专利名称：一种钛合金膜板锻件的制作方法
技术领域：
本发明属于精密锻造技术领域，尤其涉及到一种钛合金膜板锻件的制作方法。
背景技术：
钛合金膜板是扫雷具发声器结构体中的重要部件，该零件尺寸大、形状复杂、几何 精度要求高、使用性能苛刻，加之材料强度等级高，因此成形难度很大，尤其是呈圆形均布 的六根加强筋。 目前，钛合金膜板主要采用自由锻造预制毛坯，随后进行机械加工的制造方法，在 实际生产中存在材料利用率很低，使用性能不稳定等突出问题。现有的锻造工艺中所使用 的锻造模具通常采用整体上模和整体下模的结构，模具尺寸较大，在机械加工、热处理过程 中对设备要求高，而且使用性能等难以得到保证，且模具损伤后的维修和更换费用也很大。
因此，开发能够提高钛合金膜板材料利用率，改善使用性能的制作方法日益受到 重视。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种钛合金膜板锻件的制作方法，该制作方法实 现了钛合金膜板锻件精密锻造成形，大幅度提高了材料利用率，改善使用性能，降低产品制 造成本，縮短生产周期。 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案 所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法包括组合上模的制作、组合下模的制作以
及利用组合上模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式。 所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其组合上模由平端模、上法兰、下法兰和
上型模构成；平端模呈圆柱形，平端模的下端部边缘设有小台阶，该小台阶形成的圆端面既
是工作面又是被工作面；上型模呈圆饼状，上型模的上端面为平端面且在上端面边缘设有
小台阶，该小台阶形成的圆端面直径>平端模小台阶形成的圆端面直径，上型模下端面的
型腔面设计与成品钛合金膜板锻件不带六根加强筋的端面形状相同；平端模小台阶形成的
圆端面是工作面时直接作用于待锻钛合金膜板锻件坯料，平端模小台阶形成的圆端面是被
工作面时与上型模的小台阶圆端面背靠背安装，安装时上法兰套在平端模小台阶，而下法
兰套在上型模小台阶，上法兰和下法兰的螺栓联接孔设置相同且通过螺栓将上型模固定在
平端模下。 所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其组合下模由型腔环、下型模、顶料杆、 模座和顶杆构成；模座呈圆柱形，模座的上端面为凹形，在上端面的周边均匀分布四个螺栓
安装槽，模座的下端面为平端面，模座的中心是通孔且通孔内配置有上下移动的顶杆；下 型模呈圆饼状，圆饼的周边均匀分布有四个螺栓安装槽且与模座的四个螺栓安装槽一一对 应，下型模上端面的型腔面设计与成品钛合金膜板锻件带六根加强筋的端面形状相同，下 型模下端面呈凸形且与模座上端面的凹形对应并坐在模座上，通过螺栓将下型模固定在模座，下型模中心设有锥度台阶状通孔，在锥度台阶状通孔内配置有上端带锥度的T型顶料 杆；型腔环安放在下型模上端面的型腔面上，型腔环上部的环端面为平端面，型腔环下部的 环端面与下型模配合处的型腔面相对应。 所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其利用组合上模和组合下模在压力机上 实现钛合金膜板锻件的制作方式分为预锻和重锻两个步骤，两个步骤分述如下
1、预锻 i)将组合上模中的上法兰套在平端模上，将平端模固定在压力机的活动横梁上； 将组合下模固定在压力机的工作台上；预锻前先将平端模和组合下模加热至740 760°C 并保温； ii)将待锻钛合金膜板锻件坯料放在加热炉内预热至20(TC时取出，在待锻钛合 金膜板锻件坯料上喷涂玻璃防护润滑剂，待干燥后再放入加热炉内加热至920 98(TC且 保温30分钟待用； iii)将保温的待锻钛合金膜板锻件坯料快速置于组合下模中的下型模上，注意保 持型腔环的安装位置不能变动，若变动要及时调整到位； iv)启动压力机，活动横梁带动平端模下行对保温的待锻钛合金膜板锻件坯料实 施预锻，此时平端模到达型腔环预定锻压位置的时间控制在20 40秒，使平端模和型腔环
