[发明专利]一种大型钛合金结构件的模锻成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料的热加工成形领域，尤其是涉及钛合金结构锻件的热加工成形领域，具体为一种大型钛合金结构件的模锻成形方法。

背景技术

所谓大型钛合金模锻件是指长度（L）大于2000mm、锻件重量（Mg）超过500Kg、高度（H）大于250mm的结构件。一种大型钛合金结构锻件4，其结构见图1和图2，其锻件的单侧面存在高筋1且该高筋1的宽高比为7：1，其材料为TC18钛合金，该钛合金结构件为飞机上重要受力件，要求模锻成形。由于该锻件存在尺寸大、重量重，因而属于大型钛合金结构锻件，其常规的成形方法为：首先对横截面为矩形的坯料进行预锻成形，预成形高筋1和腹板2，得到预锻件3（见图3和图4），再对该预锻件3进行终锻成形，得到最终的模锻件4。其在成形加工过程中存在以下问题：（1）在进行预锻成形时，若采用常规方法将坯料10完全放置于上模5与下模6的腹板型腔内，见图5-1，则在成形过程中高筋填充困难，并且会出现高筋塌边的问题；而若将坯料定位于上模与下模的高筋成形型腔之间，见图5-2，则高筋容易成形但是会有过多的金属流向高筋外侧的飞边，从而出现材料利用率低、材料变形抗力大的问题；（2）该锻件的高筋的宽度比为7：1，无论在预锻成形时坯料如何定位摆放，其要满足高筋成形都需要承受的较大的变形抗力，因此对模锻设备及模具都提出了更高的要求。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种大型钛合金结构件的模锻成形方法，其能解决采用常规模锻成形方法进行成形加工存在的高筋填充困难、高筋塌边的问题，同时能有效减小模锻成形时的材料变形抗力、并有效提高材料利用率。

其技术方案是这样的，首先对坯料进行预锻成形从而得到预锻件，所述预锻成形锻件的高筋部分与所述预锻件的腹板部分，再对所述预锻件进行腹板凹坑的终锻成形从而得到最终的锻件，其特征在于：所述预锻成形包括以下步骤：

（1）第一次预锻成形：第一预锻模对所述坯料进行所述锻件的高筋部分的模锻成形以及所述预锻件的腹板下模面成形，在此同时所述第一预锻模对位于所述高筋部分内侧的坯料上模面进行纵向的分料压颈成形，在所述分料压颈的过程中金属材料在所述第一预锻模的锻压下向所述高筋内侧流动并向上汇聚形成一凸台、同时在所述高筋部分与所述凸台之间形成一个纵向延伸的下凹的沟槽；

（2）第二次预锻成形：对经过所述第一次预锻成形后的坯料的所述凸台及沟槽进行锻压，从而成形所述预锻件的腹板部分。

其进一步特征在于：

所述凸台面向所述高筋部分一侧的侧面为斜面，该斜面、以及与该斜面所对的高筋部分的内侧面分别与所述沟槽的底面通过圆弧面过渡连接从而形成所述下凹的沟槽；

所述坯料高度H0与所述最终的锻件的高筋部分高度H之比为0.9～1.1；

所述第一次预锻成形时，所述坯料高度H0与所述沟槽宽度W的比值≤4.5，所述沟槽宽度W是指所述高筋内侧面延长线与所述沟槽底面延长线的交点S1至沟槽底面延长线与所述斜面延长线的交点S2之间的宽度距离；

所述斜面的斜度θ≤45°；

所述沟槽底面至腹板部分下模面之间的厚度h2与所述预锻件的腹板厚度h1之间的比值为0.9～1.0；

所述凸台的上模面至下模面之间的厚度H1=（H+h2）/2。

本发明方法的有益效果在于：

（1）其将常规的一次预锻成形改进为两次预锻成形，其先对坯料进行锻件高筋部分的一次性模锻成形，从而保证了锻件高筋部分的成形到位率，同时对位于高筋部分内侧的坯料上模面进行纵向的分料压颈成形，由于在分料压颈的过程中金属材料在第一预锻模的锻压下向高筋内侧流动并向上汇聚形成一凸台、同时在高筋部分与所述凸台之间形成一个纵向延伸的下凹的沟槽，因而在对凸台和沟槽部分进行第二次预锻从而完成预锻件腹板部分的成形时能够有效提高材料利用率并减小模锻时材料的变形抗力，进而降低对设备最大成形力的需求；

（2）其中第一次预锻成形时同时成形预锻件的腹板下模面，便于在第二次预锻时对坯料进行定位；

（3）坯料高度H0与最终的锻件的高筋部分高度H之比控制在0.9～1.1，该比值小于0.9则高筋部分在第一次预锻时不易成形到位，从而会增加终锻过程成形抗力；若该比值太大则坯料横截面宽度会减少，不利于金属填充及流动；

（4）第一次预锻成形时坯料高度H0与沟槽宽度W的比值≤4.5，若大于该值则在锻造过程中坯料易发生失稳产生折叠；而凸台斜面的斜度θ≤45°，若大于该值则第二次预锻成形时容易造成腹板折叠。

附图说明