CN113510208A - 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法 - Google Patents

一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113510208A
CN113510208A CN202010276387.9A CN202010276387A CN113510208A CN 113510208 A CN113510208 A CN 113510208A CN 202010276387 A CN202010276387 A CN 202010276387A CN 113510208 A CN113510208 A CN 113510208A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ring
rolling
titanium alloy
die forging
blank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010276387.9A
Other languages
English (en)
Inventor
王世超
霍达
黄坤
于杰
丁学生
闫伟宁
张兰涛
宋冬行
张柯
冯谊勋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Changyu Aviation Equipment Co ltd
Original Assignee
Shaanxi Changyu Aviation Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Changyu Aviation Equipment Co ltd filed Critical Shaanxi Changyu Aviation Equipment Co ltd
Priority to CN202010276387.9A priority Critical patent/CN113510208A/zh
Publication of CN113510208A publication Critical patent/CN113510208A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21H—MAKING PARTICULAR METAL OBJECTS BY ROLLING, e.g. SCREWS, WHEELS, RINGS, BARRELS, BALLS
    • B21H1/00—Making articles shaped as bodies of revolution
    • B21H1/06—Making articles shaped as bodies of revolution rings of restricted axial length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02—Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B21J5/022—Open die forging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/10—Piercing billets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C14/00—Alloys based on titanium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，为获得具备复杂截面形状，尺寸精密，性能优异的钛合金T型截面环件，其技术方案为：将锯切好的合金棒材加热至始锻温度并保温，经镦粗、冲孔两道工序制备近矩形环坯；采用局部开式模锻，对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面施加压力，通过局部变形得到异形预制环坯；将异形预制环坯加热至钛合金的始锻温度并保温，随后放入轧环机中，利用主辊碾轧模具以相应转速结合芯辊径向进给速度对异形预制环坯进行轧环，得到T型截面环件。本发明的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法不仅能最大限度的简化生产流程，降低零件的生产成本，保证环件尺寸，而且该方法保留了的完整的锻件流线，确保环件具备良好的力学性能。

Description

一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法
技术领域
本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法。
背景技术
钛合金属于一种高比强度材料，其T型截面的环件常作为发动机和燃气轮机设备中的关键部件，广泛用于航空航天或船舶等领域。由于钛合金T型截面的环件始终受到锻造加工难度大，锻造零件尺寸精度不高等问题困扰，生产制造效率较低。因此，工艺简便，易于大批量快速生产的钛合金T型截面的环件成形技术便被提上日程。目前国内T型截面的环件的主要成形方法有：整体开式模锻或闭式模锻成形、自由锻近矩形环坯再直接经多次轧环成形、轧制矩形环坯再经大余量机加工工艺成形。这些方法往往受零件生产成本、综合力学性能和尺寸要求等因素影响，难以取得预期的理想效果。
