CN102513487A - 一种大型钛合金整体框的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锻造技术领域，涉及一种大型钛合金整体框锻造的方法。本发明包含以下步骤：步骤一，根据零件的材料、形状、尺寸，设计终锻锻件和等温锻模具；步骤二，设计锤上预锻件和模具图，其模具在预锻时与等温锻模具在终锻时型腔尺寸一致；步骤三，根据步骤一、步骤二，选取预锻件坯料，制作加工终、预锻模具；步骤四，对坯料进行锤上预锻，包含喷涂防护润滑剂、电炉加热并保温、锻造及后续工序等程序；步骤五，对步骤四所形成的预锻件进行等温模锻。本发明通过上述方法实现锤上预锻和等温锻造的有机结合，缩短了锻造周期，由等温锻造5～7个火次减少到2个火次。
Description
技术领域
本发明属于锻造领域，涉及一种大型钛合金整体框的锻造方法。
背景技术
大型钛合金锻件一般是指重量超过50kg、外径在500mm以外的锻件。随着科技的高速发展，大型或超大型钛合金整体框等温精锻件的需求越来越多。而多数此类锻件一般有高筋多、腹板薄、投影面积大等结构特征。若直接采用等温锻的成型方式，需要5～7火完成，且每火后均要铣毛边，生产周期长(仅模具升、降温就需要8天的时间)，1个锻件等温锻造周期需要12天时间；这不仅造成了设备、人员消耗，也降低了模具的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种大型钛合金整体框的锻造方法，缩短产品的锻造周期，提高成型率，提高模具的使用寿命。
本发明的基本思路是通过采用锤上预锻和等温终锻结合的方法，来解决上述技术问题。本发明具体包含以下步骤：
步骤一，根据零件的材料、形状、尺寸，设计终锻锻件和等温锻模具；
步骤二，设计锤上预锻件和模具图，其模具在预锻时与等温锻模具在终锻时型腔尺寸一致；
步骤三，根据步骤一、步骤二，选取预锻件坯料，制作加工终、预锻模具；
步骤四：对坯料进行锤上预锻，包含喷涂防护润滑剂、电炉加热并保温、锻造及后续工序等程序；
步骤五：对步骤四所形成的预锻件进行等温模锻。
根据以上所述的锻造方法，在步骤四中，后续工序铣毛边可以过铣1～2mm。
本发明通过上述方法实现锤上预锻和等温锻造的有机结合，缩短了锻造周期，由等温锻造的5～7个火次减少至2个火次，提高了生产效率，降低了生产成本。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式做进一步说明。
步骤一，根据零件的材料、形状、尺寸，设计终锻锻件和等温锻模具。
分析零件图，包括产品零件外廓尺寸，投影面积、最小/最大厚度、筋高和筋宽等结构特征。根据零件特点和尺寸，我们确定锻件余量，余量比常规模锻小30％～50％。按此方案制作锻件数模。
根据锻件数模做模具数模，模具材料为高温合金，锻件材料为钛合金，根据这两种材料在不同温度下的线膨胀系数，分别确定锻件和模具的收缩率，最终计算出热锻件数模和模具型腔尺寸，设计模具。
步骤二，设计锤上预锻件和模具图，其模具在预锻时与等温锻模具在终锻时型腔尺寸一致。
分析终锻图，确定预锻件设计方案。为满足最终锻件的组织和性能要求，预锻荒形在进行等温锻造时，我们选取锻件变形量控制在30％～40％，用以下公式计算得出预锻件垂直尺寸余量：
L＝h×(1+k)-h
式中L-预锻件垂直尺寸余量；
h-终锻件厚度尺寸；
k-锻件在等温锻时的变形量。
为了保证能顺利的将荒形放入型腔中，预锻我们采用闭式模锻，分模面为曲面，制作出预锻件数模。锤上锻造模具材料选5CrNiMo，锻件材料钛合金，确定锻件收缩率。最终计算出模具型腔尺寸，设计模具。
步骤三，根据步骤一和步骤二，选取预锻件坯料，制作加工终、预锻模具。按照产品设计图制作模具。
步骤四：进行锤上预锻，包含喷涂防护润滑剂、电炉加热并保温、锻造及后续工序等程序。
a)喷涂防护润滑剂：将干净坯料置于100～150℃的电炉中预热10～20分钟，出炉喷涂润滑剂，涂层要均匀。
b)采用电炉加热并保温。
c)用630KJ对击锤锻造，锻前预热模具。锻造技术要求：坯料转移时间≤40s；预锻时将坯料放正，先轻击1～2锤，再重击成型；终锻温度≥800℃；冷却方式为空冷。
d)后续工序：铣毛边，最后一火次过铣毛边1～2mm；将棱角及过铣处打磨圆滑，并将锻件全部抛光。