完全闭合，再保持锻压压力io秒后停压，活动横梁带动平端模上行起模，启动压力机顶出
缸，顶杆上行使顶料杆顶起钛合金膜板锻件预锻坯料，此时钛合金膜板锻件预锻坯料的六 根加强筋成形，预锻过程结束； n、重锻 i)预先套在平端模的上法兰通过螺栓将套在上型模的下法兰联接在一起，同时拆 除组合下模中的型腔环，重锻前先将上型模和下型模加热至740 76(TC并保温；
ii)将钛合金膜板锻件预锻坯料空冷至25(TC时喷涂玻璃防护润滑剂，再置于加 热炉内加热至920 98(TC且保温20分钟待用； iii)将保温的钛合金膜板锻件预锻坯料快速置于下型模上，注意钛合金膜板锻件 预锻坯料与下型模的安装位置不变动，即钛合金膜板锻件预锻坯料的端面形状刚好落入下 型模中； iv)启动压力机，活动横梁带动上型模下行对保温的钛合金膜板锻件预锻坯料实 施重锻，此时上型模到达下型模预定锻压位置的时间控制在40 70秒，使上型模和下型模 完全闭合，再保持锻压压力30秒后停压，活动横梁带动上型模上行起模，启动压力机顶出 缸，顶杆上行使顶料杆顶起成品钛合金膜板锻件并空冷，重锻过程结束。
所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其玻璃防护润滑剂是Ti-5D，或是Ti-l。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性 1.钛合金膜板锻件采用两次锻造成形方法代替自由锻造成形方法，减少了制作工 序，縮短了生产周期，材料利用率提高，生产成本降低，同时采用局部加载，分两步完成锻造 成形，解决了钛合金膜板锻件加强筋易于冷却、填充不到位等问题，提高了钛合金膜板整体 力学性能，延长了使用寿命，在一定程度上也保证了设备的安全性。 2.模具采用分体式的组合结构，整体重量分解成单个分体的叠加总和，分体式模 具更简单和轻便，降低了模具加工和热处理难度以及对设备的要求，进而降低了模具制造成本。 3.锻造模具采用组合模具，通过变换组合部件形成不同模具型腔，首先解决了难 变形部位的成形问题，进而实现整个钛合金膜板的成形，材料利用率可达80%以上。
4、在模具出现磨损或失效的情况下，仅需维修或更换相应的分体部分，减少了模 具维修相关费用。
图1是钛合金膜板锻件成品立体图； 图2是本发明的组合上模和组合下模结构示意图； 图2中l-平端模；2-上法兰；3_下法兰；4_上型模；5_型腔环；6_下型模；7-顶
料杆；8-模座；9-顶杆。
具体实施例方式
结合图1、2，本发明的一种钛合金膜板锻件的制作方法包括组合上模的制作、组合 下模的制作以及利用组合上模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式。组 合上模由平端模1、上法兰2、下法兰3和上型模4构成；平端模1呈圆柱形，平端模1的下端 部边缘设有小台阶，该小台阶形成的圆端面既是工作面又是被工作面；上型模4呈圆饼状， 上型模4的上端面为平端面且在上端面边缘设有小台阶，该小台阶形成的圆端面直径>平 端模1小台阶形成的圆端面直径，上型模4下端面的型腔面设计与成品钛合金膜板锻件不 带六根加强筋的端面形状相同；平端模1小台阶形成的圆端面是工作面时直接作用于待锻 钛合金膜板锻件坯料，平端模1小台阶形成的圆端面是被工作面时与上型模4的小台阶圆 端面背靠背安装，安装时上法兰2套在平端模1小台阶，而下法兰3套在上型模4小台阶，上 法兰2和下法兰3的螺栓联接孔设置相同且通过螺栓将上型模4固定在平端模1下。