钛合金细长棒材等温挤压模具的制作方法

本实用新型涉及的是一种锻造领域的技术，具体是一种钛合金细长棒材等温挤压模具。

背景技术：

由结构钛合金制成的棒材被用于制造机体和紧固件受力零件，这些零件大多用于航空航天飞行器上，故对质量要求非常高。在工业生产中，这些棒材通常用多工步热轧制造，材料利用率低，机械加工余量大。低于10mm小直径棒材用冷挤压方法多工步生产，需要多次中间退火和处理，能耗高，劳动量大，污染环境。

技术实现要素：

本实用新型针对现有成形工艺及模具无法应用于钛合金细长杆的等温挤压的缺陷，提出一种钛合金细长棒材等温挤压模具，通过一次挤压即可完成棒材的要求。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型包括：上模板、下模板、上凸模和下凹模，其中：上凸模为圆柱形，下凹模轴向截面呈U字形且底部开有通孔，上模板和下模板通过导柱导套相连，上凸模固定于上模板中心，下模板中部设有凹模托板，凹模托板中心处设有通孔，下凹模固定于凹模托板，下凹模底部的通孔与凹模托板中心处通孔同心，下凹模套有凹模压紧圈，下凹模与凹模压紧圈锥面配合，凹模压紧圈和凹模托板的外壁连有加热器。

所述的下凹模外径由上部开口到底部逐渐增大，其锥度为1°30′。

所述的下凹模的底部通孔内壁设有突起的挤压工作带，挤压工作带高H为4mm，入口角α为60°。

所述的上凸模的与下凹模配合的端头部为锥形。

所述的凹模托板的中心处通孔中设有中通导向套，导向套外壁与凹模托板的中心处通孔内壁静配合。

所述的导向套内设有顶杆，顶杆的底端穿出下模板且连有顶杆托板。

所述的凹模托板外侧壁设有外接压缩空气管接头，外接压缩空气管接头与凹模托板的中心处通孔相连通。

所述的凹模压紧圈侧壁内设有热电偶。

所述的加热器为缠绕于凹模压紧圈和凹模托板外周面的铁铬铝高电阻合金丝。

所述的上模板与下模板之间设有拉杆，拉杆一端穿设于上模板，另一端穿过下模板且连有反拉杆托板。

技术效果

与现有技术相比，本实用新型挤压过程中不需要中间退火工序，一次挤压即可完成棒材的要求，获得棒材端面强度大，塑性大幅提高，获得棒材的宏观组织为等轴球状细晶粒，其晶粒尺寸≤10μm。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为锻压后的棒材金相图；

图中：1模柄、2内六角螺钉、3上模板、4凸模紧固圈、5拉杆螺钉、6导套、7凹模压紧圈、8凹模托板、9外接压缩空气管接头、10导柱、11下模板、12拉杆、13反拉杆托板、14顶杆、15固定螺钉、16顶杆托板、17导向套、18加热器、19凸模托板、20热电偶、21上凸模、22下凹模。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括：上模板3、下模板11、上凸模21和下凹模22，其中：上凸模21为圆柱形，下凹模22轴向截面呈U字形且底部开有通孔，上模板3和下模板11通过导柱10导套6相连，上凸模21固定于上模板3中心，下模板11中部设有凹模托板8，凹模托板8中心处设有通孔，下凹模22固定在凹模托板8上，下凹模22底部的通孔与凹模托板8中心处通孔同心，下凹模22套有凹模压紧圈7，凹模压紧圈7和凹模托板8的外壁连有加热器18。

所述的上模板3的上表面的中心处设有模柄1，模柄1通过内六角螺钉2与上模板3固定。上模板3的下表面中心处设有上凸模21，上凸模21根端与凸模托板19相连，凸模托板19内嵌于上模板3中。上凸模21呈圆柱形，其根部的外表面为斜面，套有凸模紧固圈4，上凸模21和凸模紧固圈4锥面配合，凸模紧固圈4与上模板3通过内六角螺钉2相连，上凸模21和凸模紧固圈4通过凸模托板19定位。上凸模21下端头为锥形，锥面与水平面夹角为15°。

所述的上模板3和下模板11之间通过导柱10与导套6相连，导柱10和导套6位于上模板3和下模板11的边缘。导柱10和导套6采用压配合分别压入上模板3和下模板11，组成导向系统。

所述的下模板11上表面的中心处设有凹模托板8，凹模托板8底部凸肩与下模板11上的凹档相配合，凹模托板8的中心处设有通孔，该通孔内设有导向套17，以防止挤出的细棒挤压件弯曲。导向套17的外壁与凹模托板8的中心通孔内壁采用过盈配合，导向套17内设有顶杆14，顶杆14的下端穿出下模板11。顶杆14的下端连有条形的顶杆托板16，顶杆托板16两侧穿有导向杆，该导向杆一端固定于下模板11，另一端设有固定螺钉15。

所述的下凹模22设于凹模托板8中心处，下凹模22的截面为U形，其外径由上端向下端逐渐增大，外周面为锥面，锥度为为1°30′，下凹模22的底部设有通孔。所述的下凹模22底部通孔内壁设有凸起带作为挤压工作带，其高H为4mm，入口角α为60°。下凹模22底部的通孔与导向套17的中心孔对齐。下凹模22外壁套有凹模压紧圈7，凹模压紧圈7与下凹模22的外侧斜面配合，实现相互固定。凹模压紧圈7通过内六角螺钉2与凹模托板8相连，而凹模托板8通过内六角螺钉2与下模板11固连。凹模压紧圈7侧壁内沿径向设有热电偶20以检测凹模内锻件温度，采用日本岛电FP93可编程PID调节器实现高精度温控系统。下凹模22由耐热高强度镍基合金GH4145铸造经机械加工而成，下凹模22和上凸模21单边间隙不大于0.1mm，以防止形成挤压毛刺。

所述的凹模托板8一侧的侧壁内设有径向通气孔，该通气孔直通到导向套17内孔，外侧壁的通气孔处设有外接压缩空气管接头9，以给入压缩空气强制冷却挤出杆件。凹模托板8和凹模压紧圈7的外周面缠绕有铁铬铝高电阻合金丝即作为加热器18，加热器18由热电偶20控制以实现温度调节，炉衬采用新型轻质耐火砖与陶瓷纤维碳复合结构耐火材料LYGX-589。

所述的上模板3与下模板11之间设有拉杆12，拉杆12一端穿设于上模板3，另一端穿过下模板11且连有反拉杆托板13，拉杆12上端设有拉杆螺钉5，拉杆12位于凹模托板8与导柱10之间，下端都与同一反拉杆托板13相连。

将钛合金锻坯用车床去表皮后，在其外侧加工出1mm细牙螺纹，再喷涂FRB-6润滑剂晾干后加热到930℃，反复镦粗拔长12次后对数变形程度大约为ln3，置于下凹模22中。上凸模21在与坯料接触后以0.1mm/s速度挤压，直至锻件全部挤压成棒材，而后压力机滑块上升，带动拉杆12向上运动，从而带动顶杆14向上顶出棒材。

如图2所示，挤压出的钛合金棒材的显微组织为球状等轴细晶粒组织，断面强度大，塑性好。成形后的钛合金细长棒材的力学性能和国家标准对比如表1所示。

表1本实施例中细长棒材力学性能数值表

本装置与现有技术相比，本实用新型挤压过程中不需要中间退火工序，一次挤压即可完成棒材的精密成形，获得棒材断面强度大，获得棒材宏观组织为等轴球状细晶粒，其晶粒尺寸≤10μm，塑性好。