CN104191168A - 一种钛合金大型异形环锻造成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金大型异形环锻造成形方法，依次包括将所述钛合金棒材加热、镦粗、冲孔、扩孔、轧制步骤，其中：所述扩孔步骤包括利用倾斜的马杠扩孔、冲头胀形。本发明的有益效果：通过倾斜的马杠使环坯形成锥度，再通过冲头将一定锥度环坯胀形，最后轧制获得整体成形的锻件，减少了原材料浪费和机加工时，保持了锻件完整性和良好的综合性能。

Description

一种钛合金大型异形环锻造成形方法
技术领域
本发明涉及大型异形环件锻造方法，尤其涉及一种钛合金大型异形环锻造成形方法。
背景技术
飞机发动机机匣类锻件，其所用材料一般为难变形材料，且锻件较大，高度较高，受工艺水平和设备能力的限制，一般采用分段轧制为矩形环件后在机加焊接的方法进行生产。以上工艺方法的缺点：浪费大量材料，增加机加工时，破坏了锻件的完整性，使产品在焊接处的性能下降。
中国发明专利说明书CN 102489596 B公开了一种钛合金矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法：把加热的钛合金矩形环轧件套装在胀形机内经预热的胀形块***，启动胀形机使胀形块从环轧件的内圆周表面沿径向挤压环轧件并变形10～12％后成为异形环坯，完成第一次胀形，再使异形环坯沿中心轴线旋转45°完成第一次旋转；之后，再按上述操作对异形环坯进行变形量为1.8％～2％的第二次胀形及第二次旋转，变形量为1.3％～1.5％的第三次胀形及第三次旋转，以及变形量为1.2％～ 1.4％的第四次胀形后得到异形环件，以上方法虽然解决了大型锻件一次成型问题，但该方法通过专用的胀形机进行胀形，对于圆锥度较大的异形环件，需要的轴向拉力大，工艺过程复杂，同时需要对环件反复装夹，操作过程复杂，生产效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金大型异形环锻造成形方法，解决现有技术中原材料浪费、机加工时增加、锻件完整性被破坏、锻件综合性能下降等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种钛合金大型异形环锻造成形方法，依次包括将所述钛合金棒材加热、镦粗、冲孔、扩孔、轧制步骤，其中：所述扩孔步骤包括利用倾斜的马杠、冲头扩孔，具体步骤如下：
步骤一，棒材加热
将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30℃并保温，保温时间为：棒材的厚度×6min/10mm；
步骤二，镦粗、冲孔
将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得环坯A；
步骤三，扩孔
将马杠一端垫高放在马架上，上砧对环坯A施加压力F1，同时用机械手转动环坯A，使环坯A扩大并变形为带锥度的异形环坯B；
步骤四，胀形
将冲头放入异形环坯B的上端，上砧对冲头施加压力F2，使得冲头压入异形环坯B内，获得异形环坯C；
步骤五，轧制
将异形环坯C放在环轧机上，主辊模具的转速为1.5rad/s，芯辊模具以一定的进给速度和压力F3对异形环坯C进行环轧，最终获得锻件。
所述步骤三中上砧对环坯A施加压力F1为3000T～4000T。
所述步骤三中上砧对冲头施加压力F2为4500T～6000T。
所述步骤四中芯辊模具的压力F3为650T。
所述步骤四中芯辊模具的进给速度分为三个阶段：
轧制咬入阶段，芯辊进给速度由0mm/s增加到0.3mm/s；
稳定轧制阶段，芯辊进给速度由0.3mm/s增加到0.5mm/s；
校圆、整形阶段，芯辊进给速度由0.5mm/s逐渐减小到0.1mm/s。
所述步骤三中马杠一端垫高后，与其另一端的高度差为50mm～100mm。           
所述钛合金牌号为TC4。
所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ1380mm～Φ2000mm，壁厚为100mm～150mm，高度为300mm～775mm。
本发明的有益效果：采用倾斜的马杠、冲头进行扩孔，工艺方法简单实用，通过倾斜的马杠使环坯形成锥度，再通过冲头将一定锥度环坯扩孔，最后轧制获得整体成形的锻件，减少了原材料浪费和机加工时，保持了锻件完整性和良好的综合性能。
附图说明
图1 为马杠扩孔安装图；
图2 为马杠扩孔效果图；
图3 为冲头扩孔安装图；
图4 为冲头扩孔效果图；
图5 为轧制安装图；
图6 为轧制效果图；
图中，1—环坯A，2—马杠，3—上砧，4—环坯B，5—冲头，6—环坯C，7—芯辊模具，8—主辊模具，9—锻件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施本发明所述的一种钛合金大型异形环锻造成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手及其他工装模具等设备。