组合 下模由型腔环5、下型模6、顶料杆7、模座8和顶杆9构成；模座8呈圆柱形，模座8的上端 面为凹形，在上端面的周边均匀分布四个螺栓安装槽，模座8的下端面为平端面，模座8的 中心是通孔且通孔内配置有上下移动的顶杆9 ;下型模6呈圆饼状，圆饼的周边均匀分布有 四个螺栓安装槽且与模座8的四个螺栓安装槽一一对应，下型模6上端面的型腔面设计与 成品钛合金膜板锻件带六根加强筋的端面形状相同，下型模6下端面呈凸形且与模座8上 端面的凹形对应并坐在模座8上，通过螺栓将下型模6固定在模座8，下型模6中心设有锥 度台阶状通孔，在锥度台阶状通孔内配置有上端带锥度的T型顶料杆7 ;型腔环5安放在下 型模6上端面的型腔面上，型腔环5上部的环端面为平端面，型腔环5下部的环端面与下型 模6配合处的型腔面相对应。 利用组合上模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式分为预锻 和重锻两个步骤，两个步骤分述如下
1、预锻 i)将组合上模中的上法兰套在平端模上，将平端模固定在压力机的活动横梁上； 将组合下模固定在压力机的工作台上；预锻前先将平端模和组合下模加热至740 760°C 并保温； ii)将待锻钛合金膜板锻件坯料放在加热炉内预热至20(TC时取出，在待锻钛合金膜板锻件坯料上喷涂玻璃防护润滑剂，待干燥后再放入加热炉内加热至920 98(TC且 保温30分钟待用； iii)将保温的待锻钛合金膜板锻件坯料快速置于组合下模中的下型模上，注意保 持型腔环的安装位置不能变动，若变动要及时调整到位； iv)启动压力机，活动横梁带动平端模下行对保温的待锻钛合金膜板锻件坯料实 施预锻，此时平端模到达型腔环预定锻压位置的时间控制在20 40秒，使平端模和型腔环
完全闭合，再保持锻压压力io秒后停压，活动横梁带动平端模上行起模，启动压力机顶出
缸，顶杆上行使顶料杆顶起钛合金膜板锻件预锻坯料，此时钛合金膜板锻件预锻坯料的六
根加强筋成形，预锻过程结束； n、重锻 i)预先套在平端模的上法兰通过螺栓将套在上型模的下法兰联接在一起，同时拆 除组合下模中的型腔环，重锻前先将上型模和下型模加热至740 76(TC并保温；
ii)将钛合金膜板锻件预锻坯料空冷至25(TC时喷涂玻璃防护润滑剂，再置于加 热炉内加热至920 98(TC且保温20分钟待用； iii)将保温的钛合金膜板锻件预锻坯料快速置于下型模上，注意钛合金膜板锻件 预锻坯料与下型模的安装位置不变动，即钛合金膜板锻件预锻坯料的端面形状刚好落入下 型模中； iv)启动压力机，活动横梁带动上型模下行对保温的钛合金膜板锻件预锻坯料实 施重锻，此时上型模到达下型模预定锻压位置的时间控制在40 70秒，使上型模和下型模 完全闭合，再保持锻压压力30秒后停压，活动横梁带动上型模上行起模，启动压力机顶出 缸，顶杆上行使顶料杆顶起成品钛合金膜板锻件并空冷，重锻过程结束。
上述玻璃防护润滑剂是Ti-5D，或是Ti-l 。
实施例1 将安装在25000KN压力机上的组合模具(包括平端模1、上法兰2、型腔环5、下型 模6、顶料杆7、模座8和顶杆9)加热至74(TC并保温。将①230X45mmTAl合金膜板件坯料 预热至20(TC，取出，喷涂玻璃防护润滑剂Ti-l，干燥后置于炉内加热至92(TC，保温30分 钟。将保温后的坯料置于组合模具中，迅速定位。启动压力机，活动横梁下行时间为20秒，
模具完全闭合，保持压力io秒，停压，活动横梁上行，模具打开，启动压力机顶出缸，顶杆上
行接触顶料杆顶起钛合金膜板锻件预锻坯料，钛合金膜板锻件预锻坯料的六根加强筋完全 成形，取出钛合金膜板锻件预锻坯料空冷至25(TC左右，喷涂玻璃防护润滑剂Ti-l，干燥后 再次置于炉内，加热至920°C ，保温20分钟。 组合模具更换组件，其中组合上模增加下法兰3和上型模4，组合下模拆除型腔环 5，其余部件保持不变，并加热至74(TC并保温。将保温后的TA1钛合金膜板锻件预锻坯料置 于组合模具中，迅速定位。启动压力机，活动横梁下行时间为40秒，模具闭合，保持压力30 秒，停压，活动横梁上行，模具打开，顶杆上行接触顶料杆顶起钛合金膜板锻件，钛合金膜板 锻件整体成形结束，取出空冷。 本实施例获得的钛合金膜板锻件直径365mm，材料利用率85 % 。
