一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。該成形模具包括凹模、凸模、沖頭、加熱模和保溫層；其中：凹模上設(shè)有王字型模具腔；王字型模具腔底部設(shè)有回流槽；凸模擠壓面的尺寸及形狀與凹模擠壓面的尺寸及形狀完全相同；沖頭固定焊接于加熱模；凹模采用矩形立體結(jié)構(gòu)，凸模采用凸形立體結(jié)構(gòu)，加熱模采用矩形環(huán)結(jié)構(gòu)，矩形環(huán)豎壁外側(cè)均設(shè)有圓形凸起。本實(shí)用新型提出一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具具有成形精度高，成形材料取出過程變得簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
【專利說明】
一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具，屬于機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)航天飛行器的使用要求越來越高，航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強(qiáng)腐蝕等極端條件下和工作環(huán)境下工作，對(duì)材料提出很高的要求，輕量化對(duì)于飛行器的裝載、運(yùn)輸以及射程、飛行速度等方面均有較大影響。鈦合金以其密度小、比強(qiáng)度大及耐腐蝕的特點(diǎn)在航天結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，但是常溫鈦合金難以加工成形，航天飛行器應(yīng)用的結(jié)構(gòu)件愈來愈呈現(xiàn)出大尺寸、薄璧曲面、變厚度、整體結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)，復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)件成形成為一個(gè)阻礙裝備發(fā)展的問題。
[0003]等溫鍛造作為一種精密成形技術(shù)，為復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)件成形提供了可能，通過等溫鍛造可以進(jìn)行復(fù)雜形狀鍛件的精密成形，并且還能獲得力學(xué)性能良好的鍛件，今年來等溫鍛造在航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到青睞。
[0004]隨著飛機(jī)速度的提高，航程加大，構(gòu)件輕量化已成為航空航天領(lǐng)域發(fā)展的迫切需要，故筋板類構(gòu)件在該領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外多采用先鍛造或乳制毛坯，再數(shù)控加工或化銑加工各個(gè)高筋。然而這些加工方法切斷了加強(qiáng)筋部位的金屬流線，降低了構(gòu)件強(qiáng)度，同時(shí)材料利用率低、加工成本高。采用傳統(tǒng)鍛造工藝進(jìn)行加工，由摩擦力引起的充填方向的應(yīng)力(阻力)很大，坯料的熱量很快向模具散失，溫度降低、變形抗力迅速增加，塑性急劇降低，不僅需要大幅度地提高設(shè)備噸位，也易造成鍛件和模具開裂。然而由于鈦合金室溫塑性差、成形難度大，采用傳統(tǒng)的等溫鍛造模具存在填充不滿、穿筋、回流等問題，影響產(chǎn)品的生產(chǎn)。現(xiàn)需要一種可適用于鈦合金高腹板類結(jié)構(gòu)件等溫成形的模具。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供了一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具，所采取的技術(shù)方案如下:
[0006]所述成形模具包括凹模1、凸模2、沖頭3、加熱模4和保溫層5;其中:所述凹模I上設(shè)有王字型模具腔11;所述王字型模具腔11底部設(shè)有回流槽12;所述凸模2擠壓面的尺寸及形狀與凹模I擠壓面的尺寸及形狀完全相同；所述加熱模4的豎壁上設(shè)有穿通孔;所述保溫層5嵌入加熱模4內(nèi)部，并且在保溫層5的豎壁外側(cè)設(shè)有加熱棒51，所述加熱棒51穿過所述穿通孔，使保溫層5固定于加熱模4內(nèi)部;所述沖頭3固定安裝于加熱模4和保溫層5頂部，并同時(shí)貫穿加熱模4和保溫層5。
[0007]優(yōu)選地，所述王字型模具腔11的寬度為4mm，深度為32mm。
[0008]優(yōu)選地，所述王字型模具腔11的深度小于凹模I的厚度。
[0009]優(yōu)選地，所述凹模I采用矩形立體結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選地，所述凸模2采用凸形立體結(jié)構(gòu)。
[0011]優(yōu)選地，所述沖頭3采用圓柱體結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，所述加熱模4采用矩形環(huán)結(jié)構(gòu)。
[0013]優(yōu)選地，所述保溫層5的形狀與加熱模4相同，所述保溫層5矩形各邊的長(zhǎng)度均小于對(duì)應(yīng)加熱模4矩形各邊的長(zhǎng)度。
