一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法權(quán)利要求

1.《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》特征在于，包括以下步驟：

1）設(shè)計鐓擠模鍛成型的模具：模具設(shè)計成筒體，模具的出模斜度為1～3°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料外徑為所述筒體外徑的50％～98％、坯料高度為所述筒體高度的60％～150％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.2～3毫米的防護(hù)潤滑層；

4）坯料在電爐中按溫度液相點下5～50℃加熱，加熱系數(shù)≥0.6分鐘/毫米，同時將模具在200～450℃溫度下預(yù)熱6～24小時；

5）將模具安裝在壓力機、模鍛錘或?qū)翦N上，并將熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造；

6）將坯料打磨至表面無裂紋或折疊；

7）若鍛造后的鍛件未充滿，重復(fù)步驟3）～5），直至鍛件完全成型；得到成型的大型鈦合金深筒件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法，其特征在于，步驟3）中所述防護(hù)潤滑層為玻璃粉、M60樹脂和水的混合物。

《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》屬于金屬材料熱加工成型領(lǐng)域。

圖1為《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》的大型鈦合金深筒件結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：圖1-1為直筒型深筒件；圖1-2為帶翻沿直筒型深筒件；圖1-3為帶底槽直筒型深筒件；圖1-4為帶底槽和翻沿的直筒型深筒件；

圖2為2009年10月前的技術(shù)擠壓機反擠壓工藝生產(chǎn)特殊形狀鈦合金深筒件毛坯結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：圖2-1為直筒型深筒件；圖2-2為帶翻沿直筒型深筒件；圖2-3為帶底槽直筒型深筒件；圖2-4為帶底槽和翻沿的直筒型深筒件。

一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法專利目的

《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》的目的是提供一種鐓擠精密模鍛成型方法，生產(chǎn)此類大型鈦合金深筒件。

一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法技術(shù)方案

《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》的技術(shù)方案包括以下步驟：

1）設(shè)計鐓擠模鍛成型的模具：模具設(shè)計成筒體，模具的出模斜度為1～3°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料外徑為所述筒體外徑的50％～98％、坯料高度為所述筒體高度的60％～150％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.2～3毫米的防護(hù)潤滑層；

4）坯料在電爐中按溫度液相點下5～50℃加熱，加熱系數(shù)≥0.6分鐘/毫米，同時將模具在200～450℃溫度下預(yù)熱6～24小時；

5）將模具安裝在壓力機、模鍛錘或?qū)翦N上，并將熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造；

6）將坯料打磨至表面無裂紋或折疊；

7）若鍛造后的鍛件未充滿，重復(fù)步驟3）～5），直至鍛件完全成型；得到成型的大型鈦合金深筒件。

以上步驟3）中所述防護(hù)潤滑層為玻璃粉、M60樹脂和水的混合物。其中以質(zhì)量百分比計，所述混合物含有15～40％的玻璃粉，40％的M60樹脂，其余為水；所述玻璃粉是FRG5玻璃粉、FRG15玻璃粉、FRG25玻璃粉或FRG35玻璃粉。

一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法改善效果

《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》具有以下有益效果：

該發(fā)明在模鍛件設(shè)計中將拔模斜度選為1～3°之間。這種小的拔模斜度可使工裝與鍛件之間的摩擦力增加，降低了出模難度。另外該成型方法的關(guān)鍵是坯料尺寸的選擇，即坯料外徑為筒體外徑的50％-98％、坯料高度外筒體高度的60％-150％。該技術(shù)優(yōu)點主要有：一是避免或減少坯料與下模內(nèi)腔的接觸時間，減少坯料溫度損失；二是減少了剛開始變形時坯料與下模腔的接觸面積，降低了摩擦阻力，利于金屬流動；三是在每次錘擊過程中將一定的空氣密閉于下腔內(nèi)，避免了鍛件黏模；這樣，就解決了筒體件在成型過程中內(nèi)外表面出現(xiàn)大量裂紋的問題。另外，這種方法增大了成型過程中的變形量，有利于改善坯料中的不理想組織，從另外一方面理解，可以進(jìn)一步降低坯料的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、即降低原材料采購價格，大幅度降低了生產(chǎn)成本。

