CN112872261A - 一种钛合金法兰盘锻件的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钛合金法兰盘锻件锻造成型技术领域，涉及一种钛合金法兰盘锻件的锻造方法，包括闭式制坯、终锻模具的制备，确定下料尺寸、制坯件尺寸(终锻所需荒形的规格和尺寸)，终锻模锻变形量的控制，终锻的过程。本发明采用闭式模具的方式进行荒形生产，最大程度的提高材料利用率(材料利用率高达95％以上)，荒形尺寸的稳定性，并缩短了生产周期，节省锻造成本，保证了终锻成型后低倍流线的完整性，提高了法兰盘锻件综合性能，能够生产出组织均匀、综合性能的法兰盘锻件。
Description
技术领域
本发明属于钛合金法兰盘锻件锻造成型技术领域，涉及一种钛合金法兰盘锻件的锻造方法，适用于常见钛合金。
背景技术
钛合金法兰盘锻件是一种常见航空零件，现有技术在前期生产过程中，一般是采用自由锻制坯+模锻的方法。自由锻制坯方法，荒形尺寸一致性差，表面质量差，且变形量不易控制。此种成型方法造成60％～70％的材料浪费，且尺寸、性能不稳定，并在终锻完成后有低倍流线不完整的风险。
目前闭式锻造多用于普通钢的多向模锻，较多应用于民用市场，对锻件金相组织和力学性能几乎不做要求，只需保证轮廓和尺寸；钛合金属于难变形贵重金属，多应用于航空航天领域，零件都在高温、高压的恶劣环境中工作，因此对金相和力学性能有严格要求，钛合金对锻造温度敏感，变形抗力大，金属流动性差，不合理的闭式模锻很容易出现局部变形量过大，导致其局部组织会产生过热，从而导致形成针状的魏氏组织或网篮组织，所以目前钛合金材质闭式模锻没有得到广泛推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：(1)荒形设计；(2)闭式模具、终锻模具设计；(3)锻件的成型；(4)避免钛合金法兰盘锻件，因终锻变形后变形量不均匀导致的最终锻件高、低倍组织不均匀。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种钛合金法兰盘锻件的锻造方法，包括闭式模具制坯、终锻模具的制备，确定下料尺寸、制坯件尺寸，终锻；制坯件尺寸是指终锻所需坯件的规格和尺寸。
具体步骤如下：
步骤1：制备终锻模具，终锻模具的型腔与法兰盘锻件外形相对应，终锻模具由上模和下模组成，模具尺寸根据设备模座型腔大小及锻件最大轮廓尺寸确定；
步骤2：由于钛合金法兰盘锻件的结构特点具有：锻件上杆部、盘部、下杆部直径相差较大；采用自由锻分料火次多，荒形尺寸不稳定，且无法保证流线完整性；采用普通模锻方法上下杆部不易充满，且材料利用率太低；故确定如下锻造工艺：
闭式制坯+终锻；
终锻所需的坯件，该坯件的杆部直径尺寸按锻件图尺寸设计，坯件饼部高度h＝H/(1-ω％)，坯件直径φb＝√((1.1～1.2)*φ2*H/h)，所需棒料的直径规格φa＝φb-(1～3)，坯件等体积转换，进而计算可得所需棒料长度规格La；
其中，φ：锻件饼部直径，mm；φb：坯件饼部直径，mm；h：坯件饼部高度，mm，H：锻件饼部高度，mm；φa：棒料直径，mm；La：棒料长度，mm；ω％：坯件饼部变形量。
步骤3：制备闭式模具：
a、锻件杆部直径大的部分设计为上模，杆部直径小的设计为下模；
b、下模设置排气孔，排气、防止反向毛刺过大模具闷死；
c、根据计算机数值模拟结合钛合金材料特性，此闭式模具采用反向挤压，可有效降低下模型腔高度，使锻造后荒形高度尺寸大于下模-型腔高度，即有利于锻件成形，又有助于锻件顺利脱模。锻造后荒形形可使用钳子直接取出，无需顶出机构。
d、为了防止出现反向毛刺，上下模之间的单边间隙控制在0.1～0.15mm，间隙取自上模。
步骤4：将钛合金棒材两端倒角，喷涂高温玻璃润滑保护剂，加热至Tβ-35℃，将钛合金棒材放入闭式模具，进行成型，锻至步骤2所述坯件的尺寸与规格；Tβ：相变点温度；
步骤5：重新加热坯件至Tβ-35℃；将加热后的坯件在终锻模具型腔内进行锻造，垂直尺寸锻至钛合金锻件图所要求的公差范围内。
步骤5重新加热坯件前还包括对坯件打磨及表面处理后喷涂高温玻璃润滑保护剂的操作；
步骤1制备的终锻模具和步骤3制备的闭式模具材料为H13。
步骤3制备的闭式模具进行表面处理硬度达到HRC50～55。
所述模具的温度为200℃～300℃。
步骤1中分模为平面分模，分模面位于法兰盘锻件横截面的中心线处。
所述坯件饼部变形量ω％为终锻变形量，取30％～40％。
本发明的有益效果是：
本发明结合钛合金法兰盘的结构特点，设计闭式模具，采用闭式制坯，提升了荒形尺寸的稳定性，材料利用率高达95％以上，减少锻造火次及相应的辅助工序，缩短生产周期，节省锻造成本35％以上；终锻均匀分配变形量，避免了钛合金法兰盘锻件因变形量不均匀而造成的高低倍组织不均匀，提高了锻件综合性能，能够生产出组织均匀、综合性能优异的锻件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为荒形示意图；
图2下料示意图；
图3为闭式模具示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
