钛合金航空接头锻件的制造方法与流程

1.本发明涉及模锻技术领域，尤其是一种钛合金航空接头锻件的制造方法。


背景技术：

2.随着航空航天、交通运输业的快速发展，飞机用钛合金模锻件的应用种类增加、数量增多，如图1和图2示出了一种形状特征较为复杂的航空接头，该航空接头锻件的主体为一端宽、一端窄的板状，上表面设置有两条呈y形分布的凸筋1，边缘设置有多个凸缘2，中部设置有圆形的半圆凸台3，下表面设置有向内凹陷的槽。该航空接头一般通过模锻成形，再进行机加工，由于主体呈板状，因此采用矩形的板坯作为锻造坯料，矩形板坯成形难度大。
3.此外，现有的生产流程中，制坯之后需要进行表面处理、预锻之后需要去除毛边及表面处理，终锻之后需进行表面处理，这些工序虽然简单，但是转运以及操作仍需很长时间，特别是在批量化生产过程中，对锻件生产效率具有较大的影响。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种钛合金航空接头锻件的制造方法，降低成形难度，缩短生产流程以提高生产效率。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：钛合金航空接头锻件的制造方法，所述航空接头锻件包括板状本体，所述板状本体的边缘设置有多个凸缘，上表面设置有两条呈y形分布的凸筋，中间设置有圆形的通孔，下表面设置有凹槽；
6.锻造方法包括
7.制坯：棒材下料，自由锻对棒材进行分料拔长，得到阶梯状的坯料；
8.预锻：将坯料在t
β-(30℃-50℃)的温度下恒温加热后转运至模具中并进行锻造，预锻压机下压速度4～12mm/s，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，锻后空冷；
9.终锻：将坯料在t
β
(20℃-40℃)的温度下恒温加热后转运至模具中并进行锻造，终锻压机下压速度4～12mm/s，锻造结束时坯料的温度≥900℃，锻造结束时坯料的温度≥880℃，锻后风冷；
10.去毛边和表面处理；
11.热处理；
12.理化测试；
13.机加工。
14.进一步地，制坯包括
15.棒料下料尺寸200
×
410mm；
16.第一火制坯：棒料在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温140～300min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3
次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为(165
±
5)mm，坯料总长为500mm；
17.第二火制坯：第一火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于0.5h，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为(140
±
5)mm，坯料总长为560mm；
18.第三火制坯：第二火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于0.5h，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为120～135mm，坯料总长为645
±
10mm。
19.进一步地，预锻时，先将模具在425
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于24h，预热后型腔的温度大于250℃；第三火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min后转运至模具中。
20.进一步地，终锻时，在465
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于24h，预热厚型腔的温度大于300℃，坯料在t
β
(20℃-40℃)的温度下保温170～350min后转运至模具中。
21.进一步地，预锻的模具包括预锻上模和预锻下模，预锻下模的上表面具有下型腔，下型腔的底部设置有用于成形凸筋的筋槽，筋槽旁设置有用于成形半圆凸台的半圆槽，预锻下模的下表面设置有上型腔，上型腔的底面为阶梯面；终锻的模具包括终锻上模和终锻下模，终锻下模与预锻下模相同，终锻上模的上型腔底面设置有用于成形凹槽的凸台
22.预锻时，将坯料放入预锻下模的下型腔中，模锻压机下压预锻上模，预锻上模的阶梯面分别将坯料的大头和小头压扁，大头和小头压的高度差减小，凸缘初步成形，同时坯料底部的材料进入筋槽和半圆槽而初步成形为凸筋和半圆凸台；
23.终锻时，将坯料放入终锻下模的下型腔中，模锻压机下压终锻上模，终锻上模的凸台将凹槽压制成形，凸台周围的平面将坯料压制为板状，凸缘和凸筋完全成形。
24.进一步地，热处理过程为：炉温升至730℃时将锻件装炉，保温230
±
5min后，将锻件取出空冷。
25.本发明的有益效果是：1、采用棒材作为原料，可以通过自由锻快速将棒材成形为阶梯状的圆柱坯料，阶梯状的圆柱坯料能够快速压制成形为异形的板坯，成形阻力更小，成形难度降低。2、本发明制坯、预锻和终锻连续进行，中间不需要停顿，可提高锻造效率。
附图说明
26.图1是钛合金航空接头锻件的俯视示意图；
27.图2是钛合金航空接头锻件的主视示意图；
28.图3是预锻上模的剖视示意图；
29.图4是终锻上模的剖视示意图；
30.图5是预锻下模和终锻下模的俯视示意图；
31.图6是预锻时坯料的摆放示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
33.本发明的钛合金航空接头锻件的制造方法，所述航空接头锻件如图1和图2所示，包括板状本体，所述板状本体的边缘设置有多个凸缘2，上表面设置有两条呈y形分布的凸筋1，中间设置有圆形的半圆凸台3，下表面设置有凹槽(图中未示出)；
34.锻造方法包括
35.制坯：棒材下料，自由锻对棒材进行分料拔长，得到阶梯状的坯料。
36.具体地，棒料下料尺寸200
×
410mm，该尺寸根据锻件尺寸确定，在锻件材料用量的基础上增加适当的机加工余量即可。