所謂大型鈦合金深筒件是指內(nèi)徑（d）大于160毫米、外徑（D）大于200毫米、高度（H）大于200毫米、且H/D≥1、h（h1 h2）/d≥1的筒型回轉(zhuǎn)體構(gòu)件，主要產(chǎn)品形狀見圖1-1至圖1-4。

大型鈦合金深筒件在航空、航天、航海、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但是由于鈦合金屬于稀有難加工金屬材料，所以大型鈦合金深筒件的成型問題是很多生產(chǎn)廠家所面臨的一大技術(shù)難題。主要有三種方法生產(chǎn)此類產(chǎn)品：

第一種方法是采用大規(guī)格棒料直接機械加工而成，這種方法生產(chǎn)大型鈦合金深筒件存在材料利用率低、生產(chǎn)成本高等缺點，且由于產(chǎn)品流線在機械加工過程中被切斷導(dǎo)致產(chǎn)品性能低。

第二種方法是采用鑄造技術(shù)生產(chǎn)，這種方法生產(chǎn)的大型鈦合金深筒件由于自身鑄造缺陷多及力學(xué)性能過低等原因，只能用于一些使用要求相對較低的場合，無法滿足航空、航天等高端工業(yè)部門的需求。

第三種方法就是擠壓機反擠壓成型技術(shù)生產(chǎn)，這種方法生產(chǎn)的大型鈦合金深筒件具有力學(xué)性能優(yōu)異、流線分布較合理等優(yōu)點，能夠滿足航空、航天等高端需求。中國航空部門使用的大量性能要求相對較高的鈦合金深筒件主要采用該方法進(jìn)行成型。試驗結(jié)果表明，雖然該成型工藝方法生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠滿足中國航空產(chǎn)品使用要求，但擠壓機反擠壓成型工藝方法生產(chǎn)大型鈦合金深筒件，也存在一些無法解決的技術(shù)難點：

①、擠壓機反擠壓成型技術(shù)屬于一火次、一次性成型方式，擠壓變形完成后，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格尺寸不合格，無法翻修等原因，直接導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，產(chǎn)品合格率低。

②、擠壓機反擠壓成型技術(shù)由于是靜壓成型，下模腔與上沖頭在整個成型過程中一直與熱坯料接觸，導(dǎo)致坯料表面溫度急劇降低加上鈦合金黏模等特性，從而在變形過程中殼體內(nèi)外表面形成裂紋，如果潤滑條件不好，裂紋過深超過該處機加余量將導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。

③、擠壓機反擠壓成型技術(shù)在擠壓過程中由于坯料與模具一直接觸，所以坯料容易抱死上沖頭，脫模困難，生產(chǎn)效率低，甚至因此造成坯料報廢或沖頭報廢。

④、大部分大型鈦合金深筒件并非簡單的桶體狀，而是上邊帶有翻沿或下部呈凹狀，見圖1-2、1-3、1-4所示。對于這些形狀的產(chǎn)品，擠壓機反擠壓法無法直接擠壓完成，在熱擠壓過程中只能依靠增加余塊先擠壓成簡單的直桶狀（見圖2-1至圖2-4所示），最后再將余塊部分機械加工除去。這樣做就造成：機械加工后產(chǎn)品流線不能完全按外形分布、部分被機加切斷，致使最終零件使用性能、壽命降低；另外就造成材料利用率低、生產(chǎn)成本高等缺點。

⑤、擠壓機反擠壓成型技術(shù)對坯料及模具潤滑要求很高，工藝過程穩(wěn)定性差，過程操作復(fù)雜，不適合大批量、工業(yè)化生產(chǎn)。

• 實施例1

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度為1°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ230×320，坯料外徑為筒體外徑的80％，坯料高度外筒體高度的120％；

