一种大型钛合金深腔长盒肋锻件、模具及其成型方法与流程

1.本发明涉及钛合金深腔长盒肋模具制造领域，尤其涉及一种大型钛合金深腔长盒肋锻件、模具及其成型方法。


背景技术：

2.在现有技术中，大型钛合金深腔长盒肋锻件的锻造通常采用胎模锻方式或传统模锻方式生产。然而，采用胎模方式生产的锻件，材料利用率低，热处理淬透性差，零件机加时金属流线基本被切断，组织力学性能和均匀性得不到保证。如图5所示，传统模锻锻件的设计主要在深腔肋的连接筋中部分模，生产的锻件由于分模面处带有较厚的连皮，而且由于锻件深腔内外侧壁均有较大的拔模斜度，锻件余量大，因此也存在材料利用率不高的问题；此外，机加零件的过程中金属流线也会被切断，加工工艺较为繁琐，生产效率不高，同时锻件深腔内外侧壁存在较大的拔模斜度时，金属在锻模型腔中充填能力较差，给锻造设备的吨位带来极大的考验。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种大型钛合金深腔长盒肋模具及其锻造成型方法，解决现有技术中深腔长盒肋锻件锻造过程中存在的材料利用率低、金属流线被切断、锻造成形较差，综合力学性能不均匀的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明一种大型钛合金深腔长盒肋锻件，包括锻件本体，所述锻件本体的顶面上设置有多个顶面槽体，相邻两个顶面槽体之间设置有连接筋，所述锻件本体的底面上设置有两个长方形凸台，所述锻件本体的两个长度方向的侧壁上对称设置有多个侧边梯形台，且所述侧边梯形台位于侧壁的顶部。
6.进一步的，所述顶面槽体的四个侧边和两个长度方向的侧壁设置有拔模斜度
7.一种锻造如上所述的大型钛合金深腔长盒肋锻件的模具，包括带有间隔性凸台的上模和带有凹槽的下模，所述凸台设于所述上模的底面宽度的中心位置处，凸台在长度方向设有多个且与大型钛合金深腔长盒肋锻件的顶面形状相对应，所述下模上的凹槽设置有多个且与大型钛合金深腔长盒肋锻件的底面形状相对应；当所述上模与所述下模闭合后，上模型腔和下模型腔相结合后的内部形状与大型钛合金深腔长盒肋锻件的外部形状相对应。
8.进一步的，所述下模的型腔侧壁上设置有拔模斜度，所述凸台的侧壁上设置有拔模斜度，其中，下模型腔的侧壁拔模斜度a2设置为3
°
～5
°
，上模型腔的侧壁拔模斜度a1为1
°
～3
°
。
9.进一步的，所述下模上设置有多个下顶出杆，所述下顶出杆分布在所述大型钛合金深腔长盒肋锻件底部为平面的位置。
10.进一步的，所述上模与所述下模闭合后，所述上模的底面与所述下模的顶面相接
触形成分模面，所述分模面位于大型钛合金深腔长盒肋锻件的连接筋顶端。
11.利用如上任意一项所述的大型钛合金深腔长盒肋模具进行锻造成型方法，其特征在于：具体包括以下步骤，
12.步骤一、荒坯的制备，将棒料进行自由锻制成荒坯；
13.步骤二、荒坯的机械加工，将所述荒坯沿高度方向对上下表面进行机械加工，机械加工时表面粗糙度要求ra1.6～3.2μm；
14.步骤三、加工后荒坯的探伤检测，将加工后的荒坯进行超声波探伤，检测荒坯内部组织的一致性；
15.步骤四、分阶段锻造成型：
16.1)预成型，将超声波探伤后的荒坯置于大型钛合金深腔长盒肋模具中进行常规定位锻，使坯料在模具型腔中预成型；
17.2)终成型，将预成型坯料置于模具型腔中进行准β锻造或β锻造，使坯料在模具型腔中最终成型，得到满足图纸要求的锻件；
18.3)顶出取件，锻造机床作业通过下顶出杆将所述锻件从锻造模具中顶出，通过人工操作或机械手将锻件取走放置到产品存放到冷却架上。
19.进一步的，预成型时坯料加热温度为相变点以下30～50℃，保温时间为有效截面厚度
×
0.4～0.8分钟；终成型时坯料加热温度为相变点以上10～30℃，保温时间为有效截面厚度
×
0.2～0.5分钟
20.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
21.本发明一种大型钛合金深腔长盒肋锻件、模具及其成型方法，模具包括上模和下模，上模上设置有多个凸台，下模的顶面上设置有多个凹槽，当上模与下模闭合后，上模型腔和下模型腔相结合后的内部形状与大型钛合金深腔长盒肋锻件的外部形状相对应；利用该模具进行大型钛合金深腔长盒肋锻件的锻造，包括1)棒料锻制成荒坯，2)荒坯机械加工，3)加工后荒坯的探伤检测，4)分阶段锻造成型，总计四个步骤，完成锻件的锻造成型作业。本发明构思巧妙，通过锻件本身设计的调整，对锻造模具进行改进，分型面设置在锻件的顶面一侧，通过在下模的型腔侧壁上和凸台的侧壁上设置有拔模斜度，锻件成型方便快捷，取件方便，此外锻造之前的机加工作业使得生产出的锻件余量小，锻件的外廓完全沿着零件外廓分布、保持锻件的金属流线的完整性，很大程度上提升锻件的组织力学性能。同时，采用本锻造模具的锻造成型方法，能够在有限吨位的锻造设备上采用常规锻造(α+β两相区)、准β锻造或β锻造技术，快捷地生产出大型钛合金深腔长盒肋锻件。
