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超倍尺寬鈦板坯成形工藝研制

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2019-02-26 00:00:00 | 瀏覽:0 ]

針對(duì)某公司鈦板坯鍛件,材料為TA2,要求成形尺寸2050+15 (寬)×260(高)±10× L(隨長)(m m),原材料鈦錠經(jīng)過表面加工去除表 面 缺 陷 及 取 樣 后 , 尺 寸 為φ990mm×2600mm。成形寬度尺寸/原材料截面尺寸≈2.07,超過一倍尺寸。根據(jù)傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,要保證最終展寬成形 尺 寸 原 始 坯 料 截 面 直 徑 需≥ φ 1450mm。

常 規(guī) 成 形 工 藝 為 鈦 錠 先鐓 粗 , 保 證 鐓 粗 后 截 面 尺 寸≥ φ 1450mm后再進(jìn)行平砧間拔長展寬。鍛造過程由于TA2的材料特性,容易造成鐓粗過程中面折疊缺陷,為防止折疊過深,需分多道次進(jìn)行鐓粗,出現(xiàn)折疊現(xiàn)象后立即進(jìn)行輕滾圓拔長后再進(jìn)行鐓粗,嚴(yán)重影響鍛造效率及鍛造質(zhì)量。采取直接拔長的方式進(jìn)行展寬,在試驗(yàn)前通過有限元數(shù)值模擬分析軟件對(duì)試制方案進(jìn)行分析,最終通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證工藝方案的可行性。

1.工藝方案

鍛造工藝路線:芯棒展寬→換專用芯棒繼續(xù)展寬→上下平砧成形修整,選用50MN快鍛壓力機(jī)進(jìn)行整個(gè)鍛造工序。具體過程為:將鈦合金錠平放在大平板上,上端采用 φ 630mm芯棒分兩次進(jìn)行壓扁,總壓下量控制在300mm左右,左右移動(dòng)芯棒進(jìn)行展寬至坯料高度約為550mm。為防止芯棒展寬過程中出現(xiàn)板坯料中間尺寸偏大,兩端偏小的情況,特制專用芯棒進(jìn)行進(jìn)一步展寬,展寬至寬度約為2000mm,高度約為440mm。最 后 采 用 特 制 上 平砧 ( 7 0 0 m m 砧 寬 , 砧 長2300mm)、下平板進(jìn)行拔長及整形。

2.工藝的數(shù)值模擬

(1)模型建立及參數(shù)設(shè)定采用SolidWorks軟件上對(duì)鈦合金錠、芯棒、特制芯棒、下平板、上下平砧進(jìn)行三維建模,并導(dǎo)入有限元模擬軟件中。TA2材料屬性由數(shù)據(jù)庫中已有的模型導(dǎo)入,由于采用快鍛壓力機(jī),設(shè)定正常開啟5臺(tái)泵的上砧平均壓下速度下限約為50mm/s。采用六面體網(wǎng)格對(duì)鈦錠模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,為保證模擬的準(zhǔn)確性,設(shè)定網(wǎng)格數(shù)量32000個(gè)。數(shù)值模擬的其他參數(shù)如附表所示。




(2)模擬過程分析 圖1為上下工裝及鈦錠初始擺放位置,上砧與芯棒接觸均勻壓下,壓下300mm后,左右橫移芯棒繼續(xù)壓下至圖2狀態(tài),此時(shí)坯料高度約為550mm。




由于鈦錠總長為2600mm,采用芯棒展寬過程中由于兩端偏載的問題,坯料變形不均勻,在實(shí)際生產(chǎn)過程中必然會(huì)造成,兩端展寬小,中間展寬大的問題,采用特制芯棒重點(diǎn)對(duì)兩端進(jìn)行展寬,如圖3、圖4所示。此時(shí)坯料高度高點(diǎn)為455mm,低點(diǎn)約為380mm。




圖5表示采用上平砧及下平板,開始整形拔長,壓下量設(shè)定為100mm。圖6為整形結(jié)束,此時(shí)測定寬度最大點(diǎn)為2165mm,最小點(diǎn)2065mm,高度尺寸為265mm。




3.生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證

利用數(shù)值模擬形成的工藝參數(shù),在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行試驗(yàn),圖7為最終鍛造成形的TA2板坯,試驗(yàn)過程中在厚度約為265mm時(shí),展寬最寬點(diǎn)達(dá)到2150mm,與優(yōu)化后仿真結(jié)果非常接近。且兩端頭舌頭長度僅約50mm,低于常規(guī)鈦板成形的舌頭長度150~250mm。最終通過加工后材料利用率達(dá)到91.6%,高于常規(guī)的鈦板成形利用率約2%,符合最終成形的質(zhì)量要求。




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