采用整体开式模锻或闭式模锻成形，零件尺寸精度较高，但是成形过程中材料在预锻模膛和终锻模膛中变形抗力大，所需设备吨位大，且模膛极易因磨损或开裂失效，使用寿命短，生产成本高。整体开式模锻后的切边工序会破坏锻件金属流线的完整性，从而影响锻件力学性能。
采用自由锻近矩形环坯再直接再经多次轧环成形，工艺简单，但轧环火次的多少成为制约零件尺寸精度和力学性能的“双刃剑”，轧环火次少，环件外径异形部位难以完全填充轧制模具，无法保证最终产品的尺寸要求；轧环火次多，除易造成锻件组织晶粒粗大，轧伤、轧裂等缺陷外，还无形中增加了经济成本。
采用轧制矩形环坯再经大余量机加工工艺成形，工艺简单，但材料利用率低，经济效益低。此外，机加工严重破坏了锻件金属流线的完整性，降低了零件力学性能。
公开号为CN101279345A的中国专利公开了一种钛合金异型环锻件的轧碾成形方法，该方法包括下料，镦粗、冲孔、轧制工序，采用该方法是将冲孔后的圆饼状锻件经两次30%-35%变形的初步轧制，得到矩形预制环坯，再结合碾轧模具经碾环机第三次轧碾成形。采用该工艺轧制环件，存在轧制火次多、生产周期长、矩形预制环坯转变异型环件的过程中碾轧模具充型不完全的问题。
再如，公开号为CN106984747的中国专利公开了一种TC4合金内T型截面异形环件坯料的设计方法，该方法根据环轧过程中金属流动的特性，利用钛合金环轧塑性变形中体积不变的原则，计算出坯料的最终尺寸。该方法仅从理论计算角度阐述了T型截面异形环件坯料尺寸的控制，并未公开轧制T型截面异形钛合金环锻件的具体工艺步骤，未从实际生产制造方面解决环扎过程中金属填充不满的问题。
因此，本文发明探索出了一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法。
发明内容
发明的目的在于，提供一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，该方法通过在最终轧制工艺前制定局部模锻工序，通过对锻件进行初步变形制备预制环坯，确保轧环过程中环件外径异形部位完全填充轧制模具，保证最终产品的尺寸要求。该方法不仅节省工序投入及原材料消耗，无需依赖寿命短，成本高的模膛，还可最大程度的保障锻件流线完整性，保证最终产品力学性能。
为达到如上目的，本发明的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法采取如下技术方案，包括近矩形环坯制备、异形预制环坯制备、轧环。
进一步，所述近矩形环坯制备，包括：锯切、加热、镦粗、冲孔。
所述锯切步骤为：将合金棒材按预设规格进行锯切。
所述加热步骤为：将锯切好的合金棒材加热至β转变温度下40℃～20℃温度区间，即（Tβ-40）℃～（Tβ-20）℃并保温，最短保温时间=（0.6～1.1）min/mm×合金棒材直径；
所述镦粗步骤为：使用压力机，铆镦消除尖角后整体镦粗至H=95～120mm；
进一步，为避免过大变形造成材料温度上升，镦粗时变形量控制在30%～50%。
所述冲孔步骤为：利用冲头冲孔Φ115～Φ145mm，冲孔底片厚度≤45mm，制备近矩形环件。
进一步，所述异形环预制环坯制备，包括：局部模锻。
所述局部模锻步骤为：在压力机上采用开式模锻，将近矩形环坯放入已预热的模具中，仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面施加压力，进行局部变形制成异形预制环坯；
进一步，异形预制环坯外圆部位两斜面的夹角为45°～60°；
进一步，最大模锻压力F约为1×107N～1.7×107N；
进一步，最大模锻压力计算方式为：F=2μσS，其中μ为环件材料与模具的摩擦系数，σ为环件材料在终锻温度下的变形抗力，S为环坯与模具接触面的投影面积。
进一步，所述轧环，包括：加热、碾轧。
所述加热步骤为：将异形预制环坯加热至β转变温度下40℃～20℃温度区间，即（Tβ-40）℃～（Tβ-20）℃并保温，最短保温时间=（0.6～1.1）min/mm×异形预制环坯有效截面厚度。
所述碾轧步骤为：将加热完成后异形预制环坯放至轧环机上，使异形预制环坯的外凸部分与主辊模具内凹部分相对应，主辊模具以轴向自转线速度运动，芯辊以一定的径向进给速度将异形预制环坯轧环至要求的尺寸和形状；
进一步，主辊的可选轴向自转速度范围为0.4～1.6m/s，芯辊的径向进给速度分三个阶段：轧环初期，轧环稳定阶段，轧环校圆阶段，径向进给速度范围0～3mm/s；
进一步，轧环初期，芯辊通过径向进给运动将异形预制环坯送入轧环模具中，保证坯料与模具接触并开始轧环；轧环稳定阶段，主辊轴向自转运动与芯辊径向进给运动结合，保证异形预制环坯连续稳定充满轧环模具；轧环校圆整形阶段，芯辊不进行径向进给运动，仅主辊进行轴向自转运动，对环件进行校圆整形，保证最终环件的尺寸精度；
进一步，轧环过程中，最大轧环力为7×105N～1.5×106N；
进一步，最大轧环力计算方式为P=2kbL(1+ h0/4L+m3L/8 h0+m3L/4b)，其中k为环件材料剪切屈服强度，b为环件高度，L为接触弧长，h0为径向壁厚，m为摩擦因子；
进一步，实际成型的变形量为开式模锻局部变形后的环坯中间坯截面积与最终环件截面积的轧制比λ。
本发明的钛合金环件的局部模锻及轧制联合成型方法，采用锯切、加热、镦粗、冲孔、模锻和轧环的工艺方案，该方案首先将合金棒材加热，经过镦粗，冲孔后得到近矩形环坯，采用开式模锻仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面进行局部变形，最后利用轧环机轧制成钛合金。
