一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具，属于机械制造技术领域。该成形模具包括凹模、凸模、冲头、加热模和保温层；其中：凹模上设有王字型模具腔；王字型模具腔底部设有回流槽；凸模挤压面的尺寸及形状与凹模挤压面的尺寸及形状完全相同；冲头固定焊接于加热模；凹模采用矩形立体结构，凸模采用凸形立体结构，加热模采用矩形环结构，矩形环竖壁外侧均设有圆形凸起。本实用新型提出一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具具有成形精度高，成形材料取出过程变得简便等特点。
【专利说明】
一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具，属于机械制造技术领域。
【背景技术】
[0002]随着航天技术的不断发展，人们对航天飞行器的使用要求越来越高，航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下和工作环境下工作，对材料提出很高的要求，轻量化对于飞行器的装载、运输以及射程、飞行速度等方面均有较大影响。钛合金以其密度小、比强度大及耐腐蚀的特点在航天结构件领域得到了广泛应用，但是常温钛合金难以加工成形，航天飞行器应用的结构件愈来愈呈现出大尺寸、薄璧曲面、变厚度、整体结构的趋势，复杂的几何结构件成形成为一个阻碍装备发展的问题。
[0003]等温锻造作为一种精密成形技术，为复杂几何结构件成形提供了可能，通过等温锻造可以进行复杂形状锻件的精密成形，并且还能获得力学性能良好的锻件，今年来等温锻造在航天领域的应用越来越受到青睐。
[0004]随着飞机速度的提高，航程加大，构件轻量化已成为航空航天领域发展的迫切需要，故筋板类构件在该领域有着十分广泛的应用。国内外多采用先锻造或乳制毛坯，再数控加工或化铣加工各个高筋。然而这些加工方法切断了加强筋部位的金属流线，降低了构件强度，同时材料利用率低、加工成本高。采用传统锻造工艺进行加工，由摩擦力引起的充填方向的应力(阻力)很大，坯料的热量很快向模具散失，温度降低、变形抗力迅速增加，塑性急剧降低，不仅需要大幅度地提高设备吨位，也易造成锻件和模具开裂。然而由于钛合金室温塑性差、成形难度大，采用传统的等温锻造模具存在填充不满、穿筋、回流等问题，影响产品的生产。现需要一种可适用于钛合金高腹板类结构件等温成形的模具。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为解决上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具，所采取的技术方案如下:
[0006]所述成形模具包括凹模1、凸模2、冲头3、加热模4和保温层5;其中:所述凹模I上设有王字型模具腔11;所述王字型模具腔11底部设有回流槽12;所述凸模2挤压面的尺寸及形状与凹模I挤压面的尺寸及形状完全相同；所述加热模4的竖壁上设有穿通孔;所述保温层5嵌入加热模4内部，并且在保温层5的竖壁外侧设有加热棒51，所述加热棒51穿过所述穿通孔，使保温层5固定于加热模4内部;所述冲头3固定安装于加热模4和保温层5顶部，并同时贯穿加热模4和保温层5。
[0007]优选地，所述王字型模具腔11的宽度为4mm，深度为32mm。
[0008]优选地，所述王字型模具腔11的深度小于凹模I的厚度。
[0009]优选地，所述凹模I采用矩形立体结构。
[0010]优选地，所述凸模2采用凸形立体结构。
[0011]优选地，所述冲头3采用圆柱体结构。
[0012]优选地，所述加热模4采用矩形环结构。
[0013]优选地，所述保温层5的形状与加热模4相同，所述保温层5矩形各边的长度均小于对应加热模4矩形各边的长度。
[0014]优选地，所述回流槽12位于王字型模具腔11底部中心位置，采用十字型结构。
[0015]优选地，所述成形模具材质选用4Cr5MoSiVl材料。
[0016]本实用新型的有益效果为:
[0017]本实用新型公开了一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具，本实用新型针对一种王字形的钛合金轻量化结构产品设计并制作了成形模具。通过模具凸模I和凹模2的配合，润滑剂的润滑，极低的工作速度，使金属在模具形槽中充分流动，从而制作出尺寸精度高、无残余应力的复杂结构产品。此外，通过控制模具与材料热膨胀系数的差异，以及材料的应力回弹可实现成形后自动脱模，使成形后材料从模具上取出过程变得简便。综合考虑尺寸精度、机械性能、成形效率等因素，本实用新型在钛合金高腹板类轻量化结构零件制造方面，具有良好的应用前景。
[0018]本实用新型针对一种新型钛合金王字形轻量化结构提出了高精高效的等温锻造模具，通过对传统模具进行结构改进，过程中采用新型的润滑剂，模具内部机构配合，利用凸模将金属压入凹模的形槽中，并利用在中间腹板底部的窄槽使金属在凹模中充分流动，从而得到尺寸精密，高机械性能的结构件。本实用新型极具前瞻性。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型所述凹槽的结构示意图。
[0020]图2为本实用新型所述凸模的结构示意图。
[0021]图3为本实用新型所述加热膜与保温层结合的结构示意图。
[0022]图4为本实用新型所述成形模具各部件结合的结构示意图。
[0023]图5为利用本实用新型所述成形模具制造初步成形零件结构示意图。
