Schmiedetechnologie und Werkzeugdesign der GR5-Titanlegierung

Titanlegierungen verfügen über hervorragende umfassende Eigenschaften wie niedrige Dichte, hohe spezifische Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und nichtmagnetische Eigenschaften. Schmiedeteile aus Titanlegierungen werden nicht nur häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt, sondern auch im Schiffbau, in der chemischen Industrie, in der Automobilindustrie, in medizinischen Geräten und anderen Bereichen. Die Branche verfügt über ein breites Anwendungsspektrum. Daher wählen wir die Titanlegierung TC4 als ideales Material für die Herstellung dieser Verbindungsplatte. Kernpunkte des Schmiedeprozesses und der Werkzeugkonstruktion:

1. Auswahl der Stangenspezifikationen. Durch die Abschnittsanalyse des dreidimensionalen Modells ist ersichtlich, dass sich der größte Abschnitt des Schmiedestücks an beiden Enden befindet, der äquivalente Durchmesser φ90 mm beträgt und der äquivalente Durchmesser der anderen Abschnitte φ68 mm beträgt. Die Querschnittsgröße des Schmiedestücks ist in Längsrichtung relativ gleichmäßig. Die Länge des Schmiedestücks beträgt 300 mm. Nach unserer Erfahrung bei der Entwicklung verschiedener Schmiedestücke ähnlicher Form können die Enden nur dann vollständig geformt werden, wenn die Länge der Stange nahe an der Größe des Schmiedestücks liegt. Daher wird die Länge der Stange zunächst mit 300 mm ausgewählt und dann das Volumen des Schmiedestücks mit 1,25 als Stange multipliziert. Das Volumen und der Stabdurchmesser werden als φ80 mm berechnet, und die Stanzspezifikation wird zunächst als φ80 mm × 300 mm festgelegt.

2. Vorbereitung von Titanlegierungsstäben. Die Oberfläche der geschmiedeten (gewalzten) Stange zum Schmieden weist eine harte und spröde Schicht auf. Diese Schicht muss vor dem Gesenkschmieden entfernt werden, um beim Schmieden Risse auf der Oberfläche des Rohlings zu vermeiden. Wenn der Durchmesser größer als 5 0 mm ist, wird im Allgemeinen eine Drehbearbeitung verwendet, um 5 mm abzutragen. Wenn nach dem Drehen einige Teile noch Mängel aufweisen, müssen diese durch Schleifen beseitigt werden. Die Schleiftiefe sollte 0,5 mm nicht überschreiten. Beide Enden der Stange sind R5-abgerundet, um Risse im Knüppel beim Schmieden zu verhindern.

3. Auswahl der Ausrüstung. Die berechnete Schlagkraft der Schmiedestücke beträgt 4000 t. Die Wärmeleitfähigkeit einer Titanlegierung ist gering und beträgt bei normaler Temperatur 1/15 von Aluminium und 1/5 von Eisen. Wenn der Schmiedehammer Titanlegierungen mit hoher Geschwindigkeit schmiedet, ist der zentrale thermische Effekt anfällig für Überhitzung, was sich stärker auf die Leistung der Schmiedestücke auswirkt, und die von der Presse erzeugte Verformungswärme ist nicht offensichtlich. Entsprechend den Anforderungen an die Schmiedegenauigkeit und der tatsächlichen Situation unserer Fabrikausrüstung wird eine 5000-Tonnen-Hochenergie-Spindelpresse als Schmiedeausrüstung ausgewählt.

4. Billet-Schmierung. Die Vorwärmtemperatur des Knüppels beträgt 120 ± 30 Grad. Erwärmen Sie ihn 20 Minuten lang im Vorwärmofen, sprühen Sie Glasschmiermittel gleichmäßig auf und geben Sie ihn in den Ofen, nachdem das Schmiermittel auf der Oberfläche des Knüppels getrocknet ist.

5. Heizungsspezifikation. Gemäß der Norm beträgt die anfängliche Schmiedetemperatur der TC4-Titanlegierung 96 0 Grad, die endgültige Schmiedetemperatur 800 Grad und die Haltezeit 0,8 min/mm. Titanlegierungen haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit. Um Überhitzung, Oxidation und Wasserstoffaufnahme zu verhindern, müssen neue Öfen und Öfen, die längere Zeit nicht verwendet wurden, vor der Verwendung mit Luft befeuert werden, um Feuchtigkeit zu entfernen. Die Temperaturfeldgenauigkeit des Elektroofens beträgt ±10 Grad. Bei zu hoher Temperatur wird das Gefüge vergröbert und die Kristallkörner werden grob; Wenn die Temperatur zu niedrig ist, ist der Verformungswiderstand hoch und es treten leicht Schmiedefehler wie Risse auf. Zeichnen Sie die in Abbildung 1 gezeigte Heizkurve.