本发明与以往工艺相比，具有以下优点：无需大余量机加工，无切边工步，最大限度提高材料利用率和保留锻造流线的完整性；无需多次环轧，经局部模锻制备的异形预制环坯，在轧环模具中充型完整；工艺简单，无需复杂的锻造模膛，无需大吨位的复杂成形设备，节约锻件成本，该技术适用于各类企业。
附图说明
下面结合附图和具体实施例来对本发明做进一步的说明。
图1为该发明中的局部模锻示意图；其中：1.上模具；2. 近矩形环坯；3.下模具。
图2为该发明中的局部模锻后异形预制环坯示意图。
图3为该发明中的碾轧主辊模具示意图。
图4为图2所示的异形预制环坯，在图4碾轧模具中最终碾轧成形充型示意图。其中：6.上台肩；7.下台肩；8. 异形预制环坯上斜面；9. 异形预制环坯下斜面；10. 上V型槽；11. 下V型槽；12.内部U型槽。
图5为该发明的轧环成形后最终的异形环件示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例中，以牌号为TC4合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：
TC4合金的主要化学元素含量为：
表1.TC4合金的主要化学元素
元素 Al V Ti Fe C N H O
含量（%） 5.5～6.8 3.5～4.5 余量 ≤0.30 ≤0.10 ≤0.05 ≤0.015 ≤0.20
实施钛合金环件的局部模锻及轧制联合成型方法需要提供带锯床、锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手。
本发明的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法采取如下技术方案，包括：近矩形环坯制备、异形预制环坯制备、轧环。
进一步，所述近矩形环坯制备，包括：锯切、加热、镦粗、冲孔。
所述锯切步骤为：将TC4合金棒材按预设规格进行锯切。
所述加热步骤为：将锯切好的TC4合金棒材加热至960℃并保温，最短保温时间=0.7min/mm×TC4合金棒材直径180mm。
所述镦粗步骤为：使用压力机，铆镦消除尖角后整体镦粗至H=96±5mm；
进一步，为避免过大变形造成TC4温度上升，镦粗时变形量控制在30%～35%。
所述冲孔步骤为：利用冲头冲孔Φ125±5mm，冲孔底片厚度35mm，制备TC4近矩形环件2。
进一步，所述异形预制环坯制备，包括：局部模锻。
所述局部模锻步骤为：如图1所示，在压力机上采用开式模锻，将近矩形环坯2放入已预热的上模具1和下模具3之间，仅对近矩形环坯2靠近外圆部位的上下两端面施加压力，进行局部变形制成TC4异形预制环坯4；
进一步，TC4异形预制环坯4外圆部位两斜面的夹角α为48°；
进一步，最大模锻压力F约为1.06×107N；
进一步，最大模锻压力计算方式为：F=2μσS，其中μ为TC4合金环件材料与模具的摩擦系数，μ=0.3，σ为TC4在终锻温度800℃下的变形抗力，σ=323MPa，S为环坯2与模具1接触面的投影面积，S=545.2cm2。
局部开式模锻具有以下工艺特点：异形预制环坯中产生的锻造流线沿锻件轮廓随形分布，有利于提升环坯综合力学性能；异形预制环坯无毛边，后期加工中无需切边，材料利用率高；仅对近矩形环坯局部变形，模具简单，所需设备吨位小，生产成本低。
局部开式模锻可以显著降低锻造过程中的材料变形抗力，减少对大吨位模锻设备的依赖，可快速获得能保证最终轧环尺寸和质量要求的异形预制环坯，生产成本低，生产效率高。局部开式模锻不破坏锻件流线的完整性，因而环件的轧环成形质量和批量稳定性高。
进一步，所述轧环，包括：加热、碾轧。
所述加热步骤为：将异形预制环坯4加热至始锻温度960℃并保温，最短保温时间=1.0min/mm×异形预制环坯有效截面厚度85mm；
所述碾轧步骤为：将加热完成后异形预制环坯4放至轧环机上，使异形预制环坯4的外凸部分与主辊模具5内凹部分相对应，主辊模具5以轴向自转线速度1.3m/s结合芯辊的径向进给速度1.2 mm/s，将异形预制环坯4轧环至要求的形状和尺寸；
进一步，轧环过程中，金属通过塑性变形逐步填充轧环机主辊模具的过程如图4所示。轧环初期如图4a所示，芯辊通过径向进给运动将异形预制环坯4送入轧制主辊模具5中，坯料与模具接触并开始轧环，主辊模具5的上台肩6和下台肩7分别挤压异形预制环坯4的上斜面8和下斜面9。根据塑性变形中金属体积不变的原则和最小阻力定律，随着环坯直径逐渐增大，异形环制环坯4上斜面8和下斜面9处的金属将向主辊模具5中轴向和径向空置区域流动；轧环稳定阶段如图4b、4c所示，芯辊径向进给运动与主辊轴向自转运动结合，异形预制环坯4首先完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7外部上V型槽10和下V型槽11的填充，再完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7内部U型槽12的填充；轧环校圆整形阶段如图4d所示，芯辊不进行径向进给运动，仅主辊进行轴向自转运动，对环件进行校圆整形，最终，得到如图5所示的盾构机刀圈异形环件；
进一步，轧环过程中，最大轧环力为7.95×105N；
进一步，最大轧环力计算方式为P=2kbL(1+ h0/4L+m3L/8 h0+m3L/4b)，其中k为环件材料剪切屈服强度，k=186.48MPa，b为环件高度，b=92mm，L为接触弧长，L=1.75mm，h0为径向壁厚，h0=85mm，m为摩擦因子，m=0.7；