3）在坯料上噴涂厚度為3毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為15％的玻璃粉，40％的M60樹脂和45％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下50℃，加熱系數(shù)為1.0分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度為200℃，預(yù)熱時間24小時；

5）將模具安裝在400千焦對擊錘上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)3）～5）步驟一次，鍛件成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例2

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度2°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ280×260，坯料外徑為筒體外徑的98％，坯料高度為外筒體高度的120％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.2毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為25％的玻璃粉，40％的M60樹脂和35％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下40℃，加熱系數(shù)為0.8分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度300℃，預(yù)熱時間12小時；

5）將模具安裝在25噸模錘上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例3

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度為1°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ230×320，坯料外徑為筒體外徑的80％，坯料高度外筒體高度的120％；

3）坯料上噴涂厚度為1.5毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為35％的玻璃粉，40％的M60樹脂和25％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下30℃，加熱系數(shù)為0.9分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度400℃，預(yù)熱時間6小時；

5）將模具安裝在400千焦對擊錘上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例4

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度2°；

2）坯料尺寸的選擇，坯料尺寸為φ280×260，坯料外徑為筒體外徑的98％，坯料高度為外筒體高度的120％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.5毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為40％的玻璃粉，40％的M60樹脂和20％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下20℃，加熱系數(shù)為0.65分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，模具預(yù)熱溫度250℃，預(yù)熱時間15小時；

5）將模具安裝在25噸模錘上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例5

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度1.5°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ250×400，坯料外徑為筒體外徑的60％，坯料高度為外筒體高度的150％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.5毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為15％的玻璃粉，40％的M60樹脂和45％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下5℃，加熱系數(shù)為0.6分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度250℃，預(yù)熱時間15小時；

5）將模具安裝在10噸模錘上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例6

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度3°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ290×280，坯料外徑為筒體外徑的70％，坯料高度為外筒體高度的110％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.5毫米的防護(hù)潤滑層；防護(hù)潤滑層由質(zhì)量百分比為15％的玻璃粉，40％的M60樹脂和45％的水混合成的混合物噴涂而成。

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下15℃，加熱系數(shù)為0.6分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度450℃，預(yù)熱時間6小時；

5）將模具安裝在10000噸壓力機上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

• 實施例7

1）模具設(shè)計：模具設(shè)計為筒體，出模斜度3°；

2）坯料尺寸的選擇：坯料尺寸為φ290×280，坯料外徑為筒體外徑的70％，坯料高度為外筒體高度的110％；

3）在坯料上噴涂厚度為0.5毫米的防護(hù)潤滑層；

4）坯料在電爐中加熱，溫度液相點（相變點α β/β）下15℃，加熱系數(shù)為0.6分鐘/毫米；同時預(yù)熱模具，預(yù)熱溫度450℃，預(yù)熱時間6小時；

5）將模具安裝在10000噸壓力機上，把熱透的坯料放入模具型腔內(nèi)鍛造1火；

6）打磨坯料裂紋、折疊缺陷，直至表面無裂紋或折疊為止；

7）重復(fù)步驟3）～5）兩次，鍛件完全成型，得到成型的大型鈦合金深筒件；

8）熱處理；

9）性能測試。

該實施例中的每批鍛件解剖一件，取樣加工后測試性能，結(jié)果如下表：

該發(fā)明的鐓擠精密模鍛成型方法生產(chǎn)大型鈦合金深筒件，成功解決了擠壓機反擠壓成型工藝方法的一系列技術(shù)難題：

（1）采用該發(fā)明的鐓擠精密模鍛成型技術(shù)生產(chǎn)的大型鈦合金深筒件，表面質(zhì)量良好、規(guī)格尺寸精確、流線分布合理、組織性能優(yōu)異、機械加工余量小、材料利用率高，各項技術(shù)指標(biāo)完全符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）采用該發(fā)明的鐓擠精密模鍛成型技術(shù)生產(chǎn)大型鈦合金深筒件，產(chǎn)品合格率達(dá)100％，克服了油壓機反擠壓工藝成型過程中由于一火次成型造成產(chǎn)品規(guī)格尺寸不合格、且無法返修，而導(dǎo)致產(chǎn)品合格率低的缺點。