Abbildung 1 Heizkurve

6. Rohlingsherstellung. Der Zweck besteht darin, das Metall sinnvoll zu verteilen. Bei diesem Produkt muss Metall an den Seiten und Enden des Schmiedeteils gesammelt werden. Die Gestaltung der Rohlingsform ist für die Umformwirkung beim Vor- und Endschmieden sehr wichtig. Um Risse aufgrund übermäßiger Verformung des Rohlings zu vermeiden, beträgt die Verformung des Rohlings höchstens 60 Prozent. Die Formgestaltung des Rohlings ist in Abbildung 2 dargestellt.

7. Design des Schmiedeformhohlraums. Das erste Feuer schließt die Knüppelherstellung und das Vorschmieden ab, und das zweite Feuer schließt das Endschmieden und Präzisionsschmieden ab. Durch Trimmen, Sandstrahlen und Schleifen nach dem Vorschmieden können Oberflächenfehler von Schmiedestücken beseitigt und die Oberflächenqualität von Schmiedestücken nach dem Endschmieden verbessert werden. Andererseits kann das Besäumen den Widerstand gegen die Metallumformung verringern, was sich positiv auf die Dicke und Größe der Schmiedestücke auswirkt. Der Hohlraum ist in vier Hohlräume unterteilt (Abb. 3): Knüppelherstellung (oben links) → Vorschmieden (oben rechts) → Endschmieden (unten rechts) → Präzisionsschmieden (unten links). Der Zweck der Gestaltung des Präzisionsschmiedehohlraums besteht darin, die Lebensdauer des Gesenks und die Maßhaltigkeit des Schmiedestücks zu verbessern. Um ein vollständiges Schmiedestück zu formen, wird der relativ komplexe und tiefe Hohlraum des Schmiedestücks auf das Obergesenk gelegt. Verformungskontrolle: Die Dicke der Rippenplatte der Rohform ist auf 21,5 mm ausgelegt, die geplante Dicke der Rippenplatte nach dem Vorschmieden beträgt 12 mm, die Dicke der endgültigen Schmiederippenplatte beträgt 5,2 mm und die endgültige Schmiedeverformung beträgt weniger als 30 Prozent. Die Leistung nimmt ab. Vorwärmtemperatur der Form: 200–300 Grad.

Abbildung 2 Solides Design der Rohlingsherstellung

Abbildung 3 Hohlraumlayout

8. Design der Trimmform. Das Trimmwerkzeug ist mit 2 Kavitäten ausgestattet (Abb. 4). Rechts ist der Beschnitthohlraum nach dem Vorschmieden zu sehen. Beim Besäumen bleibt ein Teil des Grats erhalten, um beim endgültigen Schmieden als Obermaterial verwendet zu werden. Der Hohlraum auf der linken Seite ist der Beschnitthohlraum nach dem endgültigen Schmieden. . Um die Schnittgenauigkeit zu gewährleisten, ist der Spalt zwischen der oberen und unteren Matrize auf 0,8 mm ausgelegt. Die Struktur des Führungspfostens und der Führungshülse ist für den Zusammenbau und die Positionierung der Beschnittform und die Kontrolle der Maßhaltigkeit des Spalts zwischen Ober- und Unterform konzipiert.

9. Schmiedekühlung und Wärmebehandlung. Nachdem das Schmiedestück luftgekühlt ist, ist die Glühwärmebehandlung abgeschlossen.

Abbildung 4 Schneidmatrize

10. Verschmutzung und Reinigung während des Schmiedeprozesses von Titanlegierungen. Der Rohling sollte vor dem Erhitzen gereinigt werden. Kein Öl, Eisenspäne, Chloride, keine Fingerabdrücke. Im Elektroofen dürfen sich weder Zunder noch Knüppel befinden. Die Bodenauskleidung des Ofens besteht vorzugsweise aus Edelstahlguss. Der Rohling sollte zur Schmierung mit Glas beschichtet sein. oder unter Schutzatmosphäre erhitzt werden.