如附图1-6所示，一种钛合金大型异形环锻造成形方法，依次包括将所述钛合金棒材加热、镦粗、冲孔、扩孔、轧制步骤，其中：所述扩孔步骤包括利用倾斜的马杠、冲头扩孔，具体步骤如下：
步骤一，棒材加热
将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30℃并保温，保温时间为：棒材的厚度×6min/10mm；
步骤二，镦粗、冲孔
将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得环坯A1；
步骤三，扩孔
将马杠2一端垫高放在马架上，上砧3对环坯A1施加压力F1，同时用机械手转动环坯A1，使环坯A1扩大并变形为带锥度的异形环坯B4；
步骤四，胀形
将冲头5放入异形环坯B4的上端，上砧3对冲头5施加压力F2，使得冲头5压入异形环坯B4内，获得异形环坯C6；
步骤五，轧制
将异形环坯C6放在环轧机上，主辊模具8的转速为1.5rad/s，芯辊模具7以一定的进给速度和压力F3对异形环坯C6进行环轧，最终获得锻件9。
所述步骤三中上砧3对环坯A1施加压力F1为3000T～4000T。
所述步骤三中上砧3对冲头5施加压力F2为4500T～6000T。
所述步骤四中芯辊模具7的压力F3为650T。
所述步骤四中芯辊模具7的进给速度分为三个阶段：
轧制咬入阶段，芯辊进给速度由0mm/s增加到0.3mm/s；
稳定轧制阶段，芯辊进给速度由0.3mm/s增加到0.5mm/s；
校圆、整形阶段，芯辊进给速度由0.5mm/s逐渐减小到0.1mm/s。
所述步骤三中马杠2一端垫高后，与其另一端的高度差为50mm～100mm。
所述钛合金牌号为TC4。
所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ1380mm～Φ2000mm，壁厚为100mm～150mm，高度为300mm～775mm。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种钛合金大型异形环锻造成形方法，依次包括将所述钛合金棒材加热、镦粗、冲孔、扩孔、轧制步骤，其特征在于：所述扩孔步骤包括利用倾斜的马杠、冲头扩孔，具体步骤如下：
步骤一，棒材加热
将锯切好的钛合金棒材加热至相变点以下30℃并保温，保温时间为：棒材的厚度×6min/10mm；
步骤二，镦粗、冲孔
将加热并保温好的钛合金棒材进行镦粗、冲孔，获得环坯A（1）；
步骤三，扩孔
将马杠（2）一端垫高放在马架上，上砧（3）对环坯A（1）施加压力F1，同时用机械手转动环坯A（1），使环坯A（1）扩大并变形为带锥度的异形环坯B（4）；
步骤四，胀形
将冲头（5）放入异形环坯B（4）的上端，上砧（3）对冲头（5）施加压力F2，使得冲头（5）压入异形环坯B（4）内，获得异形环坯C（6）；
步骤五，轧制
将异形环坯C（6）放在环轧机上，主辊模具（8）的转速为1.5rad/s，芯辊模具（7）以一定的进给速度和压力F3对异形环坯C（6）进行环轧，最终获得锻件（9）。
2.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述步骤三中上砧（3）对环坯A（1）施加压力F1为3000T～4000T。
3.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述步骤三中上砧（3）对冲头（5）施加压力F2为4500T～6000T。
4.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述步骤四中芯辊模具（7）的压力F3为650T。
5.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述步骤四中芯辊模具（7）的进给速度分为三个阶段：
轧制咬入阶段，芯辊进给速度由0mm/s增加到0.3mm/s；
稳定轧制阶段，芯辊进给速度由0.3mm/s增加到0.5mm/s；
校圆、整形阶段，芯辊进给速度由0.5mm/s逐渐减小到0.1mm/s。
6.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述步骤三中马杠（2）一端垫高后，与其另一端的高度差为50mm～100mm。
7.如权利要求1所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述钛合金牌号为TC4。
8.如权利要求1～6所述的钛合金大型异形环锻造成形方法，其特征在于：所述锻造成形的异形环件，其内径尺寸范围为Φ1380mm～Φ2000mm，壁厚为100mm～150mm，高度为300mm～775mm。
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