CN113231588A - 工字形钛合金锻件分流锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工字形钛合金锻件分流锻造方法，包括以下步骤：A、根据工字型零件的外形尺寸均匀放量，得到终锻件；B、通过增加终锻件的腹板厚度，降低终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离，减小终锻件的筋宽，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，得到预锻件；C、根据步骤A中的终锻件外形尺寸设计终锻件模具，根据步骤B中预锻件外形尺寸设计预锻件模具；D、将原料进行预锻，得到预锻件，去除飞边后，对预锻件进行终锻，得到终锻件。通过改良预锻件的外形和尺寸，降低了预锻件的重量和消耗的材料，料工比在1.1～1.2(材料利用率提高约14％～22％)，节省了材料成本，同时减小了终锻件的机加工余量，缩短了机加工消耗的时间。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金锻件锻造技术领域，尤其是一种工字形钛合金锻件分流锻造方法。
背景技术
在钛合金模锻成形领域，最典型且应用最广的是如图1所示的工字型结构锻件，其中工字型结构中筋条的高度H和宽度W的尺寸设计是有比例要求的，筋条高宽比H/W(高度与宽度的比值)一般不超过2.5，如筋条高宽比H/W超过2.5，锻件高筋存在充不满或踏角等缺陷。
现有技术中，该类型锻件通常采用的锻造成形方法为：
通过加大筋条宽度或工字型结构腹板厚度来降低锻件筋宽比H/W(不超过2.5)直接一次性模锻成形，该方法的锻件重量大，材料利用率低，料工比在1.3～1.4，且锻件成形过程中高筋和腹板温度场分布不均匀从而造成锻件组织性能不均匀。当筋条高宽比H/W超过2.5，毛坯通过全包套模锻成形，该方法加热时间长，比不包套加热时间多2倍左右，生产效率低。
此外，《锻造工艺及模具设计资料》(主编李尚健)一书中《预锻模膛设计》公开了高宽比大于2的工字型锻件的预锻模膛，该预锻模膛锻后得到的预锻件中，材料集中在筋条与腹板的连接处，由于材料集中，终锻时，材料要从筋条与腹板的连接处流动到筋条的端部，变形量大，筋条与腹板的连接处受到的压力很大，预锻件各部位的材料流动不均衡，锻造难度很大，且影响终锻件的质量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工字形钛合金锻件分流锻造方法，用于筋条高宽比超过2.5的锻件锻造，提高材料的利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：工字形钛合金锻件分流锻造方法，包括以下步骤：
A、根据工字型零件的外形尺寸均匀放量，得到终锻件外形尺寸，终锻件的筋条的高宽比为3.2～5；
B、终锻件的截面面积加上飞边的截面面积计算出预锻件的理论最小截面面积，通过增加终锻件的腹板厚度，降低终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离，减小终锻件的筋宽，增大筋条底部的宽度，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，得到预锻件，预锻件的筋条的高宽比小于2.5，且预锻件的实际截面面积大于或等于理论最小截面面积；
C、根据步骤A中的终锻件外形尺寸设计终锻件模具，根据步骤B中预锻件外形尺寸设计预锻件模具；
D、将原料进行预锻，得到预锻件，去除飞边后，对预锻件进行终锻，得到终锻件。
进一步地，步骤D中，原材料为板料。
进一步地，步骤D中，终锻前先对预锻件筋条进行局部冷包套，再按照不包套的加热时间对预锻件进行加热，加热后进行终锻。
进一步地，步骤A中，工字型零件的外形尺寸均匀放量10mm得到终锻件外形尺寸。
进一步地，步骤D中，预锻火次为1火。
本发明的有益效果是：1、通过增加终锻件的腹板厚度，降低终锻件的筋高，减小终锻件的筋宽，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，使预锻件筋条高宽比降低至2.5以下，有利于预锻件充分成形，为筋条高宽比大(一般3.2～5)的终锻件充分成形做好准备。
2、得到的终锻件的外形尺寸与零件的尺寸差异较小，即机加工余量小，材料消耗大幅度降低，料工比在1.1～1.2(材料利用率提高约14％～22％)，且降低了后续机加工的时间。
附图说明
图1是现有锻件的示意图；
图2是零件的示意图；
图3是终锻件的示意图；
图4是预锻件的示意图；
图5是终锻件与预锻件的对比示意图；
图6是预锻件包套示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
工字型零件如图2所示，包括腹板和两端的筋条，筋条和腹板的宽度或者厚度均比较小，长度和高度较大，锻造前，需要先设计终锻件的形状和尺寸，锻后再机加工至设计尺寸。现有技术中，先根据工字型零件的外形尺寸均匀放量，得到的锻件筋条的高宽比高于2.5时，只是增加腹板的厚度，筋条端部到腹板中心线的距离不变，直到筋条的高宽比低于2.5，如图1所示，筋条的高宽比越大，那么腹板的厚度就越大，使得锻件的重量大，需要的材料多，后续机加工余量也很多，机加工耗时很长。且通过一次锻造成型，难以保证组织性能的均匀性。
本发明的工字形钛合金锻件分流锻造方法，包括以下步骤：
A、根据工字型零件的外形尺寸均匀放量，得到终锻件外形尺寸，终锻件的筋条的高宽比为3.2～5。
