一种钛或钛合金高尔夫球头散件的制作方法与流程

本发明属于高尔夫球头制造技术领域，具体地涉及一种钛或钛合金高尔夫球头散件的制作方法。

背景技术：

钛及钛合金的一个特性是在高温下具有超塑性，这一特点已被用于航空航天复杂钛合金件的制作中。由于钛及钛合金密度低、强度好，可以使高尔夫球具中的木杆头和铁杆头的球头体积做大，因而采用钛及钛合金来制作高尔夫球头已被广泛应用。

由于现在高尔夫球头的设计越来越复杂，制作也就越来越困难，为了保证钛合金件的力学性能，锻造时的加热温度就要严格控制。形状复杂的高尔夫球头散件的打击面及上、下盖，其变形抗力对变形温度和变形速度异常敏感。例如，若采用一般的锻造工艺，由于锻造过程中锻造模具的温度通常大大低于由打击面、上盖、下盖组成的高尔夫球头散件加热后的锻造温度，所以锻造时高尔夫球头散件放入锻造模具后锻造时，高尔夫球头散件的实际温度要低于工艺规定的锻造温度，且内外的温度不均匀，使高尔夫球头散件的变形抗力增大，塑性降低，限制了高尔夫球头散件的变形量。若要保变形量只有加大锻造设备的吨位。而由于钛或钛合金高尔夫球头散件的厚度很薄，使用大吨位锻造设备锻造时，不仅锻造设备易损坏，还很容易损坏锻造模具，锻造难度很大。

为此，有些厂家用提高加热温度，甚至在模具上直接用气体加热工件。这种提高加热温度进行锻造的方式是不符合工艺规定的，在模具上直接用气体加热也是钛或钛合金所不允许的，因气体的加热温度远远高于工艺规定温度，这时钛或钛合金的内部金相组织是不合格的，因而锻造出的钛球头各部件的微观组织会被完全改变，力学性能降低，无法保证力学性能，给高尔夫球头的质量带来后患。如果在对高尔夫球头散件加热时将其控制在规定的锻造温度范围内，目前的设备又是锻不出来的，因为在锻造加工时钛或钛合金零件因为在空气中会降温，这样实际的锻造温度要低于规定的锻造温度100～150℃左右的。

高尔夫球头散件也因密度低、强度高而大量的选用，为提高高尔夫球头散件的性能，球头形状设计越来越来复杂，同一个部件上厚度差也增大，如最薄处仅为1.5mm,厚处为4.5～5mm，这种高尔夫球头散件，厚度薄，面积大，往往现有的技术锻造时，是用大吨位的锻压机，而模具往往无法承受大的锻造压力，使得模具易损坏，。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决现有的高尔夫球头散件加热后冷却速度快和难加工而采用大吨位的锻压机，而锻压模具往往无法承受大的锻造压力，使得模具易损坏的问题，提供一种钛或钛合金高尔夫球头散件的制作方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种钛或钛合金高尔夫球头散件的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)制作散件：制作钛或钛合金的高尔夫球头散件；

(2)模具加热、保温：将具有电加热装置的锻压机上加热至锻造温度后，确保锻造模具温度在700-960℃；

(3)抗氧化处理：将步骤(1)中的高尔夫球头散件的表面涂上抗氧化剂并形成抗氧化层，并自然干燥；

(4)散件加热处理：将步骤(3)处理后的高尔夫球头散件进入电加热炉升温加热，加热温度在700-960℃；

(5)等温锻造：将步骤(4)处理后的高尔夫球头散件置于具有电加热装置的锻压机的锻造模具中，使得高尔夫球头散件和锻造模具处于700-960℃，并通过锻造模具对高尔夫球头散件在进行锻压成型；

