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濟南瑞力得數控機械工程有限公司是集科研、開發、生產為一體的高科技企業,主要生產D46系列雙輥楔橫軋機和D47系列平板楔橫軋機。公司自成立以來,秉承“質量是根本,創新求發展“的辦廠原則,努力將公司打造成我國近凈成型工藝研究與設備生產的一流企業。公司廣納圣材建立了較完善的人才梯隊,既有幾十年專業從事楔橫軋工藝和設備研究的行業帶頭人;也有多名設計經驗豐富的高級工程師,還有充滿活力的年輕俊才。

新聞資訊

鈦合金楔橫軋成形工藝的模擬與實驗研究

更新時間:2017-05-23 15:48:24 點擊數:3152

山東建筑大學  王雷

濟南瑞力得數控機械工程有限公司   袁廷香 張世成 李強

摘要:本文應用計算機模擬技術與實驗相結合的方法對鈦合金材料的楔橫軋工藝進行了研究。得到了不同于普通碳鋼的楔橫軋工藝參數,從而為鈦合金軸類零件的生產提供了又一不同的生產工藝技術。

關鍵字:鈦合金 楔橫軋

1 前言

鈦合金因其較高的比強度,被廣泛應用于航空航天業;由于其特殊的物理特性又廣泛的應用到醫療行業。眾所周知,鈦合金是一種難加工材料,由于材料的固有強度高及熱傳導性差,因此難以塑性成形。

楔橫軋工藝是近年來各國大力推廣的一種高效的金屬塑性成形技術,是軸類零件塑性成形新工藝。其廣泛應用于汽車、內燃機等軸類零件毛坯的生產中,還可以用它為模鍛件提供比其它鍛造方法更精確的預制毛坯。

楔橫軋的工作原理如圖1所示。兩個帶楔形模具的軋輥以相同的方向旋轉,從而帶動軋件旋轉,軋件在楔形模具的作用下,產生徑向壓縮而軸向延伸的塑形變形,并在軋輥旋轉一周過程中,最終將軋件軋制成和模具型腔相同的所需的軸類零件。

圖1楔橫軋的工作原理圖

楔橫軋工藝有以下特點:1)具有高的生產效率:生產效率可達10件/分鐘;2)材料利用率高:材料利用率可達90%以上; 3)模具壽命高:模具壽命是模鍛工藝模具壽命的10倍以上;4)產品質量好:產品精度可達鋼質模鍛件國家標準中的精密級,直徑方向可達±0.3mm長度方向±0.5mm。

本文就是采用楔橫軋工藝對鈦合金材料的塑形變形進行計算機模擬并進行實驗研究。

2 計算機模擬

本文應用Deform軟件共對鈦合金材料進行了不同楔橫軋工藝參數下的三次模擬研究。

第一次模擬,考慮到鈦合金難以成形,所以選用小變形模具。所用模具如圖3所示

圖3 第一次模擬所用模具

模擬的軋制結果如圖4,5所示。圖4為軋制力最大時的模擬結果圖,圖5為軋制完成時的模擬圖。

 圖4 鈦合金的楔橫軋軋件1

圖5 鈦合金楔橫軋軋件1的最終成形結果

總體來看,模擬結果較好,并且軋制力和鋼件軋制力沒有太大差距。

第二次模擬,第一次模擬采用小變形模具所得結果比較滿意,第二次選用變形量較大的模具。所用模具如圖6所示。

  圖6 第二次模擬所用模具

模擬的軋制結果如圖7,8所示。圖7為軋制力最大時的模擬結果圖。圖8軋件發生滑動,無法再繼續模擬,只能停止。

圖7 鈦合金的楔橫軋軋件2

圖8 鈦合金楔橫軋軋件2的最終成形結果

從模擬軋制來看,軋制鈦合金的軋制力遠大于軋制鋼件的軋制力,這和實際中對鈦合金的了解相似。并且,從軋制結果圖中可以看出,鈦合金件發生滑動,說明軋制過程中不再滿足旋轉條件。這樣,軋制鈦合金件不僅對模具提出了更為苛刻的要求,并且對設備的整體剛度也提出了相應的要求。

第三次模擬,本次模擬從模具的工藝參數上做了一定修改,所用模具如圖9所示。

 圖9. 第三次模擬所用模具

模擬的軋制結果如圖10所示。圖10為軋制力最大時的模擬結果圖。

圖10. 鈦合金的楔橫軋軋件3

從模擬軋制中可以看出,軋件的成形較高能夠滿足要求,但是相比于軋制鋼件,軋制力明顯變大,這樣對設備提出了更高的要求。

3 楔橫軋軋制實驗

本軋制實驗采用D46-1000型楔橫軋機,考慮到鈦合金難成形,借助以前的軋制經驗,將鈦合金棒料和模具都加熱,同時模具加熱也考慮到軋制最后階段鈦合金件容易脫模。

模具溫度200。C,鈦合金坯料的加熱溫度為850。C,料長170mm(僅用了理論長度的一半,因為考慮到浪費的因素,并且前幾次軋制發生滑動的可能性較大,故采用一半長度進行了相應實驗),軋機轉速2.4r/min。最終軋件的照片如圖11所示。

 圖11. 第一次軋制鈦合金件照片

從軋件圖可以看出,軋件在模具前段軋制比較順利,但在后面的軋制過程中發生滑動,導致軋件不再能夠成形。發生滑動的因素主要有兩個,一個是摩擦小,在軋制后面的部分不再滿足軋制過程中的旋轉條件;另一個是坯料加熱溫度低,軋制中所需軋制力大,而現有的楔橫軋機不能滿足,從而發生滑動。

模具溫度300。C,鈦合金件的加熱溫度為920。C,料長170mm,軋機轉速4.8r/min。軋制照片如圖12所示。

圖12. 第二次軋制鈦合金件照片

從軋件圖可以看出,本次軋制結果較好,軋件的表面質量也能夠滿足設計要求,但是在圖12中軋件的右端發生了滑動,出現這種現象的原因可能是這樣的,在軋制后期,因為模具的摩擦不能滿足軋件的旋轉條件,就可能出現右端的滑動和縮頸。

4 結論

根據所做的模擬實驗與軋制實驗,證明了無論從理論上還是從實際中,楔橫軋軋制鈦合金是可行的,但是鈦合金的軋制和鋼件的軋制確實存在很大的不同。當軋件的變形量較小時,從模擬結果來看,鈦合金的成形效果能夠滿足要求;但是當軋件變形量較大時,鈦合金的成形就變得復雜,模擬時出現的問題也相應變多。

實際軋制過程中,當軋制速度較大時,軋制效果明顯好于軋制速度較小的情況。所以,軋制速度也是影響楔橫軋軋制鈦合金的重要因素。


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