其特征在于，所述坯料为钛合金或高温合金。
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