CN114799016A - 一种实现钛合金多向锻造的模具及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种实现钛合金多向锻造的模具及其加工方法，该技术方案可以有效改善钛合金坯料锻造过程中尺寸余量大，自动化水平低等问题。钛合金坯料多向锻造过程中，在封闭异形模具内进行，三向受力，多维尺寸收到约束，有效控制了材料余量，提高了材料利用率；钛合金坯料多向锻造过程中，利用上、下模具的错位以及堵头，实现了变形和换位，半自动化程度高，提高了锻造效率；模具内侧的鼓包状凸起，一方面促使钛合金多向变形，另一方面作为钛合金坯料换位的支点，相比于平砧，能使钛合金坯料获得更大的变形量，微观组织更加细小均匀。
Description
技术领域
本发明是一种可以实现钛合金多向锻造的工装模具及使用方法，属于热加工技术领域，涉及钛合金多向锻造工艺的改进。
背景技术
钛及钛合金是理想的金属结构材料，具有比强度高、高温性能好、耐蚀性能和生物相容性好等优点，在航空航天、舰船、着广泛的应用，多向锻造技术作为大塑性变形的一种代表性工艺，与其他大塑性变形方法相比，具有工艺简单、成本低等优点，使用现有工业设备就能完成。多向锻造技术最早是由Salishchev G A等人提出，于20世纪60年代发展起来.其实质是在多次镦粗和拔长的自由锻过程
中，锻造方向不断的发生变化。目前，国内多向锻造多使用液压锤结合平砧进行反复揉打，坯料形状反复无规则变化，加工余量大，材料利用率低。
发明内容
本发明正是针对上述现有国内现有技术中存在的不足而设计提供了一种实现钛合金多向锻造的工装模具及使用方法。其目的是实现针对钛合金的多向锻造。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明技术方案提出一种实现钛合金多向锻造的模具，该模具包括上模1和下模3，钛合金坯料4在上模1和下模3之间完成锻造，其特征在于：在上模1的下表面和下模3的上表面均匀分布鼓包状的凸起5，钛合金坯料4置于上模1和下模3的鼓包状的凸起5之间，在钛合金坯料4的两侧各放置一个堵头2，上模1在完成一个下压动作后，相对于下模3向左或向右运动，同时将钛合金坯料4翻转90度，再进行上模1的下一次下压动作，重复进行实现钛合金多向锻造。
在实施时，所述鼓包状的凸起5为直径相同的半圆形并呈排列状，上模1和下模3的鼓包状的凸起5相互之间呈上、下交错状分布，上模1和下模3上的相邻鼓包状的凸起5之间的间隔为钛合金坯料4沿水平行进方向边长的1/10，上模1和下模3均能独立地沿水平行进方向运动。
本发明技术方案还提出一种采用上述实现钛合金多向锻造的模具的加工方法，该方法的步骤是：
步骤一、钛合金坯料准备
准备形状为正方体的钛合金坯料4，并对表面进行清洁，钛合金坯料4的边长为100mm～200mm，清洁结束后，将钛合金坯料放入电阻炉中预热，加热温度700℃～900℃，保温时间2h～4h；
步骤二、模具准备
将上模1和下模3在200℃～300℃条件下预热2h～4h后，将钛合金坯料4放置在下模3上，钛合金坯料4的右侧表面抵住下模3上最左侧鼓包状的凸起5上，上模1上的最左侧鼓包状的凸起5的顶端紧贴钛合金坯料4的上表面，钛合金坯料4的左、右侧表面均用堵头2堵住，防止钛合金坯料4向左、右移动；
步骤三、第一次压制
上模1以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，完成压制后，上模抬起；
步骤四、第二次压制
下模2保持不动，上模1向右移动，此时钛合金坯料4以右下方与下模2的鼓包状凸起的接触点为支点，向右滚动90°，然后上模1以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，压制过程中，钛合金坯料4两侧均由堵头2堵住；
步骤五、第N次压制
重复步骤三和步骤四，直到钛合金坯料4穿过上模1和下模2
步骤六、后处理
取出钛合金坯料4，待冷却至室温后，吹砂排伤，即获得了多向锻造后的钛合金坯料。
本发明技术方案与现有钛合金多向锻造技术相比，其优点主要体现在：
1、钛合金坯料在封闭异形模具内进行多向锻造过程中，钛合金坯料一个方向受到模具内侧的鼓包状凸起压应力作用，另外两个方向受到模具内侧平面和堵头压应力作用，即钛合金坯料三向受力，多维尺寸受到约束，在一个周期的变形过程中，变形量大，累积应变值高；
2、钛合金坯料在封闭异形模具内进行多向锻造过程中，利用上下模具的错位以及堵头，实现了钛合金坯料变形与换位在一个火次内完成，避免重复加热导致的晶粒长大，半自动化程度高，提高了锻造效率；
3、异形模具内双侧的鼓包状凸起，一方面促使钛合金坯料多向变形，另一方面作为钛合金坯料实现多向锻造换位的支点，整合了多向锻造过程中的多工序，降低了锻造过程控制成本，提高了锻件质量一致性；
4、异形模具内双侧的鼓包状凸起与堵头相配合，变形过程中，钛合金坯料的不同位置下压程度和速度不同，使得钛合金坯料在不同方向上获得了不同的变形量和应变速率，保证了钛合金锻件组织的各项异性，避免了组织缺陷的发生；
5、相比于传统的平砧多向锻造，钛合金坯料获得了更大的变形量，微观组织更加细小均匀。
附图说明
图1为本发明技术方案中的模具及坯料装配示意图
图2为本发明技术方案中的模具左视图
图3为本发明技术方案中的多向锻造过程示意图，该锻造过程的顺序是从图a-图d