进一步，实际成型的变形量为开式模锻局部变形后的环坯中间坯截面积与最终环件截面积的轧制比λ。本实施例中，局部模锻变形后的环坯中间坯截面积为7358mm2，最终环件截面积为4964 mm2，λ为1.48。
本发明的钛合金的局部模锻及轧制联合成型方法，采用锯切、加热、镦粗、冲孔、模锻和轧环的工艺方案，该方案首先将合金棒材加热，经过镦粗，冲孔后得到近矩形环坯，采用开式模锻仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面进行局部变形，最后利用轧环机轧制成钛合金环件。
本发明与以往工艺相比，具有以下优点：无需大余量机加工，无切边工步，最大限度提高材料利用率和保留锻造流线的完整性；无需多次环轧，经局部模锻制备的异形预制环坯可在轧环模具中充型完全；工艺简单，无需复杂的锻造模膛，无需大吨位的复杂成形设备，节约锻件成本，该技术适用于各类企业。
因此，本实施例的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，可有效简化工艺流程，可利用低成本的工艺方法及设备制造力学性能优异的钛合金环件，该技术应用前景广泛，适合在各类企业中推广。
实施例2
本实施例中，以牌号为TA15合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：
TA15合金的主要化学元素含量为：
表2.TA15合金的主要化学元素
元素 Al V Ti Fe C N H O
含量（%） 5.5～7.0 0.8～2.5 余量 0.25 ≤0.10 ≤0.05 ≤0.015 ≤0.15
元素 Zr Si
含量（%） 1.5～2.5 0.15
实施钛合金环件的局部模锻及轧制联合成型方法需要提供带锯床、锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手。
本发明的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法采取如下技术方案，包括近矩形环坯制备、异形环制环坯制备、轧环。
进一步，所述近矩形环坯制备，包括：锯切、加热、镦粗、冲孔。
所述锯切步骤为：将TA15合金棒材按预设规格进行锯切。
所述加热步骤为：将锯切好的TA15合金棒材加热至970℃并保温，最短保温时间=0.7min/mm×TA15合金棒材直径175mm。
所述镦粗步骤为：使用压力机，铆镦消除尖角后整体镦粗至H=100±5mm；
进一步，为避免过大变形造成TA15温度上升，镦粗时变形量控制在40%～45%。
所述冲孔步骤为：利用冲头冲孔Φ130±5 mm，冲孔底片厚度35mm，制备TA15近近矩形环件2。
进一步，所述异形预制环坯制备，包括：局部模锻。
所述局部模锻步骤为：如图1所示，在压力机上采用开式模锻，将近矩形环坯2放入已预热的上模具1和下模具3之间，仅对近矩形环坯2靠近外圆部位的上下两端面施加压力，进行局部变形制成TA15异形预制环坯4；
进一步，TA15异形预制环坯4外圆部位两斜面的夹角α为54°；
进一步，最大模锻压力F约为1.07×107N；
进一步，最大模锻压力计算方式为：F=2μσS，其中μ为TA15环件材料与模具的摩擦系数，μ=0.28，σ为TA15在终锻温度850℃下的变形抗力，σ=341MPa，S为环坯2与模具1接触面的投影面积，S=520.3cm2。
局部开式模锻具有以下工艺特点：异形预制环坯中产生的锻造流线沿锻件轮廓随形分布，有利于提升环坯综合力学性能；异形预制环坯无毛边，后期加工中无需切边，材料利用率高；仅对近矩形环坯局部变形，模具简单，所需设备吨位小，生产成本低。
局部开式模锻可以显著降低锻造过程中的材料变形抗力，减少对大吨位模锻设备的依赖，可快速获得能保证最终轧环尺寸和质量异形预制环坯，生产成本低，生产效率高。局部开式模锻不破坏锻件流线的完整性，因而环件的轧环成形质量和批量稳定性高。
进一步，所述轧环，包括：加热、碾轧。
所述加热步骤为：将异形预制环坯4加热至始锻温度970℃并保温，最短保温时间=1.0min/mm×TA15异形预制环坯有效截面厚度92mm。
所述轧环步骤为：将加热完成后异形预制环坯4放至轧环机上，使异形预制环坯4的外凸部分与主辊模具5内凹部分相对应，主辊模具5以轴向自转线速度0.9m/s结合径向进给速度0.8 mm/s，将异形预制环坯4轧环至要求的形状尺寸；
进一步，轧环过程中，金属通过塑性变形逐步填充轧环机主辊模具的过程如图4所示。轧环初期如图4a所示，芯辊通过径向进给运动将异形预制环坯4送入轧制主辊模具5中，坯料与模具接触并开始轧环，主辊模具5的上台肩6和下台肩7分别挤压异形预制环坯4的上斜面8和下斜面9。根据塑性变形中金属体积不变的原则和最小阻力定律，随着环坯直径逐渐增大，异形预制环坯4上斜面8和下斜面9处的金属将向主辊模具5中轴向和径向空置区域流动；轧环稳定阶段如图4b、4c所示，芯辊径向进给运动与主辊轴向自转运动结合，异形预制环坯4首先完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7外部上V型槽10和下V型槽11的填充，再完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7内部U型槽12的填充；轧环校圆整形阶段如图4d所示，芯辊不进行径向进给运动，主辊仅进行轴向自转运动，对环件进行校圆整形，最终，得到如图5所示的盾构机刀圈异形环件；
进一步，轧环过程中，最大轧环力为9.5×105N；
进一步，最大轧环力计算方式为P=2kbL(1+ h0/4L+m3L/8 h0+m3L/4b)，其中k为环件材料剪切屈服强度，k=196.88MPa，b为环件高度，b=90mm，L为接触弧长，L=1.77mm，h0为径向壁厚，h0=100mm，m为摩擦因子，m=0.7；
