Tecnología de forja y diseño de herramientas de aleación de titanio GR5
La aleación de titanio tiene excelentes propiedades integrales, como baja densidad, alta resistencia específica, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y propiedades no magnéticas. Las piezas forjadas de aleaciones de titanio no sólo se utilizan ampliamente en la aviación y la fabricación aeroespacial, sino también en la construcción naval, la industria química, la industria automovilística y los equipos médicos, entre otros campos. La industria tiene una amplia gama de aplicaciones. Por lo tanto, elegimos la aleación de titanio TC4 como el material ideal para fabricar esta placa de conexión. Puntos clave del proceso de forja y diseño de herramientas:
1. Selección de especificaciones de barras. A través del análisis de la sección del modelo tridimensional, se puede ver que la sección más grande de la forja se ubica en ambos extremos, el diámetro equivalente es de φ90 mm y el diámetro equivalente de las otras secciones es de φ68 mm. El tamaño de la sección transversal de la forja es relativamente uniforme en la dirección longitudinal. La longitud de la forja es de 300 mm. Según nuestra experiencia en el desarrollo de varias piezas forjadas de forma similar, sólo cuando la longitud de la barra es cercana al tamaño de la pieza forjada se pueden formar completamente los extremos. Por lo tanto, la longitud de la barra se selecciona inicialmente como 300 mm y luego el volumen de la forja se multiplica por 1,25 como la barra. El volumen y el diámetro de la varilla se calculan como φ80 mm, y la especificación de corte se determina inicialmente como φ80 mm × 300 mm.
2. Preparación de varillas de aleación de titanio. La superficie de la barra forjada (laminada) para forjar tiene una capa dura y quebradiza. Esta capa debe eliminarse antes de la forja para evitar grietas en la superficie de la pieza en bruto durante la forja. Cuando el diámetro es superior a 50 mm, generalmente se utiliza torneado para quitar 5 mm. Después del torneado, si algunas piezas aún tienen defectos, deben eliminarse mediante esmerilado y la profundidad del esmerilado no debe exceder los 0,5 mm. Ambos extremos de la barra están redondeados R5 para evitar el agrietamiento del tocho durante la forja.
3. Selección de equipos. La fuerza de impacto calculada de las piezas forjadas es de 4000t. La conductividad térmica de la aleación de titanio es baja, 1/15 de la del aluminio y 1/5 de la del hierro a temperatura normal. Cuando el martillo de forja forja aleaciones de titanio a alta velocidad, el efecto térmico central es propenso al sobrecalentamiento, lo que tiene un mayor impacto en el rendimiento de las piezas forjadas, y el calor de deformación generado por la prensa no es obvio. De acuerdo con los requisitos de precisión de forjado y la situación real de los equipos de nuestra fábrica, se selecciona una prensa de tornillo de alta energía de 5000t como equipo de forjado.
4. Lubricación de palanquilla. La temperatura de precalentamiento del tocho es de 120 ± 30 grados, precaliéntalo en el horno de precalentamiento durante 20 minutos, rocía lubricante para vidrio de manera uniforme y colócalo en el horno después de que se seque el lubricante en la superficie del tocho.
5. Especificaciones de calefacción. Según el estándar, la temperatura de forjado inicial de la aleación de titanio TC4 es de 960 grados, la temperatura de forjado final es de 800 grados y el tiempo de retención es de 0,8 min/mm. Las aleaciones de titanio tienen baja conductividad térmica. Para evitar el sobrecalentamiento, la oxidación y la absorción de hidrógeno, los hornos nuevos y los que no se han utilizado durante mucho tiempo deben encenderse con aire para eliminar la humedad antes de su uso. La precisión del campo de temperatura del horno eléctrico es de ±10 grados. Si la temperatura es demasiado alta, la estructura se volverá tosca y los granos de cristal serán toscos; si la temperatura es demasiado baja, la resistencia a la deformación será alta y fácilmente se producirán defectos de forja, como grietas. Dibuje la curva de calentamiento que se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Curva de calefacción
6. Fabricación de espacios en blanco. El objetivo es distribuir el metal de forma razonable. Este producto requiere juntar metal a los lados y extremos de la forja. El diseño de la forma en blanco es muy importante para el efecto de formación del preforjado y el forjado final. Para evitar grietas debido a una deformación excesiva de la pieza en bruto, la deformación de la pieza en bruto es menor o igual al 60 por ciento, y el diseño de la forma de la pieza en bruto se muestra en la Figura 2.
7. Diseño de la cavidad del molde de forja. El primer fuego completa la fabricación de palanquillas y el preforjado, y el segundo fuego completa el forjado final y el forjado de precisión. El recorte, el pulido con chorro de arena y el pulido después de la preforja pueden eliminar los defectos superficiales de las piezas forjadas y mejorar la calidad de la superficie de las piezas forjadas después de la forja final; por otro lado, el recorte puede reducir la resistencia a la formación del metal, lo que resulta beneficioso para el grosor y el tamaño de las piezas forjadas. La cavidad está diseñada como cuatro cavidades (Fig. 3): fabricación de palanquillas (arriba a la izquierda) → preforjado (arriba a la derecha) → forjado final (abajo a la derecha) → forjado de precisión (abajo a la izquierda). El propósito de diseñar la cavidad de forja de precisión es mejorar la vida útil de la matriz y la precisión dimensional de la forja. Para formar una forja completa, la cavidad relativamente compleja y profunda de la forja se coloca en la matriz superior. Control de deformación: El espesor de la placa de nervadura del molde en blanco está diseñado para ser de 21,5 mm, el espesor diseñado de la placa de nervadura después del preforjado es de 12 mm, el espesor de la placa de nervadura de forja final es de 5,2 mm y la deformación final de forjado es menos del 30 por ciento. El rendimiento se degrada. Temperatura de precalentamiento del molde: 200 ~ 300 grados.
Figura 2 Diseño sólido de fabricación de espacios en blanco.
Figura 3 Diseño de la cavidad
8. Diseño del molde de recorte. La herramienta de recorte está diseñada con 2 cavidades (Fig. 4). A la derecha está la cavidad de recorte después del preforjado. Durante el recorte, parte de la rebaba se retiene para usarse como material superior durante el forjado final. La cavidad de la izquierda es la cavidad de recorte después del forjado final. . Para garantizar la precisión del recorte, el espacio entre los troqueles superior e inferior está diseñado para ser de 0.8 mm. La estructura del poste guía y el manguito guía está diseñada para el montaje y posicionamiento del molde de recorte y el control de la precisión dimensional del espacio entre los moldes superior e inferior.
9. Tratamiento térmico y de enfriamiento de forja. Una vez que la forja se enfría con aire, se completa el tratamiento térmico de recocido.
Figura 4 Troquel de recorte
10. Contaminación y limpieza durante el proceso de forja de aleaciones de titanio. La pieza de trabajo debe limpiarse antes de calentarla. Sin aceite, limaduras de hierro, cloruros, sin huellas dactilares. No debe haber incrustaciones ni tochos en el horno eléctrico. El revestimiento inferior del horno está fabricado preferentemente de acero inoxidable fundido. La pieza en bruto debe recubrirse con vidrio para lubricación. agente o calentado en una atmósfera protectora.