实施例2 将安装在25000KN压力机上的组合模具(包括平端模1、上法兰2、型腔环5、下型模6、顶料杆7、模座8和顶杆9)加热至76(TC并保温。将①230X45mmTi80合金膜板件 坯料预热至20(TC，取出，喷涂玻璃防护润滑剂Ti-5D，干燥后置于炉内加热至98(TC，保温 30分钟。将保温后的坯料置于组合模具中，迅速定位。启动压力机，活动横梁下行时间为 40秒，模具完全闭合，保持压力10秒，停压，活动横梁上行，模具打开，顶杆上行接触顶料杆 顶起钛合金膜板锻件预锻坯料，钛合金膜板锻件预锻坯料的六根加强筋完全成形，取出钛 合金膜板锻件预锻坯料空冷至25(TC左右，喷涂玻璃防护润滑剂Ti-5D，干燥后再次置于炉 内，加热至980°C ，保温20分钟。 组合模具更换组件，其中组合上模增加下法兰3和上型模4，组合下模拆除型腔环 5，其余部件保持不变，并加热至76(TC并保温，将保温后的Ti80钛合金膜板锻件预锻坯料 置于组合模具中，调整定位。启动压力机，活动横梁下行时间为70秒，模具完全闭合后保持 压力30秒，停压，活动横梁上行，模具打开，顶杆上行接触顶料杆顶起钛合金膜板锻件，钛 合金膜板锻件整体成形结束，取出空冷。 本实施例获得的钛合金膜板锻件直径360mm，材料利用率81 % 。
综上所述，预锻时，组合上模仅组装平端模1和上法兰2。组合下模组装型腔环5、 下型模6、顶料杆7、模座8和顶杆9共五个组件。组合上模和组合下模闭合时，平端模下端 面、型腔环内环面以及下型模型腔面所围空间构成钛合金膜板锻件加强筋成形型腔。在预 锻过程中，钛合金膜板锻件坏料在平端模作用下发生变形，向下填充加强筋型腔，当平端模 下端面与型腔环上端面接触时，钛合金膜板锻件坯料充满型腔，钛合金膜板锻件坯料直径 约310mm，预锻结束。 重锻时，在平端模1加装下法兰3和上型模4。组合下模拆除型腔环5，其余组件 保留。模具闭合时，上型模型腔面与下型模型腔面上下相对，之间空间构成钛合金膜板锻件 整体成形型腔。在重锻过程中，钛合金膜板锻件坯料不断向模腔四周延展直至模腔边缘，当 上型模型腔边缘与下型模型腔边缘间的距离为4 6mm时，模腔填满，钛合金膜板锻件直径 为360 370mm包括5 10mm飞边，重锻结束。
权利要求
一种钛合金膜板锻件的制作方法，其特征在于该制作方法包括组合上模的制作、组合下模的制作以及利用组合上模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式。
2. 根据权利要求1所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其特征在于组合上模由 平端模(D、上法兰(2)、下法兰(3)和上型模(4)构成；平端模(1)呈圆柱形，平端模(1) 的下端部边缘设有小台阶，该小台阶形成的圆端面既是工作面又是被工作面；上型模(4) 呈圆饼状，上型模(4)的上端面为平端面且在上端面边缘设有小台阶，该小台阶形成的圆 端面直径>平端模(1)小台阶形成的圆端面直径，上型模(4)下端面的型腔面设计与成品 钛合金膜板锻件不带六根加强筋的端面形状相同；平端模(1)小台阶形成的圆端面是工作 面时直接作用于待锻钛合金膜板锻件坯料，平端模(1)小台阶形成的圆端面是被工作面时 与上型模(4)的小台阶圆端面背靠背安装，安装时上法兰(2)套在平端模(1)小台阶，而下 法兰(3)套在上型模(4)小台阶，上法兰(2)和下法兰(3)的螺栓联接孔设置相同且通过 螺栓将上型模(4)固定在平端模(1)下。