进一步，实际成型的变形量为开式模锻局部变形后的环坯中间坯截面积与最终环件截面积的轧制比λ。本实施例中，局部模锻变形后的环坯中间坯截面积为9055mm2，最终环件截面积为5831mm2，λ为1.55。
本发明的钛合金的局部模锻及轧制联合成型方法，采用锯切、加热、镦粗、冲孔、模锻和轧环的工艺方案，该方案首先将合金棒材加热，经过镦粗，冲孔后得到近矩形环坯，采用开式模锻仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面进行局部变形，最后利用轧环机轧制成钛合金环件。
本发明与以往工艺相比，具有以下优点：无需大余量机加工，无切边工步，最大限度提高材料利用率和保留锻造流线的完整性；无需多次环轧，经局部模锻制备的异形预制环坯可在轧环模具中充型完全；工艺简单，无需复杂的锻造模膛，无需大吨位的复杂成形设备，节约锻件成本，该技术适用于各类企业。
因此，本实施例的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，可有效简化工艺流程，可利用低成本的工艺方法及设备制造力学性能优异的钛合金环件，该技术应用前景广泛，适合在各类企业中推广。
实施例3
本实施例中，以牌号为TC11合金为例来详细说明该方法的具体实施方式：
TC11合金的主要化学元素含量为：
表3.TC11合金的主要化学元素
元素 Al Mo Ti Fe C N H O
含量（%） 5.8～7.0 2.8～3.8 余量 ≤0.25 ≤0.10 ≤0.05 ≤0.012 ≤0.15
元素 Zr Si
含量（%） 0.8～2.0 0.2～0.35
实施钛合金环件的局部模锻及轧制联合成型方法需要提供带锯床、锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手。
本发明的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法采取如下技术方案，包括近矩形环坯制备、异形预制环坯制备、轧环。
进一步，所述近矩形环坯制备，包括：锯切、加热、镦粗、冲孔。
所述锯切步骤为：将TC11合金棒材按预设规格进行锯切。
所述加热步骤为：将锯切好的TC11合金棒材加热至980℃并保温，最短保温时间=0.6min/mm×TC11合金棒材直径200mm。
所述镦粗步骤为：使用压力机，铆镦消除尖角后整体镦粗至H=115±3mm；
进一步，为避免过大变形造成TC11合金温度上升，镦粗时变形量控制在35%～40%。
所述冲孔步骤为：利用冲头冲孔Φ135±5mm，冲孔底片厚度40mm，制备TC11近近矩形环件2。
进一步，所述异形预制环坯制备，包括：局部模锻。
所述局部模锻步骤为：如图1所示，在压力机上采用开式模锻，将矩形环坯2放入已预热的上模具1和下模具3之间，仅对矩形环坯2靠近外圆部位的上下两端面施加压力，进行局部变形制成TC11合金异形预制环坯4；
进一步，TC11合金异形预制环坯4外圆部位两斜面的夹角α为57°；
进一步，最大模锻压力F约为1.5×107N；
进一步，最大模锻压力计算方式为：F=2μσS，其中μ为TC11合金环件材料与模具的摩擦系数，μ=0.3，σ为TC11合金在终锻温度850℃下的变形抗力，σ=392MPa，S为环坯2与模具1接触面的投影面积，S=635.1cm2。
局部开式模锻具有以下工艺特点：异形预制环坯中产生的锻造流线沿锻件轮廓随形分布，有利于提升环坯综合力学性能；异形预制环坯无毛边，后期加工中无需切边，材料利用率高；仅对矩形环坯局部变形，模具简单，所需设备吨位小，生产成本低。
局部开式模锻可以显著降低锻造过程中的材料变形抗力，减少对大吨位模锻设备的依赖，可快速获得能保证最终轧环尺寸和质量要求的异形预制环坯，生产成本低，生产效率高。局部开式模锻不破坏锻件流线的完整性，因而环件的轧环成形质量和批量稳定性高。
进一步，所述轧环，包括：加热、碾轧。
所述加热步骤为：将异形预制环坯4加热至始锻温度980℃并保温，最短保温时间=0.6min/mm×异形预制环坯有效截面厚度105mm。
所述碾轧步骤为：将加热完成后异形预制环坯4放至轧环机上，使异形预制环坯4的外凸部分与主辊模具5内凹部分相对应，主辊模具5以轴向自转线速度1.1m/s结合径向进给速度1.0 mm/s，将异形预制环坯4轧环至要求的形状和尺寸；
进一步，轧环过程中，金属通过塑性变形逐步填充轧环机主辊模具的过程如图4所示。轧环初期如图4a所示，芯辊通过径向进给运动将异形预制环坯4送入轧制主辊模具5中，坯料与模具接触并开始轧环，主辊模具5的上台肩6和下台肩7分别挤压异形预制环坯4的上斜面8和下斜面9。根据塑性变形中金属体积不变的原则和最小阻力定律，随着环坯直径逐渐增大，异形预制环坯4上斜面8和下斜面9处的金属将向主辊模具5中轴向和径向空置区域流动；轧环稳定阶段如图4b、4c所示，芯辊径向进给运动与主辊轴向自转运动结合，异形预制环坯4首先完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7外部上V型槽10和下V型槽11的填充，再完成主辊模具5中上台肩6和下台肩7内部U型槽12的填充；轧环校圆整形阶段如图4d所示，主辊不进行径向进给运动，仅进行轴向自转运动，对环件进行校圆整形，最终，得到如图5所示的盾构机刀圈异形环件；
进一步，轧环过程中，最大轧环力为1.15×106N；
