一种上下带凸台盘锻件胎膜制坯成形方法与流程

本发明属于航空产品塑性成形领域，具体涉及一种上下带凸台盘锻件胎膜制坯成形方法。

背景技术：

上下带凸台的盘锻件结构件是航空产品零件的一种典型结构，其结构如图1示意所示，包括中间的盘锻件和在盘锻件的上下面的上下凸台。该航空结构件由于产品性能要求高，都采用等温模锻最终成形。等温模锻成形之前需要将坯料预制成一定形状。由于该锻件上下都带凸台，且凸台的高度较大，存在充填较困难，坯料形状不合理会导致锻件充填不满，凸台和盘件连接处易出现折叠，需要的锻压设备吨位大等缺点。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述情况，本发明的目的是提供一种上下带凸台盘锻件胎膜制坯成形方法，避免坯料形状尺寸与模锻成形不匹配，不易充填等问题。

本发明的上述目的是利用以下技术方案实现的：

一种上下带凸台的盘锻件胎膜制坯成形方法，包括以下步骤：

(1)根据锻件毛坯图，设计并制作胎膜和带凹槽的上锤头，所述带凹槽的上锤头的凹槽直径和深度分别与盘锻件上凸台直径和高度相等，所述胎膜的纵剖面形状及尺寸与带下凸台的盘锻件的纵剖面形状及尺寸一致；

(2)将预热后的钛合金棒坯的一端放入所述胎膜中，用平面上锤砧锻压棒坯，直至坯料高度为最终锻件的总高度；

(3)将重新预热后的变形后棒坯再次放入所述胎膜中，用所述上锤头锻压棒坯，同时使所述胎膜旋转预定角度，直至盘锻件的直径和高度满足要求。

其中所述方法还包括在成形之前，将棒坯放入胎膜中的一端加工成锥度，另一端倒角为30～45°，以防锻造过程端头产生开裂，所述锥度可为30～60°，可根据棒材的直径d和下凸台的直径d3选择，以便于棒坯能放进胎膜。

按照实施例，其中所述钛合金棒坯的预热是将钛合金棒坯在比β转变温度低20～50℃的预定温度加热第一时间。

按照实施例，其中所述第一时间为0.6～0.8min/mm×dmm，其中d为钛合金棒坯的直径，以保证棒坯能够热透。

按照实施例，其中所述变形后棒坯的重新预热是将变形后的棒坯在比β转变温度低20～50℃的预定温度加热第二时间，所述第二时间为所述第一时间的一半。

按照实施例，其中用平面上锤砧锻压棒坯或用所述上锤头锻压棒坯包括使平面上锤砧或所述上锤头以5～15mm/s的速度下压，单次压下量10～30mm。

按照实施例，其中所述预定角度为10～20°。

按照实施例，其中所述平面上锤砧、所述上锤头和所述胎膜在使用前分别在200～300℃的温度下预热，以防止棒坯接触胎膜等时温差过大,棒坯表面温度大幅下降,产生裂纹。

本发明采用自由锻胎膜成形应用于模锻制坯成形中，通过设计简易工装和坯料外形，采用胎膜和带凹槽的上锤头分步成形，使得坯料形状更接近于锻件的外形，利于模锻件的最终成形，避免坯料形状尺寸与模锻成形不匹配，不易充填等问题。

附图说明

图1是上下带凸台的盘锻件结构件的结构示意图；

图2是钛合金棒坯的示意图；

图3是本发明方法中的带凹槽的上上锤头的结构示意图；

图4是本发明方法中的胎膜的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明的目的、技术方案及优点，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

图1是上下带凸台的盘锻件航空结构件的结构示意图，如图所示，该结构件包括中间的盘锻件和在盘锻件的上下面的上下凸台，盘锻件的直径为d2，高度为h2，上凸台的直径为d1，高度为h1，下凸台的直径为d3，高度为h3。该航空结构件由于产品性能要求高，都采用等温模锻最终成形。等温模锻成形之前需要将坯料预制成一定形状。由于该锻件上下都带凸台，且凸台的高度较大，存在充填较困难，坯料形状不合理会导致锻件充填不满，凸台和盘件连接处易出现折叠，需要的锻压设备吨位大等缺点。

为解决上述问题，本发明采用自由锻胎膜成形应用于模锻制坯成形中，提供一种上下带凸台盘锻件胎膜制坯成形方法。下面结合图1，以tb6钛合金棒坯为例，具体说明本发明的方法，不过本发明的方法也可以适用于其他钛合金。

首先根据锻件的毛坯图，设计并制作带凹槽的上锤头(参见图3)和胎膜(参见图4)，具体地，所述带凹槽的上锤头的凹槽直径和深度分别与盘锻件上凸台直径和高度相等，所述胎膜的纵剖面形状及尺寸与带下凸台的盘锻件的纵剖面形状及尺寸一致。

然后将棒坯放入胎膜中的一端加工成锥度，另一端倒角为30～45°，以防锻造过程端头产生开裂，所述锥度可为30～60°，可根据棒材的直径d和下凸台的直径d3选择，以便于棒坯能放进胎膜。在本实施例中，将直径为320mm的合格tb6钛合金棒坯一端倒角为30°，一端加工成锥度为45°的坯料，如图2所示(图中未图示倒角情况)。