附图说明
22.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
23.图1为本发明大型钛合金深腔长盒肋锻件的结构示意图；
24.图2为本发明大型钛合金深腔长盒肋模具的纵剖面结构示意图；
25.图3为本发明大型钛合金深腔长盒肋模具的横剖面结构示意图；
26.图4为本发明大型钛合金深腔长盒肋模具的锻造模具加工出的锻件显微组织图；
27.图5为现有技术钛合金深腔长盒肋锻件结构示意图；
28.附图标记说明：1、上模；2、凸台；3、上模型腔；4、下模；5、下模型腔；6、下顶出杆；7、
分模面；8、锻件本体；801、顶面槽体；802、连接筋；803、长方形凸台；804、侧边梯形台；
29.a1、上模型腔的侧壁拔模斜度；a2、下模型腔的侧壁拔模斜度；r1、上模凸台底部的凸圆角；r2、下模型腔底部的凹圆角。
具体实施方式
30.如图1所示，一种大型钛合金深腔长盒肋锻件，包括锻件本体8，所述锻件本体8的顶面上设置有多个顶面槽体801，相邻两个顶面槽体801之间设置有连接筋802，所述锻件本体8的底面上设置有两个长方形凸台803，所述锻件本体的两个长度方向的侧壁上对称设置有多个侧边梯形台804，且所述侧边梯形台804位于侧壁的顶部。具体的，为了成型的工艺性更加良好，所述顶面槽体801的四个侧边和两个长度方向的侧壁设置有拔模斜度。通过对侧边梯形台804位置的调整，将分型面的位置发生改变，使得产品的成型工艺性更加，模具结构变的更加简单。
31.如图2
‑
3所示，一种锻造如上所述的大型钛合金深腔长盒肋锻件的模具，包括带有间隔性凸台2的上模1和带有凹槽的下模4，所述凸台2设于所述上模1的底面宽度的中心位置处，凸台2在长度方向设有多个且与大型钛合金深腔长盒肋锻件的顶面形状相对应，所述下模4上的凹槽设置有多个且与大型钛合金深腔长盒肋锻件的底面形状相对应；当所述上模1与所述下模4闭合后，上模型腔3和下模型腔5相结合后的内部形状与大型钛合金深腔长盒肋锻件的外部形状相对应。具体的，多个凸台2的形状和规格与所述顶面槽体801一一对应，下模4上的凹槽的形状和规格与所述锻件本体8的外形、所述长方形凸台803的规格相对应。
32.具体的，所述下模4的型腔侧壁上设置有拔模斜度，所述凸台2的侧壁上设置有拔模斜度，其中，下模型腔5的侧壁拔模斜度a2设置为3
°
～5
°
，上模型腔3的侧壁拔模斜度a1为1
°
～3
°
，且型腔的拔模斜度与锻件上相对成型位置处的拔模斜度相同。
33.具体的，所述下模4上设置有多个下顶出杆6，所述下顶出杆6分布在所述大型钛合金深腔长盒肋锻件底部为平面的位置。此外，顶出杆的分布要保持均衡，从而保证锻件的顶出时受力均衡，避免局部顶出变形的问题发生。
34.具体的，所述上模1与所述下模4闭合后，所述上模1的底面与所述下模4的顶面相接触形成分模面7，所述分模面7位于大型钛合金深腔长盒肋锻件的连接筋顶端，侧边梯形台804在下模4上成型，根据模具设计原理，一般分型面位于锻件最大轮廓处。
35.利用如上所述的大型钛合金深腔长盒肋模具进行锻造成型方法，具体包括以下步骤，
36.步骤一、荒坯的制备，将棒料进行自由锻制，制备成荒坯；
37.步骤二、荒坯的机械加工，将所述荒坯沿高度方向对上下表面进行机械加工，机械加工时表面粗糙度要求ra1.6～3.2μm，机加工后预留的坯料厚度为120
‑
150mm；通过该机械加工，将平面结构的荒坯根据锻件的设计，将上表面的多个顶面槽体801和下表面的长方形凸台803进行初步机加工成型，保持锻造时，各个区域锻造厚度的一致性，从而更好的保证锻件的质量；
38.步骤三、加工后荒坯的探伤检测，将加工后的荒坯进行超声波探伤，检测荒坯内部组织的一致性；通过中间过程的无损检测，保证坯料内部无缺陷；确保最终锻件的高倍组织
符合标准要求，如图4所示。
39.步骤四、分阶段锻造成型：
40.1)预成型，将超声波探伤后的荒坯置于大型钛合金深腔长盒肋模具中进行常规定位锻，使坯料在模具型腔中预成型；预成型坯料加热温度为相变点以下30～50℃，保温时间为有效截面厚度
×
0.4～0.8分钟。
41.2)终成型，将预成型坯料置于模具型腔中进行准β锻造或β锻造，使坯料在模具型腔中最终成型，得到满足图纸要求的锻件；具体的，终成型时坯料加热温度为相变点以上10～30℃，保温时间为有效截面厚度
×
0.2～0.5分钟。
42.3)顶出取件，锻造机床作业通过下顶出杆将所述锻件从锻造模具中顶出，通过人工操作或机械手将锻件取走放置到产品存放到冷却架上。
43.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。