进一步，最大轧环力计算方式为P=2kbL(1+ h0/4L+m3L/8 h0+m3L/4b)，其中k为环件材料剪切屈服强度，k=226.32MPa，b为环件高度，b=105mm，L为接触弧长，L=1.74mm，h0为径向壁厚，h0=90mm，m为摩擦因子，m=0.7；
进一步，实际成型的变形量为开式模锻局部变形后的环坯中间坯截面积与最终环件截面积的轧制比λ。本实施例中，局部模锻变形后的环坯中间坯截面积为9358mm2，最终环件截面积为5267 mm2，λ为1.77。
本发明的钛合金的局部模锻及轧制联合成型方法，采用锯切、加热、镦粗、冲孔、模锻和轧环的工艺方案，该方案首先将合金棒材加热，经过镦粗，冲孔后得到近矩形环坯，采用开式模锻仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面进行局部变形，最后利用轧环机轧制成钛合金。
本发明以往工艺相比，具有以下优点：无需大余量机加工，无切边工步，最大限度提高材料利用率和保留锻造流线的完整性；无需多次环轧，经局部模锻制备的异形预制环坯可在轧环模具中充型完全；工艺简单，无需复杂的锻造模膛，无需大吨位的复杂成形设备，节约锻件成本，该技术适用于各类企业。
因此，本实施例的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，可有效简化工艺流程，可利用低成本的工艺方法及设备制造力学性能优异的钛合金环件，该技术应用前景广泛，适合在各类企业中推广。
上述实施例和说明书中描述的仅仅是本发明的基本原理，并非用以限定本方法的范围。对于不同形状的异形环锻件，只需改变局部模锻的模具型腔形状和轧环模具形状，即可制备不同截面形状的异形环件。与本发明相关的各种非创造性的变化与改进，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，包括如下过程：
将近矩形环坯置于模具中局部模锻，制成异形预制环坯；
将异形预制环坯加热至β转变温度下40℃～20℃温度区间，即（Tβ-40）℃～（Tβ-20）℃并保温，最短保温时间=（0.6～1.1）min/mm×异形环坯的有效截面厚度；保温完成后进行轧环，最终获得钛合金环件。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，近矩形环坯的制备过程包括：将合金棒材按预设规格进行锯切，将锯切好的合金棒材加热至β转变温度下40℃～20℃温度区间，即（Tβ-40）℃～（Tβ-20）℃并保温，最短保温时间=（0.6～1.1）min/mm×合金棒材直径；然后再进行镦粗、冲孔，制成近矩形环坯。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，模锻过程中采用开式模锻，仅对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面施加压力，进行局部变形得到异形预制环坯。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，异形预制环坯外圆部位两斜面的夹角为45°～60°。
5.根据权利要求3所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，最大模锻压力F约为1×107N～1.7×107N，其计算方式为：F=2μσS，其中μ为环件材料与模具的摩擦系数，σ为环件材料在终锻温度下的变形抗力，S为环坯与模具接触面的投影面积。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，轧环过程中，主辊的可选自转线速度范围为0.4～1.6m/s，芯辊的径向进给速度分三个阶段：轧环初期，轧环稳定阶段，轧环校圆整形阶段，芯辊径向进给速度范围0～3mm/s。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，轧环过程中，最大轧环力7×105N～1.5×106N，计算方式为P=2kbL(1+ h0/4L+m3L/8 h0+m3L/4b)，其中k为环件材料剪切屈服强度，b为环件高度，L为接触弧长，h0为径向壁厚， m为摩擦因子。
8.根据权利要求1所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，T型截面异形环件的轧制比λ为1～2。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种钛合金T型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法，其特征在于，T型截面环件材质为α型钛合金及(α+β) 型钛合金。
CN202010276387.9A 2020-04-09 2020-04-09 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法 Pending CN113510208A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010276387.9A CN113510208A (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010276387.9A CN113510208A (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113510208A true CN113510208A (zh) 2021-10-19

Family

