半球形TC4鈦合金鍛件存在的缺陷與生產工藝改進方法

通過對國內外半球形鍛件成形技術研究，利用公司現有設備(3 150t水壓機)．采用熱模鍛+熱沖壓的工藝路線成功的生產出TC4半球形鍛件(圖1)。但由于TC4鈦合金壓力加工性能差。而且該鈦鍛件最終成形是在水壓機上實現，并非專用的模鍛機。這就造成在試制過程中存在生產能力小、鍛件外形尺寸合格率偏低、成品率不高等問題。

1、TC4半球鈦體鍛件存在的主要缺陷

通過對生產的半球形鍛件進行缺陷整理。主要可歸納為以下5種缺陷：

(1)靠翻邊處內徑尺寸r偏大(見圖2)，造成用戶機加后留有黑皮：

(2)靠翻邊處外球面易出現較深裂紋；

(3)外表面出現微裂紋；

(4)成形后半球體出現偏斜；

(5)半球體在靠近氣嘴處拉裂，甚至出現整體掉底現象。

2、TC4半球鍛件生產工藝的改進

2.1 改進模具結構。利于金屬流動

采用水壓機生產鍛件存在導向差的缺點。雖在設計模具時增加了導套以增加導向精度(見圖3)，但考慮到模具熱脹冷縮,以及上、下模易于導入等因素的影響，導套單邊仍留了一定間隙。

這就使生產時因為無法精確導向而可能造成坯料在成形時局部已與下模(原下模結構為依據鍛件尺寸設計的半球形實體)接觸，而上模繼續向下拉深的現象(見圖4)。由于坯料與模具接觸面積大，摩擦力大，以上現象一旦發生，僅靠半球形鍛件成形過程自身不能實現找正，這就勢必導致成形后的半球形鍛件出現靠翻邊處出現較深裂紋或鍛件在偏斜現象。

半球形鍛件的最后成型過程可以看作是厚板拉深，據有關資料介紹。采用厚板拉深的此類半球形鍛件可以采用懸空法拉深成形。此類成形模具結構較原成形模具結構在成形過程中更有利于金屬的流動。同時由于成形過程中模具與坯料接觸面積小，當上下模并未對正時，靠半球形鍛件成形過程自我找正也可使模具找正。針對鍛件存在的缺陷，改變了原下模結構，設計為懸空結構(見圖5)。

2.2 調整上模成形尺寸。提高半球形鍛件外形尺寸根據參考資料【1】，上模直線段長度可按以下公式計算：

h=h₁+h₂，

其中：h為上模直線段長度；h₁修邊余量，一般取(1～2)t；t為坯料厚度；h₂附加保險余量，一般為50～100mm。

考慮到該資料適用的材料中并無TC4鈦合金，另外結合原設計模具的經驗及生產實際情況，原上模直線段長度并不能補償鍛件在隨后的熱處理及冷卻過程的回彈造成的靠翻邊處內徑尺寸偏大現象。而完全照搬資料。將直線段增加將近100mm左右。必然增加半球成形前坯料的直徑。這就勢必降低產品的成品率，同時隨著坯料直徑的增加。如不改變成形前坯料壁厚，必然改變成形穩定性(根據參考資料【1】，成形前坯料的壁厚／直徑比值數值越小．成形區抗失穩的能力越差，越容易起皺)根據以往的生產實際情況，并進行幾次試驗。最終確定了上模的直線段長度，補償了鍛件在隨后的冷卻過程及熱處理的回彈造成的靠翻邊處內徑尺寸偏大，確保了鍛件尺寸不會由于回彈而造成超差。

2.3 選擇合適涂層，改善成形潤滑條件。

對半球成形前涂層的選擇及涂刷方法進行了多次試驗，曾試過A5玻璃粉、A5與M1混合使用等涂層(A5及Ml為涂層編號)，最終選擇我國自行研制的900～l 000℃使用的沖壓用玻璃涂層，并且總結出了可行、有效的涂刷方法，改善了成形過程的潤滑條件，更有利于成形過程金屬的流動。同時使用了這種玻璃潤滑劑，使最后成形時從出爐到成形完畢整個過程溫降有所減少，從而使整個變形過程更加均勻，減少了成形后鍛件表面出現裂紋的情況。

3、結束語

對TC4半球形鍛件成形工藝改進后，已累計生產該鍛件近千件，產品鍛造合格率達到95％以上，實現了工業化生產。經過改進的成形工藝為中小型設備批量生產該類鍛件提供了新的方法。

參 考文獻

【1】鍛壓手冊，中國機械工程學會塑性工程學會，機械工業出版社，1993，2．