[0014]優(yōu)選地，所述回流槽12位于王字型模具腔11底部中心位置，采用十字型結(jié)構(gòu)。
[0015]優(yōu)選地，所述成形模具材質(zhì)選用4Cr5MoSiVl材料。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果為:
[0017]本實(shí)用新型公開了一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具，本實(shí)用新型針對(duì)一種王字形的鈦合金輕量化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)并制作了成形模具。通過模具凸模I和凹模2的配合，潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑，極低的工作速度，使金屬在模具形槽中充分流動(dòng)，從而制作出尺寸精度高、無(wú)殘余應(yīng)力的復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。此外，通過控制模具與材料熱膨脹系數(shù)的差異，以及材料的應(yīng)力回彈可實(shí)現(xiàn)成形后自動(dòng)脫模，使成形后材料從模具上取出過程變得簡(jiǎn)便。綜合考慮尺寸精度、機(jī)械性能、成形效率等因素，本實(shí)用新型在鈦合金高腹板類輕量化結(jié)構(gòu)零件制造方面，具有良好的應(yīng)用前景。
[0018]本實(shí)用新型針對(duì)一種新型鈦合金王字形輕量化結(jié)構(gòu)提出了高精高效的等溫鍛造模具，通過對(duì)傳統(tǒng)模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，過程中采用新型的潤(rùn)滑劑，模具內(nèi)部機(jī)構(gòu)配合，利用凸模將金屬壓入凹模的形槽中，并利用在中間腹板底部的窄槽使金屬在凹模中充分流動(dòng)，從而得到尺寸精密，高機(jī)械性能的結(jié)構(gòu)件。本實(shí)用新型極具前瞻性。
【附圖說明】

[0019]圖1為本實(shí)用新型所述凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型所述凸模的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型所述加熱膜與保溫層結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為本實(shí)用新型所述成形模具各部件結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為利用本實(shí)用新型所述成形模具制造初步成形零件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖6為利用本實(shí)用新型所述成形模具制造最終成形零件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025](I，凹模;2，凸模;3，沖頭;4，加熱模;5，保溫層；11，王字型模具腔;12，回流槽;51，加熱棒)
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型不受實(shí)施例的限制。
[0027]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”和“豎著”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0028]在本實(shí)用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是直接連接，亦可以是通過中間媒介間接連接，可以是兩個(gè)部件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0029]此外，在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說明，“多個(gè)”、“多組”、“多根”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。
[0030]以下實(shí)施方式中所用材料、儀器和方法，未經(jīng)特殊說明，均為本領(lǐng)域常規(guī)材料、儀器和方法，均可通過商業(yè)渠道獲得。