ID=78060477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010276387.9A Pending CN113510208A (zh) 2020-04-09 2020-04-09 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113510208A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289677A (zh) * 2021-12-15 2022-04-08 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种钛合金非等厚异形薄壁环件轧制成型方法
CN114434102A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 湖南湘投金天科技集团有限责任公司 双钛金属环及其制备方法
CN117226439A (zh) * 2023-11-10 2023-12-15 陕西长羽航空装备股份有限公司 一种航空发动机材料ta12a碾环成型方法
CN118046186A (zh) * 2024-03-28 2024-05-17 宝鸡拓普达钛业有限公司 一种大尺寸t型肋骨异形环锻轧成型方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580923A (zh) * 2009-04-30 2009-11-18 上海桦厦实业有限公司 改善tc4钛合金铸锭性能的锻造方法
CN102517502A (zh) * 2012-01-16 2012-06-27 株洲钻石钻掘工具有限公司 一种盘形滚刀刀圈及其制造方法
CN102513487A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种大型钛合金整体框的锻造方法
CN102513486A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种钛合金锻件的模锻方法
CN105269270A (zh) * 2015-11-27 2016-01-27 吉林省维尔特隧道装备有限公司 一种tbm盘形滚刀刀圈的生产工艺
CN105798222A (zh) * 2016-05-05 2016-07-27 中国科学院金属研究所 一种盾构机用滚刀刀圈锻造模具及锻造方法
CN106862449A (zh) * 2017-03-03 2017-06-20 吉林省维尔特隧道装备有限公司 全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法
CN106984747A (zh) * 2016-12-01 2017-07-28 中国航发北京航空材料研究院 一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法
CN107414010A (zh) * 2016-12-01 2017-12-01 贵州安大航空锻造有限责任公司 钛合金大型盘类锻件局部锻造成形方法
CN208495667U (zh) * 2018-06-22 2019-02-15 河南中原特钢装备制造有限公司 一种生产刀圈产品的工具工装
CN109732294A (zh) * 2019-02-21 2019-05-10 嘉善鑫强钢业有限公司 一种增加强度的盾构机刀圈加工工艺
KR102007137B1 (ko) * 2019-01-17 2019-08-02 안석 터널굴착기용 커터링 합금강 및 그 제조방법
CN110666081A (zh) * 2019-10-09 2020-01-10 北京北方车辆集团有限公司 一种截面含突变曲线的合金钢异形环件轧制方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101580923A (zh) * 2009-04-30 2009-11-18 上海桦厦实业有限公司 改善tc4钛合金铸锭性能的锻造方法
CN102513487A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种大型钛合金整体框的锻造方法
CN102513486A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种钛合金锻件的模锻方法
CN102517502A (zh) * 2012-01-16 2012-06-27 株洲钻石钻掘工具有限公司 一种盘形滚刀刀圈及其制造方法
CN105269270A (zh) * 2015-11-27 2016-01-27 吉林省维尔特隧道装备有限公司 一种tbm盘形滚刀刀圈的生产工艺
CN105798222A (zh) * 2016-05-05 2016-07-27 中国科学院金属研究所 一种盾构机用滚刀刀圈锻造模具及锻造方法
CN107414010A (zh) * 2016-12-01 2017-12-01 贵州安大航空锻造有限责任公司 钛合金大型盘类锻件局部锻造成形方法
CN106984747A (zh) * 2016-12-01 2017-07-28 中国航发北京航空材料研究院 一种tc4合金内t形截面异形环件坯料的设计方法
CN106862449A (zh) * 2017-03-03 2017-06-20 吉林省维尔特隧道装备有限公司 全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法