37.钛合金航空接头锻件的板状本体一端的宽度大，另一端的宽度小，为了降低后续锻造难度，先将棒料的一端分料拔长，得到阶梯状的柱状坯料，且坯料的大头长度较小，小头的长度较大，形状更加接近板状本体的形状。为了得到大头短、小头长的阶梯状坯料，采用3个火次的分料拔长，使小头逐渐达到设定尺寸。
38.第一火制坯：棒料在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温140～300min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为(165
±
5)mm，坯料总长为500mm。
39.第二火制坯：第一火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于0.5h，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为(140
±
5)mm，坯料总长为560mm。
40.第三火制坯：第二火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min，同时快锻机的上下砧在350
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于0.5h，然后将棒料转运至快锻机并进行分料拔长，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃，拔长时在同一位置反复下压次数≤3次，拔长后坯料大头的尺寸为200
×
(200
±
10)mm，小头直径为120～135mm，坯料总长为645
±
10mm。
41.通过三次分料拔长，每次分料拔长的坯料变形量较小，防止出现分层组织而影响材料性能。通过合理设计坯料的尺寸，保证异形板坯成形的同时避免材料变形量过大、余量过多。第一火制坯和第二火制坯后立即将坯料回炉加热，可减少散热，节省加热保温的时间，降低能耗的同时提高制坯效率。由于该坯料的尺寸不大，每次可同时对多个坯料进行恒温加热，坯料均匀摆放在加热炉中，相邻两坯料之间的间距大于或等于100mm，可提高对热能的利用率，适用于批量化生产。锻造开始时坯料的温度≥850℃，确保坯料在较高的温度下锻造；每次压下量≤40mm，防止变形过大而导致组织分层，保证材料的性能；可通过在快锻机的上下砧包覆保温棉，降低坯料表面的热量散失速度，确保锻造结束时坯料的温度≥810℃，防止变形阻力过大，材料塑性降低。
42.预锻：先将模具在425
±
25℃的温度下预热，预热后型腔的温度大于250℃。将坯料在t
β-(30℃-50℃)的温度下恒温加热后转运至模具中并进行锻造，为了提高锻造效率，充分利用坯料携带的热能，第三火制坯得到的坯料立即回炉，在t
β-(30℃-50℃)的温度下保温30～60min。
43.为了防止坯料的温度过低而影响锻造性能，锻造开始时坯料的温度≥850℃，锻造结束时坯料的温度≥810℃。为了减小坯料的散热速度，可以在锻前采用复合隔热纤维布覆盖模具的型腔，单块复合隔热纤维布的尺寸不小于1000
×
800mm，同时向模具型腔侧壁喷涂脱模剂，以便于锻后脱模。
44.预锻压机下压速度4～12mm/s，保证效率，同时由于钛合金导热性能差，压制速度过快，坯料心部热量不易释放，组织容易粗大，性能不容易满足要求，锻后空冷。
45.终锻：模具在在465
±
25℃的温度下预热，预热时间大于或等于24h，预热厚型腔的温度大于300℃，将坯料在t
β
(20℃-40℃)的温度下恒温加热后转运至模具中并进行锻造，具体地，坯料在t
β
(20℃-40℃)的温度下保温170～350min后转运至模具中，终锻压机下压速度4～12mm/s，锻造结束时坯料的温度≥900℃，锻造结束时坯料的温度≥880℃，锻后风冷。
46.t
β
为钛合金相变温度，为了获得特定组织(网篮组织)，在相变温度以上的锻造只能有一次，而终锻对锻件质量的影响最大，制坯和预锻均在相变温度以下锻造，终锻在相变温度以上锻造，可获得的锻造温度，且制坯和预锻的锻造温度不能过低，以减小变形抗力，因此采用t
β-(30℃-50℃)的锻造温度；终锻温度也不能过高，避免α组织过少，因此采用t
β
(20℃-40℃)的锻造温度。此外，终锻后对锻件进行风冷，可以获得较细的α组织，提升材料的性能。
47.去毛边和表面处理：可采用水切割去毛边，再进行表面缺陷打磨，然后进行抛丸或吹砂操作，以得到表面无缺陷、金属光泽的终锻件。
48.热处理：炉温升至730℃时将锻件装炉，保温230
±
5min后，将锻件取出空冷。
49.理化测试。
50.预锻的模具可以根据预锻变形量进行设计，为了降低模具成本，
51.预锻的模具包括预锻上模和预锻下模，预锻下模的上表面具有下型腔，如图5所示，下型腔的底部设置有用于成形凸筋1的筋槽，筋槽旁设置有用于成形半圆凸台3的半圆槽，预锻下模的下表面设置有上型腔，如图3所示，上型腔的底面为阶梯面，阶梯面的高度差小于坯料大头与小头的半径差。终锻的模具包括终锻上模和终锻下模，终锻下模与预锻下模相同，如图5所示，即预锻和终锻可以采用相同的下模，降低了模具的数量和制造成本。终锻上模的上型腔底面设置有用于成形凹槽的凸台，如图4所示。
52.预锻时，将坯料放入预锻下模的下型腔中，放置位置如图6所示，模锻压机下压预锻上模，预锻上模的阶梯面分别将坯料的大头和小头压扁，大头的材料向周围流动，成为板状本体大端，小头的材料朝两侧流动，成为板状本体小端，凸缘2初步成形，大头和小头压的高度差减小，同时坯料底部的材料进入筋槽和半圆槽而初步成形为凸筋1和半圆凸台3。
53.终锻时，将坯料放入终锻下模的下型腔中，利用凸筋1对坯料进行定位，模锻压机下压终锻上模，终锻上模的凸台将凹槽压制成形，凸台周围的平面将坯料压制为板状，凸缘2、半圆凸台3和凸筋1完全成形。
54.本发明采用棒料作为原材料，降低了成形难度，且通过优化锻造工艺，保证了锻件的性能，制坯和预锻后不需要进行表面处理，节省了生产流程，有利于提高批量化生产的效率。
55.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。