(6)将高尔夫球头散件出模，并进行降温处理，所述锻压模具设置在电阻炉的内部。

本发明的进一步优选，所述锻造模具采用nicrwmo的材料制作而成。

本发明的进一步优选，所述抗氧化剂为ti-5和at-23，所述抗氧化层为0.1-0.2mm。

本发明的进一步优选，所述电加热装置为电阻炉，通过电阻炉将高尔夫球头散件和锻造模具加热至同一锻造温度下，通过锻压机的锻压模具对高尔夫球头散件进行等温锻压成型。

本发明的进一步优选，所述锻压机上设置有水冷板，所述水冷板通过焊接设置在锻压模具和锻压工作台之间。

本发明是将钛或钛合金的高尔夫球头散件表面涂上抗高温氧化涂层，并自然干燥，置于在同一加温区与该高尔夫球头散件同样锻造温度的锻造模具中进行等温锻压成型后，再出模降温。将高尔夫球头散件与锻造模具置于同一加温区的等温条件下进行锻压加工，减少或消除了高尔夫球头散件与锻造模具间的温差，因此即使钛或钛合金散件的变形抗力对变形温度和变形速度异常敏感，也可以有效地消除高尔夫球头散件遇到低温锻造模具后迅速降温和材料应变硬化的问题，显著降低了高尔夫球头散件的变形抗力，因此采用目前的小吨位锻压设备即可满意地锻压出符合要求的高尔夫散件，并能节省大设备的投资，也节省了能源。由于工件锻造时的工作温度始终处于工艺规定的范围内，因此锻压出来的高尔夫球头打击面的金相组织完全符合要求，力学性能完全达到标准。

为了使锻造模具能够承受相应的锻造温度，锻造模具应采用耐高温的材料。高尔夫球头散件和锻造模具的加热方式可以根据工艺规定任意选择现有的各种方法。由于本发明的方法是利用了钛或钛合金材料的高温超塑性，锻压时又是对高尔夫球头散件进行缓慢变形，因此在制作复杂的高尔夫球头的打击面或上、下盖等散件时，还可以大幅度降低对钛或钛合金材料的消耗。

另一种优选的方式为，所述的电加热装置为电阻炉，将所述的高尔夫球头散件和锻造模具一同置于电加热炉中加热至锻造温度后，用锻压机直接通过仍处于电阻炉中的锻造模具进行等温锻压成型。当高尔夫球头散件和锻造模具达到要求温度后立即用压力设备加压成型，直接对已加热的高尔夫球头散件放在锻压模具上进行装件和锻压，这样不浪费能源，加工效率也很高。由于压力设备位于电阻炉外，为减少电加热炉内的热量损失和对其它设备结构的不利影响，在锻造模具上设置有水冷板，所述水冷板通过焊接设置在锻压模具和锻压工作台之间，避免热量的外传和泄漏。采用此种方式加热时，可以同时将多个高尔夫球头散件同时放电阻炉中一并加热，达到锻造温度后，逐个置于模具中锻压成型，可以显著提高锻造效率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明通过高尔夫球头散件在锻造时能够使高尔夫球头散件与锻造模具保持为相同的温度，进行等温锻造，并在高尔夫球头散件表面涂设抗高温氧化涂层，使得高尔夫球头散件表面组织大小均匀，克服了传统的钛或钛合金的硬度高，脆性大的缺点，不仅可以使用目前常规的锻造小吨位的设备进行加工，而且由于采用小吨位锻造机可以大大节省对钛或钛合金材料的使用和消耗，有效降低了生产成本，而且利用了。

2.所述锻造模具采用nicrwmo的材料制作而成，克服传统模具强度低易被压塌的缺点，提高锻压模具的耐高温特性，减小锻压模具的磨损，提高锻压模具的使用寿命。

3.所述抗氧化剂为ti-5和at-23，所述抗氧化层为0.1-0.2mm，防止高尔夫球头散件氧化，并使得高尔夫球头散件在锻造时表面组织大小更加均匀。

4.锻压机配备具有电阻炉的锻压机，克服现有的高尔夫球头散件因为暴露在空气中会迅速降温的问题。

5.所述电加热装置为电阻炉，通过电阻炉将高尔夫球头散件和锻造模具加热至同一锻造温度下，通过锻压机的锻压模具对高尔夫球头散件进行等温锻压成型。

6.所述锻压机上设置有水冷板，所述水冷板通过焊接设置在锻压模具和锻压工作台之间使得锻压模具在长时间加热后，高温不易传递给锻压机本体上，提高锻压机的使用寿命。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为普通锻造的的高尔夫球头上盖示意图；

