[发明专利]α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多台阶大型异形环件的成形方法，特别是涉及了α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的成形方法。

背景技术

异形环锻件按照零件外形轮廓设计，能有效提高材料利用率、获得比较理想的性能及与零件外形轮廓相匹配的流线。但是实际中零件的形状往往千奇百怪，很难做到完全按照零件外形轮廓设计，只能设计成与零件截面相近而又比较简单的异形环锻件，这种方法与矩形环锻件相比，其材料利用率虽然有所提高，但是提升量有限。目前，轧制成形的异形环件大多为简单的异形环件，例如，仅有一个、两个或三个台阶的异形环。而对于含有多个台阶(三个以上)的大型异形环件，其截面变化复杂，对于坯料及模具的设计要求非常高，国内外很少有厂家能够直接轧制成形。

2013年01月16日公开的中国发明专利说明书CN102873511A公开了一种拥有三个台阶的复杂截面环件径向轧制成形方法，该方法先将圆柱形棒材锯切成适当尺寸的料段，将料段从室温均匀加热到奥氏体温度并保温后，经滚圆、镦粗并模锻成两端有凹孔的预锻件，最后在预锻件中间冲孔、冲连皮得到轧制用环件毛坯，在将毛坯回炉加热，当温度达到目标温度并保温后取出，放入径向轧环机封闭式孔型内轧制成形，经过多转轧制变形成为规定形状尺寸的拥有三个台阶的复杂截面环形锻件，在经正火、回火热处理以保障力学性能，最后将锻件切削加工成成品环件。该方法成形的三台阶环件，轧制的过程中，与模具的接触都是平面接触，因此成形较为简单。而对于复杂的多台阶异形环件，采用该方法成形时，由于坯料或模具设计不合理，或者轧制过程中坯料和模具的匹配不合理，都会严重影响成形效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的成形方法，该方法通过对制图软件辅助制备中间环坯，以及对轧制过程与胀形过程进行控制，实现α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的成形。

为解决上述技术问题，本发明所述α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的成形方法，其技术方案包括以下步骤：

根据α-β两相钛合金多台阶大型异形环件的结构特点，借助制图软件从高度方向上等距逐层切割锻件截面，获取多台阶大型异形环件截面面积数据并制成曲线，得到多台阶大型异形环件截面面积与高度的变化关系；再根据多台阶大型异形环件截面面积与高度的变化趋势，以及等体积原则，通过在制图软件上进行描点，绘制中间环坯的截面面积与高度的变化关系曲线，从而可以获得中间环坯外形及尺寸；

取一定规格的α-β两相钛合金棒材，加热至锻造温度后，再经过镦粗、冲孔、预轧成矩形环坯；按照中间环坯的外形及尺寸，经过胎膜成形获得中间环坯；

将中间环坯套入环轧机的芯辊中，将中间环坯所在的工作台面抬高5mm～10mm，直到中间环坯被完全咬入后放开，使中间环坯处于倾斜状态；驱动主辊靠近中间环坯，使主辊先与中间环坯的下端接触；启动环轧机，进行轧制，金属材料开始填充模具型腔，并且由下而上逐步完成了各台阶的成形，此过程中，中间环坯从倾斜状态恢复到正常状态，得到异形环轧件；

将异形环轧件装入胀形机，胀形的目标尺寸以多台阶大型异形环件的下端内径为基准，对异形环轧件进行胀形，达到目标尺寸后，保持20s～30s，得到多台阶大型异形环件。

所述主辊的型面按照多台阶大型异形环件外径型面进行制作，主辊的高度H₁＝H_锻×(1+Φ)+ρ₁，式中，H_锻为多台阶大型异形环件高度，Φ为材料的热收缩率，ρ₁为主辊的高度补偿量；ρ₁均匀分布在主辊的上下两端。

所述芯辊的型面按照多台阶大型异形环件内径型面进行制作，芯辊的高度H₂＝H_锻×(1+Φ)+ρ₂，式中，H_锻为多台阶大型异形环件高度，Φ为材料的热收缩率，ρ₂为芯辊的高度补偿量；ρ₂均匀分布在芯辊的上下两端。

所述异形环轧件的外径R′＝R-ε，式中，R为多台阶大型异形环件的外径，ε为后续胀形变形量；所述异形环轧件的内径r′＝r-ε，式中，r为多台阶大型异形环件的外径，ε为后续胀形变形量。

所述胀形的目标尺寸r₂＝r₁×(1+Φ)+δ，式中，r₁为多台阶大型异形环件的下端内径，Φ为材料的热收缩率，δ为回弹补偿量。