3. 根据权利要求1所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其特征在于组合下模由 型腔环(5)、下型模(6)、顶料杆(7)、模座(8)和顶杆(9)构成；模座(8)呈圆柱形，模座(8) 的上端面为凹形，在上端面的周边均匀分布四个螺栓安装槽，模座(8)的下端面为平端面， 模座(8)的中心是通孔且通孔内配置有上下移动的顶杆(9);下型模(6)呈圆饼状，圆饼的 周边均匀分布有四个螺栓安装槽且与模座(8)的四个螺栓安装槽一一对应，下型模(6)上 端面的型腔面设计与成品钛合金膜板锻件带六根加强筋的端面形状相同，下型模(6)下端 面呈凸形且与模座(8)上端面的凹形对应并坐在模座(8)上，通过螺栓将下型模(6)固定 在模座(8)，下型模(6)中心设有锥度台阶状通孔，在锥度台阶状通孔内配置有上端带锥度 的T型顶料杆(7);型腔环(5)安放在下型模(6)上端面的型腔面上，型腔环(5)上部的环 端面为平端面，型腔环(5)下部的环端面与下型模(6)配合处的型腔面相对应。
4. 根据权利要求1所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其特征在于利用组合上 模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式分为预锻和重锻两个步骤，两个步骤分述如下[1、预锻i) 将组合上模中的上法兰(2)套在平端模(1)上，将平端模(1)固定在压力机的活动 横梁上；将组合下模固定在压力机的工作台上；预锻前先将平端模(1)和组合下模加热至 740 760。C并保温；ii) 将待锻钛合金膜板锻件坯料放在加热炉内预热至20(TC时取出，在待锻钛合金膜 板锻件坯料上喷涂玻璃防护润滑剂，待干燥后再放入加热炉内加热至920 98(TC且保温30分钟待用;iii) 将保温的待锻钛合金膜板锻件坯料快速置于组合下模中的下型模(6)上，注意保 持型腔环(5)的安装位置不能变动，若变动要及时调整到位；iv) 启动压力机，活动横梁带动平端模(1)下行对保温的待锻钛合金膜板锻件坯料实 施预锻，此时平端模(1)到达型腔环(5)预定锻压位置的时间控制在20 40秒，使平端模 (1)和型腔环(5)完全闭合，再保持锻压压力IO秒后停压，活动横梁带动平端模(1)上行起 模，启动压力机顶出缸，顶杆(9)上行使顶料杆(7)顶起钛合金膜板锻件预锻坯料，此时钛合金膜板锻件预锻坯料的六根加强筋成形，预锻过程结束；n、重锻i) 预先套在平端模(1)的上法兰(2)通过螺栓将套在上型模(4)的下法兰(3)联接 在一起，同时拆除组合下模中的型腔环(5)，重锻前先将上型模(4)和下型模(6)加热至 740 760。C并保温；ii) 将钛合金膜板锻件预锻坯料空冷至25(TC时喷涂玻璃防护润滑剂，再置于加热炉 内加热至920 98(TC且保温20分钟待用；iii) 将保温的钛合金膜板锻件预锻坯料快速置于下型模(6)上，注意钛合金膜板锻件 预锻坯料与下型模(6)的安装位置不变动，即钛合金膜板锻件预锻坯料的端面形状刚好落 入下型模中；iv) 启动压力机，活动横梁带动上型模(4)下行对保温的钛合金膜板锻件预锻坯料实 施重锻，此时上型模到达下型模(6)预定锻压位置的时间控制在40 70秒，使上型模(4) 和下型模(6)完全闭合，再保持锻压压力30秒后停压，活动横梁带动上型模(4)上行起模， 启动压力机顶出缸，顶杆(9)上行使顶料杆(7)顶起成品钛合金膜板锻件并空冷，重锻过程 结束。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金膜板锻件的制作方法，其特征在于玻璃防护润 滑剂是Ti-5D，或是Ti-l。
全文摘要
一种钛合金膜板锻件的制作方法包括组合上模的制作、组合下模的制作以及利用组合上模和组合下模在压力机上实现钛合金膜板锻件的制作方式。组合上模由平端模(1)、上法兰(2)、下法兰(3)和上型模(4)构成。组合下模由型腔环(5)、下型模(6)、顶料杆(7)、模座(8)和顶杆(9)构成。制作方式分为预锻和重锻两个步骤。锻造模具采用组合模具，通过变换组合部件形成不同模具型腔，首先解决了难变形部位的成形问题，进而实现整个钛合金膜板锻件的成形，材料利用率可达80％以上。
文档编号B21J1/00GK101695736SQ20091020931
公开日2010年4月21日 申请日期2009年11月4日 优先权日2009年11月4日
发明者于春强, 李梁 申请人:中国船舶重工集团公司第七二五研究所;