[0031]圖1為本實(shí)用新型所述凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型所述凸模的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型所述加熱膜與保溫層結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型所述成形模具各部件結(jié)合的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1至圖4詳細(xì)介紹本實(shí)用新型提出的鈦合金王子興輕量化結(jié)構(gòu)的等溫鍛成形模具，該成形模具包括凹模1、凸模2、沖頭3、加熱模4和保溫層5;其中:所述凹模I上設(shè)有王字型模具腔11;所述王字型模具腔11底部設(shè)有回流槽12;所述凸模2擠壓面的尺寸及形狀與凹模I擠壓面的尺寸及形狀完全相同；所述加熱模4的豎壁上設(shè)有穿通孔;所述保溫層5嵌入加熱模4內(nèi)部，并且在保溫層5的豎壁外側(cè)設(shè)有加熱棒51，所述加熱棒51穿過所述穿通孔，使保溫層5固定于加熱模4內(nèi)部;所述沖頭3固定安裝于加熱模4和保溫層5頂部，并同時(shí)貫穿加熱模4和保溫層5。王字型模具腔11的寬度為4mm，深度為32mm。王字型模具腔11的深度小于凹模I的厚度。凹模I采用矩形立體結(jié)構(gòu)。凸模2采用凸形立體結(jié)構(gòu)。沖頭3采用圓柱體結(jié)構(gòu)。加熱模4采用矩形環(huán)結(jié)構(gòu)。保溫層5的形狀與加熱模4相同，所述保溫層5矩形各邊的長(zhǎng)度均小于對(duì)應(yīng)加熱模4矩形各邊的長(zhǎng)度。回流槽12位于王字型模具腔11底部中心位置，采用十字型結(jié)構(gòu)。成形模具材質(zhì)選用4Cr5MoSiVl材料。
[0032]成形開始前，首先將毛坯料用改進(jìn)后的FR-84潤(rùn)滑劑在箱式加熱爐中加熱至成形溫度約(930 °C )，將凸模2、凹模I用加熱模4加熱至與零件相同溫度，將模具整體放置于等溫模鍛機(jī)中，并連接沖頭3與壓機(jī)上平臺(tái)，加熱模4上的保溫層5保證加壓過程中的溫度不變，下壓壓機(jī)平臺(tái)，利用王字型模具腔控制結(jié)構(gòu)件最終尺寸精度，分三次對(duì)毛坯進(jìn)行加壓，每次加壓使毛坯的變形量分別為30%、70%、100%，由于筋板中心已設(shè)計(jì)有回流槽12，回流槽12為十字型，四個(gè)支臂的寬度為3mm，在壓模過程中，多余的金屬進(jìn)入槽中使筋板成形中出現(xiàn)的回流、折疊等缺陷得到消除，在此，所形成的零件上存有由回流槽12形成的凸臺(tái)，如圖5所示。最后用機(jī)加方式去除回流槽形成的凸臺(tái)，最終得到符合要求的零件，如圖6所示。從而實(shí)現(xiàn)高尺寸精度、無(wú)殘余應(yīng)力的三維結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的成形。
[0033]以上所述僅為本實(shí)用新型示意性具體實(shí)施方案，并非用以限制本實(shí)用新型的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鈦合金王字形結(jié)構(gòu)件等溫模鍛成形模具，其特征在于，所述成形模具包括凹模(I)、凸模(2)、沖頭(3)、加熱模(4)和保溫層(5);其中:所述凹模(I)上設(shè)有王字型模具腔(II);所述王字型模具腔(11)底部設(shè)有回流槽(12);所述凸模(2)擠壓面的尺寸及形狀與凹模(I)擠壓面的尺寸及形狀完全相同；所述加熱模(4)的豎壁上設(shè)有穿通孔;所述保溫層(5)嵌入加熱模(4)內(nèi)部，并且在保溫層(5)的豎壁外側(cè)設(shè)有加熱棒(51)，所述加熱棒(51)穿過所述穿通孔，使保溫層(5)固定于加熱模(4)內(nèi)部;所述沖頭(3)固定安裝于加熱模(4)和保溫層(5)頂部，并同時(shí)貫穿加熱模(4)和保溫層(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述成形模具，其特征在于，所述王字型模具腔(11)的寬度為4mm，深度為32mm。3.根據(jù)權(quán)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.根據(jù)權(quán)利要求1所述成形模具，其特征在于，所述凹模(I)采用矩形立體結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述成形模具，其特征在于，所述凸模(2)采用凸形立體結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述成形模具，其特征在于，所述沖頭(3)采用圓柱體結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述成形模具，其特征在于，所述加熱模(4)采用矩形環(huán)結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述成形模具，其特征在于，所述保溫層(5)的形狀與加熱模(4)相同，所述保溫層(5)矩形各邊的長(zhǎng)度均小于對(duì)應(yīng)加熱模(4)矩形各邊的長(zhǎng)度。9.根據(jù)權(quán)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，采用十字型結(jié)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一所述成形模具，其特征在于，所述成形模具材質(zhì)選用4Cr5MoSiVl 材料。
【文檔編號(hào)】B21J13/02GK205702278SQ201620676549
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】劉振軍, 康志也, 張禮斌, 肖波, 楊敏
【申請(qǐng)人】航天海鷹(哈爾濱)鈦業(yè)有限公司