步骤五，对预锻件进行等温锻造，包含以下程序：
a)喷涂防护润滑剂：喷涂前用温热的洗衣粉水将毛坯擦洗干净；预热毛坯，喷涂润滑剂；涂层厚度0.25～0.3mm，涂后自然干燥。
b)采用电炉加热并保温；
c)等温锻造设备采用压力机：将模具安装在设备上，用电炉对模具进行加热。
d)等温模锻：技术要求：坯料转移时间≤30秒；将加热好的坯料放入预热到温的模具中进行锻压，锻造时利用计算机系统控制锻造速率及锻件垂直尺寸；使用空冷方式对锻件进行冷却。
重复步骤五1～2次。
以下结合实施例对具体实施方式进行说明。
案例1：锻件材料：TA15；相变点988℃；数量：4件。
步骤一：根据零件的材料、形状、尺寸，设计终锻锻件和等温锻模具。
分析零件图：产品零件外廓尺寸为1007×1096.5mm，投影面积为0.38m2，腹板厚1.8～6mm，最大厚度160mm，18个横筋高20mm，宽2mm。产品要求等温精锻件。根据这些特点我们确定锻件余量单边为4～5mm，产品出模角为外3°，内5°。制作锻件数模。
根据锻件图做模具图，模具材料为高温合金，锻件材料为钛合金，根据这两种材料在锻造温度下的线膨胀系数，分别确定锻件和模具的收缩率，最终确定模具型腔尺寸为锻件的99.66％。
步骤二：设计锤上预锻件和模具图，其模具在预锻时与等温锻模具在终锻时型腔尺寸一致。
分析终锻图，确定预锻件设计方案，锻件水平方向单边余量3mm；由公式L＝h×(1+k)-h计算并选取垂直尺寸余量为5mm(式中：L为预锻件垂直尺寸余量；h为终锻件厚度尺寸12.5～16mm；k为锻件在等温锻时的变形量30％～40％)。锻件采用闭式模锻，分模面为曲面，制作出预锻件数模。锤上锻造模具材料选5CrNiMo，TA15锻造温度为Tβ(相变点)下30～50℃，模具预热温度为200～350℃，根据这两种材料不同温度的热膨胀系数，确定锻件收缩率为100.7％，即模具型腔尺寸为锻件的100.7％。设计模具图。
步骤三：根据步骤一和步骤二，选取预锻件坯料，制作加工终、预锻模具。按照产品设计图制作模具。
步骤四：进行锤上预锻。包含喷涂防护润滑剂、电炉加热并保温、锻造及后续工序等程序。
a)喷涂防护润滑剂：将干净坯料置于150℃的电炉中预热20分钟，出炉喷涂润滑剂，涂层要均匀，涂后标刻原有标记。
b)电炉加热，加热温度958℃，保温70分钟。
c)锻造采用630KJ对击锤，锻造前模具预热时间为12h，锻造技术要求：坯料转移时间20～35；预锻时将坯料放正，先轻击2锤，再重击成型；终锻温度为805～812℃；冷却方式为空冷。
d)后续工序：铣毛边，最后一火次过铣毛边1～2mm；将棱角及过铣处打磨圆滑，并将锻件全部抛光。
步骤五，对预锻件进行等温锻造，包含以下程序：
a)喷涂防护润滑剂：喷涂前用温热的洗衣粉水将毛坯擦洗干净；
毛坯在150℃炉温中加热10min，出炉用喷壶喷涂，涂层厚度0.25～0.3mm，涂后自然干燥；润滑剂选用KBC-12。
b)电炉加热，锻件加热温度958℃，保温70分钟；
c)等温锻造采用10000吨油压机：将模具安装在设备上，用环形电阻炉对模具进行加热；
d)等温模锻技术要求：坯料转移时间25s；将加热好的坯料放入预热到温的模具中进行锻压，锻造时利用计算机系统控制锻造速率及锻件垂直尺寸。锻压参数设定：根据受压面积及充满程度不同各火次压力不同，最大设定为4000吨；锻造速率(设备横梁速度)：0.001～0.005mm/s；第一火：压制坯料，使坯料整体与模具接触；压下量10.0mm；第二火：压下量5.0mm；锻件冷却为空冷方式。
重复步骤五1次。
Claims (2)
1.一种大型钛合金整体框的锻造方法，其特征为，所述方法包含锤上预锻和等温锻终锻，具体包括以下步骤：
步骤一，根据零件的材料、形状、尺寸，设计终锻锻件和等温锻模具；
步骤二，设计锤上预锻件和模具图，其模具在预锻时与等温锻模具在终锻时型腔尺寸一致；
步骤三，根据步骤一、步骤二，选取预锻件坯料，制作加工终、预锻模具；
步骤四：对坯料进行锤上预锻，包含喷涂防护润滑剂、电炉加热并保温、锻造及后续工序等程序；
步骤五：对步骤四所形成的预锻件进行等温模锻。
2.根据权利要求1所述的锻造方法，其特征还在于：在步骤四中，后续工序铣毛边为过铣1～2mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120627 |