然后胎模和平面的上锤砧预热到预定温度，通常为200～300℃，以防止棒坯接触胎膜等时温差过大,棒坯表面温度大幅下降,产生裂纹。将胎膜放在旋转工作台上。电加热炉升温至比钛合金的β转变温度tβ低20～50℃的温度，在实施例中，升温至tβ-40℃(tb6钛合金的tβ为790℃)，将带锥度的tb6钛合金棒坯放入加热炉中加热，保温时间按0.6～0.8min/mm×dmm计算，其中d为钛合金棒坯的直径，在本实施例中，加热时间为256min。

将棒坯带锥度的一端放入胎膜，快锻机的钳口夹住棒坯，将平面的上锤砧以以5～15mm/s的速度下压，单次压下量10～30mm。在本实施例中，下压速度为15mm/s，单次压下量10mm，直至棒坯高度为h1+h2+h3，即，最终锻件的总高度为止。

然后将变形后的棒坯再次放到加热炉中，在比钛合金的β转变温度tβ低20～50℃的温度加热，本例中，加热温度750℃(同样为tβ-40℃)，加热时间128min，为前次保温时间的一半。

将平面的上锤砧更换为带凹槽的上锤头，并将带凹槽的上锤头预热到200～300℃。

最后将再次预热后的变形棒坯再次放入胎膜，带凹槽的上锤头以15mm/s的速度下压，单次压下量10mm，每下压一锤，使旋转工作台(从而使胎模及棒坯)旋转10～20°，具体在本例中，旋转角度为10°，直至锻压到盘锻件的直径为d2，上凸台高度为h1为止。

使用本发明的方法制备上下带凸台的盘锻件具有以下优点：制坯的外形比较规则，形状更接近于最终锻件的外形，有利于最终等温模锻成形，锻件的流线沿锻件的轮廓，分布更合理，模具制造简单，成本低，周期短，材料利用率高。

技术特征：

1.一种上下带凸台的盘锻件胎膜制坯成形方法，包括以下步骤：

(1)根据锻件毛坯图，设计并制作胎膜和带凹槽的上锤头，所述带凹槽的上锤头的凹槽直径和深度分别与盘锻件上凸台直径和高度相等，所述胎膜的纵剖面形状及尺寸与带下凸台的盘锻件的纵剖面形状及尺寸一致；

(2)将预热后的钛合金棒坯的一端放入所述胎膜中，用平面上锤砧锻压棒坯，直至坯料高度为最终锻件的总高度；

(3)将重新预热后的变形后棒坯再次放入所述胎膜中，用所述上锤头锻压棒坯，同时每次下压时使所述胎膜旋转预定角度，直至盘锻件的直径和高度满足要求。

2.按照权利要求1所述的方法，还包括在成形之前，将棒坯放入胎膜中的一端加工成锥度，另一端倒角。

3.按照权利要求2所述的方法，其中所述倒角为30～45°，所述锥度为30～60°。

4.按照权利要求1所述的方法，其中所述钛合金棒坯的预热是将钛合金棒坯在比β转变温度低20～50℃的预定温度加热第一时间。

5.按照权利要求4所述的方法，其中所述第一时间为0.6～0.8min/mm×dmm，其中d为钛合金棒坯的直径。

6.按照权利要求1或4所述的方法，其中所述变形后棒坯的重新预热是将变形后的棒坯在比β转变温度低20～50℃的预定温度加热第二时间，所述第二时间为所述第一时间的一半。

7.按照权利要求1所述的方法，其中用平面上锤砧锻压棒坯或用所述上锤头锻压棒坯包括使平面上锤砧或所述上锤头以5～15mm/s的速度下压，单次压下量10～30mm。

8.按照权利要求1所述的方法，其中所述预定角度为10～20°。

9.按照权利要求1所述的方法，其中所述平面上锤砧、所述上锤头和所述胎膜在使用前分别在200～300℃的温度下预热。

技术总结
本发明公开一种上下带凸台的盘锻件胎膜制坯成形方法，包括根据锻件毛坯图，制作胎膜和带凹槽的上锤头，上锤头的凹槽直径和深度与盘锻件上凸台直径和高度相等，胎膜纵剖面形状及尺寸与带下凸台的盘锻件的纵剖面形状及尺寸一致；将预热后的钛合金棒坯放入胎膜中，用平面上锤砧锻压棒坯直至坯料高度为最终锻件的总高度；将重新预热的变形后棒坯再次放入胎膜，用所述上锤头锻压棒坯，同时使旋转工作台旋转预定角度，直至盘锻件的直径和高度满足要求。本发明采用自由锻胎膜成形应用于模锻制坯成形中，通过简易工装和坯料外形，采用胎膜和带凹槽的上锤头分步成形，使得坯料形状更接近于锻件的外形，避免坯料形状尺寸与模锻成形不匹配，不易充填等问题。

技术研发人员：李志燕;黄旭;黄利军
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：2020.06.12
技术公布日：2020.10.13