[0024]图6为利用本实用新型所述成形模具制造最终成形零件结构示意图。
[0025](I，凹模;2，凸模;3，冲头;4，加热模;5，保温层；11，王字型模具腔;12，回流槽;51，加热棒)
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型不受实施例的限制。
[0027]在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0029]此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。
[0030]以下实施方式中所用材料、仪器和方法，未经特殊说明，均为本领域常规材料、仪器和方法，均可通过商业渠道获得。
[0031]图1为本实用新型所述凹槽的结构示意图。图2为本实用新型所述凸模的结构示意图。图3为本实用新型所述加热膜与保温层结合的结构示意图。图4为本实用新型所述成形模具各部件结合的结构示意图。结合图1至图4详细介绍本实用新型提出的钛合金王子兴轻量化结构的等温锻成形模具，该成形模具包括凹模1、凸模2、冲头3、加热模4和保温层5;其中:所述凹模I上设有王字型模具腔11;所述王字型模具腔11底部设有回流槽12;所述凸模2挤压面的尺寸及形状与凹模I挤压面的尺寸及形状完全相同；所述加热模4的竖壁上设有穿通孔;所述保温层5嵌入加热模4内部，并且在保温层5的竖壁外侧设有加热棒51，所述加热棒51穿过所述穿通孔，使保温层5固定于加热模4内部;所述冲头3固定安装于加热模4和保温层5顶部，并同时贯穿加热模4和保温层5。王字型模具腔11的宽度为4mm，深度为32mm。王字型模具腔11的深度小于凹模I的厚度。凹模I采用矩形立体结构。凸模2采用凸形立体结构。冲头3采用圆柱体结构。加热模4采用矩形环结构。保温层5的形状与加热模4相同，所述保温层5矩形各边的长度均小于对应加热模4矩形各边的长度。回流槽12位于王字型模具腔11底部中心位置，采用十字型结构。成形模具材质选用4Cr5MoSiVl材料。
[0032]成形开始前，首先将毛坯料用改进后的FR-84润滑剂在箱式加热炉中加热至成形温度约(930 °C )，将凸模2、凹模I用加热模4加热至与零件相同温度，将模具整体放置于等温模锻机中，并连接冲头3与压机上平台，加热模4上的保温层5保证加压过程中的温度不变，下压压机平台，利用王字型模具腔控制结构件最终尺寸精度，分三次对毛坯进行加压，每次加压使毛坯的变形量分别为30%、70%、100%，由于筋板中心已设计有回流槽12，回流槽12为十字型，四个支臂的宽度为3mm，在压模过程中，多余的金属进入槽中使筋板成形中出现的回流、折叠等缺陷得到消除，在此，所形成的零件上存有由回流槽12形成的凸台，如图5所示。最后用机加方式去除回流槽形成的凸台，最终得到符合要求的零件，如图6所示。从而实现高尺寸精度、无残余应力的三维结构产品的成形。
[0033]以上所述仅为本实用新型示意性具体实施方案，并非用以限制本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
【主权项】
1.一种钛合金王字形结构件等温模锻成形模具，其特征在于，所述成形模具包括凹模(I)、凸模(2)、冲头(3)、加热模(4)和保温层(5);其中:所述凹模(I)上设有王字型模具腔(II);所述王字型模具腔(11)底部设有回流槽(12);所述凸模(2)挤压面的尺寸及形状与凹模(I)挤压面的尺寸及形状完全相同；所述加热模(4)的竖壁上设有穿通孔;所述保温层(5)嵌入加热模(4)内部，并且在保温层(5)的竖壁外侧设有加热棒(51)，所述加热棒(51)穿过所述穿通孔，使保温层(5)固定于加热模(4)内部;所述冲头(3)固定安装于加热模(4)和保温层(5)顶部，并同时贯穿加热模(4)和保温层(5)。2.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述王字型模具腔(11)的宽度为4mm，深度为32mm。3.根据权利要求2所述成形模具，其特征在于，所述王字型模具腔(11)的深度小于凹模(I)的厚度。4.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述凹模(I)采用矩形立体结构。5.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述凸模(2)采用凸形立体结构。6.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述冲头(3)采用圆柱体结构。7.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述加热模(4)采用矩形环结构。8.根据权利要求7所述成形模具，其特征在于，所述保温层(5)的形状与加热模(4)相同，所述保温层(5)矩形各边的长度均小于对应加热模(4)矩形各边的长度。9.根据权利要求1所述成形模具，其特征在于，所述回流槽(12)位于王字型模具腔(11)底部中心位置，采用十字型结构。10.根据权利要求1至9任一所述成形模具，其特征在于，所述成形模具材质选用4Cr5MoSiVl 材料。
【文档编号】B21J13/02GK205702278SQ201620676549
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】刘振军, 康志也, 张礼斌, 肖波, 杨敏
【申请人】航天海鹰(哈尔滨)钛业有限公司