图2为图1普通锻造的高尔夫上盖的a-a剖面状态，表示其有凸出台阶不光滑表附面的示意图；

图3为本发明锻造方法的的高尔夫球头上盖示意图；

图4为图3本发明锻造方法的高尔夫上盖的b-b剖面状态，表示其表面光滑程度；

图5为tc4钛合金的金相图；

图6为普通气体加热锻造后tc4钛合金的金相图；

图7为本发明等温锻造后tc4钛合金的金相图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1-7对本发明作详细说明。

一种钛或钛合金高尔夫球头散件的制作方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)制作散件：制作钛或钛合金的高尔夫球头散件；

(2)模具加热、保温：将具有电加热装置的锻压机上加热至锻造温度后，确保锻造模具温度在700-960℃；

(3)抗氧化处理：将步骤(1)中的高尔夫球头散件的表面涂上抗氧化剂并形成抗氧化层，并自然干燥；

(4)散件加热处理：将步骤(3)处理后的高尔夫球头散件进入电加热炉升温加热，在700-960℃保温2～2.5小时；

(5)等温锻造：将步骤(4)处理后的高尔夫球头散件置于具有电加热装置的锻压机的锻造模具中，使得高尔夫球头散件和锻造模具处于700-960℃，并通过锻造模具对高尔夫球头散件在进行锻压成型；

(6)将高尔夫球头散件出模并进行降温处理。

本发明的进一步优选，所述锻造模具采用nicrwmo的材料制作而成。

本发明的进一步优选，所述抗氧化剂为ti-5和at-23，所述抗氧化层为0.1-0.2mm。

本发明的进一步优选，所述电加热装置为电阻炉，通过电阻炉将高尔夫球头散件和锻造模具加热至同一锻造温度下，通过锻压机的锻压模具对高尔夫球头散件进行等温锻压成型。

本发明的进一步优选，所述锻压机上设置有水冷板，所述水冷板通过设置在锻压模具和锻压工作台之间，所述锻压模具设置在。

本发明是将钛或钛合金的高尔夫球头散件表面涂上抗高温氧化涂层，并自然干燥，置于在同一加温区与该高尔夫球头散件同样锻造温度的锻造模具中进行等温锻压成型后，再出模降温。将高尔夫球头散件与锻造模具置于同一加温区的等温条件下进行锻压加工，减少或消除了高尔夫球头散件与锻造模具间的温差，因此即使钛或钛合金散件的变形抗力对变形温度和变形速度异常敏感，也可以有效地消除高尔夫球头散件遇到低温锻造模具后迅速降温和材料应变硬化的问题，显著降低了高尔夫球头散件的变形抗力，因此采用目前的小吨位锻压设备即可满意地锻压出符合要求的高尔夫散件，并能节省大设备的投资，也节省了能源。由于工件锻造时的工作温度始终处于工艺规定的范围内，因此锻压出来的高尔夫球头打击面的金相组织完全符合要求，力学性能完全达到标准。

为了使锻造模具能够承受相应的锻造温度，锻造模具应采用耐高温的材料。高尔夫球头散件和锻造模具的加热方式可以根据工艺规定任意选择现有的各种方法。由于本发明的方法是利用了钛或钛合金材料的高温超塑性，锻压时又是对高尔夫球头散件进行缓慢变形，因此在制作复杂的高尔夫球头的打击面或上、下盖等散件时，还可以大幅度降低对钛或钛合金材料的消耗。

实施案例二：本实施是在实施例1的基础上进一步优化，本实施例重点阐述与实施例1相比的改进之处，相同之处不再赘述，所述的电加热装置为电阻炉，将所述的高尔夫球头散件和锻造模具一同置于电加热炉中加热至锻造温度后，用锻压机直接通过仍处于电阻炉中的锻造模具进行等温锻压成型。当高尔夫球头散件和锻造模具达到要求温度后立即用压力设备加压成型，直接对已加热的高尔夫球头散件放在锻压模具上进行装件和锻压，这样不浪费能源，加工效率也很高。由于压力设备位于电阻炉外，为减少电加热炉内的热量损失和对其它设备结构的不利影响，在锻造模具上设置有水冷板，所述水冷板设置在锻压模具和锻压工作台之间，避免热量的外传和泄漏。采用此种方式加热时，可以同时将多个高尔夫球头散件同时放电阻炉中一并加热，达到锻造温度后，逐个置于模具中锻压成型，可以显著提高锻造效率。