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，该种实现钛合金多向锻造的模具包括上模1和下模3，钛合金坯料4在上模1和下模3之间完成锻造，在上模1的下表面和下模3的上表面均匀分布鼓包状的凸起5，所述鼓包状的凸起5为直径相同的半圆形并呈排列状，上模1和下模3的鼓包状的凸起5相互之间呈上、下交错状分布，上模1和下模3上的相邻鼓包状的凸起5之间的间隔为钛合金坯料4沿水平行进方向边长的1/10，钛合金坯料4置于上模1和下模3的鼓包状的凸起5之间，在钛合金坯料4的两侧各放置一个堵头2，上模1和下模3均能独立地沿水平行进方向运动，上模1在完成一个下压动作后，相对于下模3向左或向右运动，同时将钛合金坯料4翻转90度，再进行上模1的下一次下压动作，重复进行实现钛合金多向锻造。
采用上述模具进行钛合金多向锻造的步骤如下：
步骤一、钛合金坯料准备
准备形状为正方体的钛合金坯料，并对表面进行清洁，钛合金坯料的边长为100mm～200mm，清洁结束后，将钛合金坯料放入电阻炉中预热，加热温度700℃～900℃，保温时间2h～4h；
步骤二、模具准备
将上模1和下模3在200℃～300℃条件下预热2h～4h后，将钛合金坯料4放置在下模3上，右表面紧贴在下模3上的最左侧鼓包状凸起，上模1上的最左侧鼓包状凸起顶端紧贴钛合金坯料4的上表面，左表面和右表面用堵头2堵住，防止钛合金坯料4向两边移动；
步骤三、第一次压制
上模1以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，完成压制后，上模抬起；
步骤四、第二次压制
下模3保持不动，上模1向右移动，此时钛合金坯料4以右下方与下模3的鼓包状凸起的接触点为支点，向右滚动90°，然后上模1以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，压制过程中，钛合金坯料4两侧均由堵头2堵住；
步骤五、第N次压制
重复步骤三和步骤四，直到钛合金坯料4穿过上模1和下模3；
步骤六、后处理
取出钛合金坯料4，待冷却至室温后，吹砂排伤，即获得了多向锻造后的钛合金坯料。
该实施例加工结果显示可以有效改善钛合金坯料锻造过程中尺寸余量大，自动化水平低等问题。钛合金坯料多向锻造过程中，在封闭异形模具内进行，三向受力，多维尺寸收到约束，有效控制了材料余量，提高了材料利用率；钛合金坯料多向锻造过程中，利用上、下模具的错位以及堵头，实现了变形和换位，半自动化程度高，提高了锻造效率；模具内侧的鼓包状凸起，一方面促使钛合金多向变形，另一方面作为钛合金坯料换位的支点，相比于平砧，能使钛合金坯料获得更大的变形量，微观组织更加细小均匀。
Claims (8)
1.一种实现钛合金多向锻造的模具，该模具包括上模(1)和下模(3)，钛合金坯料(4)在上模(1)和下模(3)之间完成锻造，其特征在于：在上模(1)的下表面和下模(3)的上表面均匀分布鼓包状的凸起(5)，钛合金坯料(4)置于上模(1)和下模(3)的鼓包状的凸起(5)之间，在钛合金坯料(4)的两侧各放置一个堵头(2)，上模(1)在完成一个下压动作后，相对于下模(3)向左或向右运动，同时将钛合金坯料(4)翻转90度，再进行上模(1)的下一次下压动作，重复进行实现钛合金多向锻造。
2.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：所述鼓包状的凸起(5)为直径相同的半圆形。
3.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：所述鼓包状的凸起(5)成排列状。
4.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：相邻鼓包状的凸起(5)之间的间隔为钛合金坯料(4)沿水平行进方向边长的1/10。
5.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：上模(1)和下模(3)的鼓包状的凸起(5)相互之间呈上、下交错状分布。
6.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：上模(1)和下模(3)均能独立地沿水平行进方向运动。
7.根据权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具，其特征在于：所述鼓包状的凸起(5)为直径相同的半圆形并呈排列状，上模(1)和下模(3)的鼓包状的凸起(5)相互之间呈上、下交错状分布，上模(1)和下模(3)上的相邻鼓包状的凸起(5)之间的间隔为钛合金坯料(4)沿水平行进方向边长的1/10，上模(1)和下模(3)均能独立地沿水平行进方向运动。
8.一种采用权利要求1所述的实现钛合金多向锻造的模具的加工方法，其特征在于：该方法的步骤是：
步骤一、钛合金坯料准备
准备形状为正方体的钛合金坯料(4)，并对表面进行清洁，钛合金坯料(4)的边长为100mm～200mm，清洁结束后，将钛合金坯料放入电阻炉中预热，加热温度700℃～900℃，保温时间2h～4h；
步骤二、模具准备
将上模(1)和下模(3)在200℃～300℃条件下预热2h～4h后，将钛合金坯料(4)放置在下模(3)上，钛合金坯料(4)的右侧表面抵住下模(3)上最左侧鼓包状的凸起(5)上，上模(1)上的最左侧鼓包状的凸起(5)的顶端紧贴钛合金坯料(4)的上表面，钛合金坯料(4)的左、右侧表面均用堵头(2)堵住，防止钛合金坯料(4)向左、右移动；
步骤三、第一次压制
上模(1)以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，完成压制后，上模抬起；
步骤四、第二次压制
下模(2)保持不动，上模(1)向右移动，此时钛合金坯料(4)以右下方与下模(2)的鼓包状凸起的接触点为支点，向右滚动90°，然后上模(1)以5mm/s～15mm/s的速度向下匀速移动，移动距离为鼓包状凸起的半径，压制过程中，钛合金坯料(4)两侧均由堵头(2)堵住；
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