得到的终锻件如图3所示，根据工字型零件的外形尺寸均匀放量直接得到终锻件，终锻件的机加工余量则为均匀放量部分，腹板和筋条的机加工余量基本一致，机加工余量小，可提高机加工的效率，此外，终锻件的重量也比较小，消耗的材料更少。
工字型零件的放量大小在8mm至15mm，优选为10mm左右，保证具有足够的机加工余量即可。为了便于终锻后脱模，同时促进锻造时材料的流动，将终锻件筋条的侧面设置为斜面。
B、终锻件的截面面积加上飞边的截面面积计算出预锻件的理论最小截面面积，通过增加终锻件的腹板厚度，降低终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离，减小终锻件的筋宽，增大筋条底部的宽度，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，得到如图4所示的预锻件，预锻件的筋条的高宽比小于2.5，且预锻件的实际截面面积大于或等于理论最小截面面积。
如图5所示，图中实线为预锻件断面轮廓，虚线为终锻件断面轮廓，本发明在增加腹板厚度的同时，降低终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离，减小终锻件的筋宽，增大筋条底部的宽度，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，在有效降低筋条高宽比的同时，避免了预锻件的腹板厚度过大，减小了筋条的断面面积，从而减少了材料的用量。由于腹板的厚度不会过大，在终锻时腹板的减薄量更小，成型难度更低。同时避免了材料集中在筋条与腹板的过渡处，终锻时各部位的流动均匀，锻造难度降低。
优选的，终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离的减小量等于腹板厚度增加量的一半，这样在终锻时，腹板和筋条的变形更加均匀，材料变形更加合理。
C、根据步骤A中的终锻件外形尺寸设计终锻件模具，根据步骤B中预锻件外形尺寸设计预锻件模具。
D、将原料进行预锻，得到预锻件，去除飞边后，对预锻件进行终锻，得到终锻件，具体地：
预锻的原材料为板料，板料的横截面积等于预锻件的实际截面面积，通过预锻1火成形并且去除飞边，可得到图4所示的预锻件。
在终锻过程中，腹板部位的温度散失速度慢，而筋条端部的散失速度快，容易出现温度分布不均匀的现象，影响组织性能的均匀性，现有技术采用全包套技术，虽然保温效果好，但是全包套后锻前加热效率非常低，因此，本发明终锻前先对预锻件筋条进行局部冷包套，再按照不包套的加热时间对预锻件进行加热，加热后进行终锻。具体是对筋条的端部进行包套，如图6所示，由于是局部包套，锻件加热效率高，与不包套的加热时间相同，这样可节省大量的加热时间，提高锻造的效率。终锻时，由于筋条的端部采用隔热材料进行包套，可减小筋条端部的散热速度，使得筋条和腹板的温度场均匀一致，保证了终锻件的组织性能均匀性。
终锻的过程中，如图5所示，预锻件的腹板减薄，筋条的厚度中下部的宽度降低，顶部的宽度增加，筋条的高度增加，筋条与腹板之间的圆角半径减小，通过对比终锻件和预锻件的外形可知，预锻件各部分的变形量比较均匀，且没有出现变形过大的区域，防止出现较大的变形阻力，材料被充分利用，且终端的难度较低，可保证终锻件的质量。
综上，本发明通过两次锻造，降低了每次锻造难度，可提高预锻、终锻每火次变形中坯料各部位的变形量及变形均匀性，整个锻造工艺的可控性和一致性得到提高。通过改良预锻件的外形和尺寸，降低了预锻件的重量和消耗的材料，料工比在1.1～1.2(材料利用率提高约14％～22％)，节省了材料成本，同时减小了终锻件的机加工余量，缩短了机加工消耗的时间。通过对预锻件进行局部包套加热和终锻，锻前加热的时间缩短了约一半，大幅度提高加热效率，且保证了终锻时腹板和筋条的温度均匀性，保证材料的流动性和组织性能的均匀性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.工字形钛合金锻件分流锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据工字型零件的外形尺寸均匀放量，得到终锻件外形尺寸，终锻件的筋条的高宽比为3.2～5；
B、终锻件的截面面积加上飞边的截面面积计算出预锻件的理论最小截面面积，通过增加终锻件的腹板厚度，降低终锻件的筋条端部到腹板中心线的距离，减小终锻件的筋宽，增大筋条底部的宽度，增大终锻件腹板与筋之间的过渡圆角的半径，得到预锻件，预锻件的筋条的高宽比小于2.5，且预锻件的实际截面面积大于或等于理论最小截面面积；
C、根据步骤A中的终锻件外形尺寸设计终锻件模具，根据步骤B中预锻件外形尺寸设计预锻件模具；
D、将原料进行预锻，得到预锻件，去除飞边后，对预锻件进行终锻，得到终锻件。
2.如权利要求1所述的工字形钛合金锻件分流锻造方法，其特征在于：步骤D中，原材料为板料。
3.如权利要求1所述的工字形钛合金锻件分流锻造方法，其特征在于：步骤D中，终锻前先对预锻件筋条进行局部冷包套，再按照不包套的加热时间对预锻件进行加热，加热后进行终锻。
4.如权利要求1所述的工字形钛合金锻件分流锻造方法，其特征在于：步骤A中，工字型零件的外形尺寸均匀放量10mm得到终锻件外形尺寸。
5.如权利要求1所述的工字形钛合金锻件分流锻造方法，其特征在于：步骤D中，预锻火次为1火。
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