实施案例三：本实施是在实施例1的基础上进一步优化，本实施例重点阐述与实施例1相比的改进之处，相同之处不再赘述，在图1～图2所示的采用气体加热方法锻造的高尔夫球头上盖结构，由于上盖本身非常薄(＜1mm)，内部并带有六方形凸棱结构，而由于高尔夫球头散件的温度在锻压过程中在不断冷却降低，且冷却速度不一致，因而要锻造成型和保证上盖表面的厚度一致非常困难，只有提高温度才能使其内部形成所需的凸棱和六方凹形，而其外部同时也会形成六方凸形结构(如图2所示)，需留待后期进行磨削加工处理，因此不仅上盖内部的凸起的加强筋要加宽，使得上盖的重量增加，增大了材料的消耗，而要使用普通锻造方法直接锻压出顶部光滑的上盖，则必须提高锻造设备的吨位和提高温度，但由此会导致了锻压设备和锻造模具等都极易被损坏，也降低了材料力学性能。

实施案例四：本实施是在实施例1的基础上进一步优化，本实施例重点阐述与实施例1相比的改进之处，相同之处不再赘述，由图2可见，普通锻造方法的上盖，表面有凸出部分且厚度不均匀，锻造成型后上盖顶部突出的部分需通过人工打磨方式来保证顶部为光滑面，而人工打磨通常无法保证表面每处的厚度都是一致的，而且磨薄了会给高尔夫球头带来质量隐患。

在钛或钛合金材料所需的用量上，普通锻造方法制作的高尔夫开杆球头的上盖，目前一般需用料为48克。如图2所示，其成型后顶部突出部分需用人工磨掉来保证顶部为光滑面，材料必然存在浪费。图中的数字为锻造后的工件不同部位处的厚度尺寸(mm)，t为上盖产品所需保留的结构，d为锻造后，在后期加工中需被磨掉部分的结构。

实施案例五：本实施是在实施例1的基础上进一步优化，本实施例重点阐述与实施例1相比的改进之处，相同之处不再赘述，图3和图4所示的是采用本发明上述等温锻造方式得到的高尔夫球头上盖，由于锻压过程中的工件和模具都处于同一加温区的等温状态下，因此不存在非均匀不断降温所带来的各种不利，内部的加强筋可以做的很细，且采用小吨位锻压机(200～400吨锻压机)即可完成锻造过程，并大幅度减少了钛合金的使用和消耗重量。

从图3可以看出，通过本发明锻造方法的上盖，其表面的厚度是均匀的，并且具有良好的光滑度。与目前普通锻造方法相比，采用本发明锻造方法锻造同样的上盖，用料仅需28克，锻压后上盖顶部直接就是光滑面，不需要打磨，每件上盖即可节省钛或钛合金材料20g，节省比例高达42％以上，也使成本大幅度降低，批量工业化生产后对材料和成本的降低效果将会更为显著。

实施案例六：本实施是在实施例1的基础上进一步优化，本实施例重点阐述与实施例1相比的改进之处，相同之处不再赘述，采用目前普通方法与本发明上述方法锻造出的钛合金产品，其内部金相结构也完全不同。图5所示是tc4钛合金材料状态下的金相图。图6所示的普通气体加热后锻造tc4钛合金的金相图，其钛合金内部金相组织晶粒变的非常粗大，力学性能大大降低，其结果将会使得高尔夫球头打击面的强度很差，在击球时易破裂。图7所示的则是本发明上述方法锻造后的tc4钛合金金相图，与图7比较可清楚显示，图7的内部金相组织正常，可完全能够保证tc4材料的力学性能。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。