CN208495667U (zh) * 2018-06-22 2019-02-15 河南中原特钢装备制造有限公司 一种生产刀圈产品的工具工装
KR102007137B1 (ko) * 2019-01-17 2019-08-02 안석 터널굴착기용 커터링 합금강 및 그 제조방법
CN109732294A (zh) * 2019-02-21 2019-05-10 嘉善鑫强钢业有限公司 一种增加强度的盾构机刀圈加工工艺
CN110666081A (zh) * 2019-10-09 2020-01-10 北京北方车辆集团有限公司 一种截面含突变曲线的合金钢异形环件轧制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
[苏]Н.И.柯尔涅叶夫等: "《有色金属锻造与模锻手册》", 31 December 1981, 国防工业出版社 *
中国锻压协会: "《特种锻造》", 31 May 2011, 国防工业出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114289677A (zh) * 2021-12-15 2022-04-08 陕西宏远航空锻造有限责任公司 一种钛合金非等厚异形薄壁环件轧制成型方法
CN114434102A (zh) * 2022-01-24 2022-05-06 湖南湘投金天科技集团有限责任公司 双钛金属环及其制备方法
CN117226439A (zh) * 2023-11-10 2023-12-15 陕西长羽航空装备股份有限公司 一种航空发动机材料ta12a碾环成型方法
CN117226439B (zh) * 2023-11-10 2024-01-30 陕西长羽航空装备股份有限公司 一种航空发动机材料ta12a碾环成型方法
CN118046186A (zh) * 2024-03-28 2024-05-17 宝鸡拓普达钛业有限公司 一种大尺寸t型肋骨异形环锻轧成型方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113510208A (zh) 一种钛合金t型截面环件的局部模锻及轧制联合成型方法
CN100394075C (zh) 一种加工汽车同步器齿圈坯件的方法
JP4418168B2 (ja) 楕円形環体の製造方法
CN111112526A (zh) In718合金轴向非对称多法兰机匣环件的制造方法
CN108580638B (zh) 一种大长径比薄壁铝合金异形构件旋压成形方法
CN107097049B (zh) 一种钛或钛合金手机壳加工方法
CN102528406A (zh) 一种汽车同步器齿圈坯件的加工方法
CN105127345B (zh) 轿车变速器结合齿环的生产方法
CN113510205A (zh) 一种高温合金异形截面法兰盘形件的模锻及轧制成形方法
CN101579800A (zh) 一体式长轴内球笼精锻件温、冷锻造工艺
CN105710273B (zh) 轿车等速万向传动轴旋锻周向进给工艺参数确定方法
CN112589021B (zh) 一种in718合金双法兰高筒机匣环件的制造方法
JP2015511179A (ja) 工業用ハウジングの成形方法
CN103084800B (zh) 金属厚板坯料预拉弯及带曲度高筋壁板数控加工成形方法
US20100068428A1 (en) Method for Producing Hollow Shaft Base Bodies and Hollow Shaft Base Body Produced Thereby
CN102672433B (zh) 一种锥环形球冠状钢质工件的制造方法
CN105108460B (zh) 一种外轮廓免磨削的凸轮片制造方法
CN109719249A (zh) 一种Ta1材料薄壁高筒件的胀形成形方法
CN103691857B (zh) 一种各向同性矩形截面轴类锻件的锻造方法
CN109332482A (zh) 一种蓄压器膜盒膜片优化冲压成形工艺方法
CN116803595A (zh) 高压泵偏心轮制造方法
CN113510204A (zh) 一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法
CN108526381B (zh) 一种超大型铝基复合材料环件的锻造方法
CN102179463B (zh) 汽车变速器锥毂辗压制坯法
CN116140519A (zh) 一种大直径多台阶复杂截面机匣锻件制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 710200 No. 8, Jingyuan seventh Road, Gaoling District, Xi'an City, Shaanxi Province

Applicant after: Shaanxi Changyu Aviation Equipment Co.,Ltd.

Address before: 710200 No. 8, Jingyuan seventh Road, Gaoling District, Xi'an City, Shaanxi Province

Applicant before: SHAANXI CHANGYU AVIATION EQUIPMENT CO.,LTD.

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20211019