（3）該發(fā)明鐓擠精密模鍛成型技術(shù)生產(chǎn)大型鈦合金深筒件體過程中，通過對成型原理、工藝流程等分析、改進(jìn)、優(yōu)化，解決了油壓機反擠壓過程中筒體表面經(jīng)常出現(xiàn)裂紋、抱死沖頭等技術(shù)難題，不但提高了產(chǎn)品合格率，而且還大大提高了生產(chǎn)效率、同時降低了工模具的消耗。

（4）該鐓擠精密模鍛成型方法生產(chǎn)大型鈦合金深筒件，過程操作簡單、質(zhì)量控制容易、性能穩(wěn)定可靠，易于實現(xiàn)產(chǎn)品的大批量、工業(yè)化生產(chǎn)。

（5）對于大部分上邊帶有翻沿或下部呈凹狀的形狀復(fù)雜的大型鈦合金深筒件，擠壓機反擠壓法無法直接擠壓生產(chǎn)，只能依靠增加余塊先擠壓成簡單的直桶狀，最后再將余塊部分機械加工除去，機械加工后產(chǎn)品流線不能完全按零件外形分布、部分被機加切斷，致使最終零件使用性能、壽命降低，另外材料利用率低、生產(chǎn)成本高。而該發(fā)明的鐓擠精密模鍛成型方法則可以完全按零件外形鍛造生產(chǎn)出此類產(chǎn)品，產(chǎn)品流線完全按照零件外形分布，組織性能優(yōu)異、材料消耗少。

（6）該發(fā)明的鐓擠精密模鍛成型方法研制、生產(chǎn)大型鈦合金深筒件的成功，為中國研制、生產(chǎn)此類產(chǎn)品打下了基礎(chǔ)，為難變形鈦合金深筒件的熱成型工藝等各方面積累了豐富的經(jīng)驗，達(dá)到了技術(shù)儲備的目的。

截止2009年10月，采用該鐓擠精密模鍛成型方法試驗生產(chǎn)了多種型號飛機用多種規(guī)格的大型鈦合金深筒件共幾百件，產(chǎn)品合格率達(dá)100％，并順利通過了地面試車考核，可以批量裝機使用。

2017年12月11日，《一種大型鈦合金深筒件鐓擠精密模鍛成型方法》獲得第十九屆中國專利優(yōu)秀獎。

吹塑薄膜擠塑法注射吹塑成型

用注射成型法先將塑料制成有底型坯，接著再將型坯移到吹塑模中吹制成中空制品（如圖1）。

吹塑薄膜擠塑法拉伸吹塑成型

拉伸吹塑成型是雙軸定向拉伸的一種吹塑成型，其方法是先將型坯進(jìn)行縱向拉伸，然后用壓縮空氣進(jìn)行吹脹達(dá)到橫向拉伸。拉伸吹塑成型可使制品的透明性、沖擊強度、表面硬度和剛性有很大的提高，適用于聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PETP）的吹塑成型。拉伸吹塑成型包括注射型坯定向拉伸吹塑、擠出型坯定向拉伸吹塑、多層定向拉伸吹塑、壓縮成型定向拉伸吹塑等。

吹塑薄膜擠塑法擠出吹塑成型

用擠出法先將塑料制成有底型坯，接著再將型坯移到吹塑模中吹制成中空制品（如圖2）。注射吹塑成型和擠出吹塑成型的不同之處是制造型坯的方法不同，吹塑過程基本上是相同的。吹塑設(shè)備除注射機和擠出機外，主要是吹塑用的模具。吹塑模具通常由兩瓣合成，其中設(shè)有冷卻劑通道，分型面上小孔可插入充壓氣吹管。