法兰盘锻件采用了Ti-6Al-4V钛合金，该锻件要求采用模锻工艺成形。采用本发明的闭式制坯+终锻的模锻锻造方法。
步骤1：根据客户零件图及设计要求，采用计算机数值模拟计算的方法，设计出合理的终锻变形量，终锻：30％～40％；
步骤2：制备终锻模具，终锻模具的型腔与锻件外形相应，由上模和下模组成，分模面位于锻件横截面的中心线处，此类分模属于平面分模，模具尺寸根据设备模座型腔大小及锻件最大轮廓尺寸，选取300×180×120；
步骤3：制备挤压模具，示意图如图3所示：
a、锻件杆部直径大的部分设计为上模，杆部直径小的设计为下模；
b、下模设置排气孔，排气、防止反向毛刺过大模具闷死；
c、荒形高度尺寸大于下模型腔高度，锻造后荒形使用钳子直接取出，不需要顶出机构；
d、为了防止出现反向毛刺，上下模之间的间隙不能太大，应控制在0.1～0.2mm(单边)，间隙取自上模。
步骤4：锻造过程
a、把原材料切割至附图2所示规格，并倒角、钢砂抛丸、腐蚀、喷涂高温玻璃润滑保护剂。
b、将坯料加热至960℃，保温40～45分钟，1火模锻至附图1尺寸，变形量：～85％；
c、对该荒形进行打磨及表面处理后喷涂高温玻璃润滑保护剂；重新加热荒形至960℃，保温40～45分钟；将加热后的荒形在终锻模具型腔内进行锻造，垂直尺寸锻至法兰盘锻件图所要求的公差范围内。
d、对该锻件进行切边，抛丸，按照标准要求热处理工艺进行退火处理，加热：767～787℃保温108～132分钟，氩气风机冷却至50℃以下，出炉空冷。
采用本发明的锻造方法制备的钛合金Ti-6Al-4V法兰盘锻件，进行777℃保温2小时的退火热处理。经理化检测解剖，该锻件横向截面低倍组织均匀，高倍组织符合协议及标准要求，满足了Ti-6Al-4V钛合金法兰盘锻件对组织的要求。
本发明采用闭式模具的方式进行荒形生产，最大程度的提高材料利用率，荒形尺寸的稳定性，并缩短了生产周期，节省锻造成本，保证了终锻成型后低倍流线的完整性。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种钛合金法兰盘锻件的锻造方法，其特征在于，包括闭式模具制坯、终锻模具的制备，确定下料尺寸、制坯件尺寸、终锻；制坯件尺寸是指终锻所需坯件的规格和尺寸。
2.如权利要求1所述的锻造方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：制备终锻模具，终锻模具的型腔与法兰盘锻件外形相对应，终锻模具由上模和下模组成，模具尺寸根据设备模座型腔大小及锻件最大轮廓尺寸确定；
步骤2：闭式制坯+终锻，终锻所需的坯件，该坯件的杆部直径尺寸按锻件图尺寸设计，坯件饼部高度h＝H/(1-ω％)，坯件直径φb＝√((1.1～1.2)*φ2*H/h)，所需棒料的直径规格φa＝φb-(1～3)，坯件等体积转换，进而计算可得所需棒料长度规格La；
其中，φ：锻件饼部直径，mm；φb：坯件饼部直径，mm；h：坯件饼部高度，mm，H：锻件饼部高度，mm；φa：棒料直径，mm；La：棒料长度，mm；ω％：坯件饼部变形量。
步骤3：制备闭式模具：
a、锻件杆部直径大的部分设计为上模，杆部直径小的设计为下模，下模设置排气孔；荒形高度尺寸大于下模型腔高度；
b、上下模之间的单边间隙控制在0.1～0.15mm；
步骤4：将钛合金棒材两端倒角，喷涂高温玻璃润滑保护剂，加热至Tβ-35℃，将钛合金棒材放入闭式模具，进行成型，锻至步骤2所述坯件的尺寸与规格；Tβ：相变点温度；
步骤5：重新加热坯件至Tβ-35℃；将加热后的坯件在终锻模具型腔内进行锻造，垂直尺寸锻至钛合金锻件图所要求的公差范围内。
3.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，步骤5重新加热坯件前还包括对坯件打磨及表面处理后喷涂高温玻璃润滑保护剂的操作。
4.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，步骤1制备的终锻模具和步骤3制备的闭式模具材料为H13。
5.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，步骤3制备的闭式模具进行表面处理硬度达到HRC50～55。
6.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，所述模具的温度为200℃～300℃。
7.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，步骤1中分模为平面分模，分模面位于法兰盘锻件横截面的中心线处。
8.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，步骤3中间隙取自上模。
9.如权利要求2所述的锻造方法，其特征在于，所述坯件饼部变形量ω％为终锻变形量，取30％～40％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210601 |
|
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