Technologie de forgeage et conception d'outillage en alliage de titane GR5

L'alliage de titane possède d'excellentes propriétés complètes telles qu'une faible densité, une résistance spécifique élevée, une résistance aux températures élevées, une résistance à la corrosion et des propriétés non magnétiques. Les pièces forgées en alliage de titane sont non seulement largement utilisées dans la fabrication aéronautique et aérospatiale, mais également dans la construction navale, l'industrie chimique, l'industrie automobile, les équipements médicaux et d'autres domaines. L'industrie a un large éventail d'applications. Par conséquent, nous choisissons l'alliage de titane TC4 comme matériau idéal pour fabriquer cette plaque de connexion. Points clés du processus de forgeage et de la conception des outils :

1. Sélection des spécifications des barres. Grâce à l'analyse de section du modèle tridimensionnel, on peut voir que la plus grande section de la pièce forgée est située aux deux extrémités, le diamètre équivalent est de φ90 mm et le diamètre équivalent des autres sections est de φ68 mm. La taille de la section transversale du forgeage est relativement uniforme dans le sens de la longueur. La longueur du forgeage est de 300 mm. Selon notre expérience dans le développement de diverses pièces forgées de forme similaire, ce n'est que lorsque la longueur de la barre est proche de la taille de la pièce forgée que les extrémités peuvent être entièrement formées. Par conséquent, la longueur de la barre est initialement sélectionnée à 300 mm, puis le volume du forgeage est multiplié par 1,25 en tant que barre. Le volume et le diamètre de la tige sont calculés comme φ80 mm, et les spécifications de découpage sont initialement déterminées comme φ80 mm × 300 mm.

2. Préparation des tiges en alliage de titane. La surface de la barre forgée (laminée) à forger présente une couche dure et cassante. Cette couche doit être retirée avant le matriçage pour éviter les fissures à la surface de l'ébauche lors du forgeage. Lorsque le diamètre est supérieur à 50 mm, le tournage est généralement utilisé pour retirer 5 mm. Après tournage, si certaines pièces présentent encore des défauts, elles doivent être éliminées par meulage et la profondeur de meulage ne doit pas dépasser 0,5 mm. Les deux extrémités de la barre sont arrondies R5 pour éviter la fissuration de la billette lors du forgeage.

3. Sélection de l'équipement. La force d'impact calculée des pièces forgées est de 4 000 t. La conductivité thermique de l'alliage de titane est faible, 1/15 de l'aluminium et 1/5 du fer à température normale. Lorsque le marteau de forgeage forge des alliages de titane à grande vitesse, l'effet thermique central est sujet à une surchauffe, ce qui a un impact plus important sur les performances des pièces forgées, et la chaleur de déformation générée par la presse n'est pas évidente. Selon les exigences de précision du forgeage et la situation réelle de l'équipement de notre usine, une presse à vis à haute énergie de 5 000 t est sélectionnée comme équipement de forgeage.

4. Lubrification des billettes. La température de préchauffage de la billette est de 120 ± 30 degrés, préchauffez-la dans le four de préchauffage pendant 20 minutes, vaporisez uniformément du lubrifiant pour verre et mettez-la dans le four après que le lubrifiant sur la surface de la billette ait séché.

5. Spécifications de chauffage. Selon la norme, la température de forgeage initiale de l'alliage de titane TC4 est de 960 degrés, la température de forgeage finale est de 800 degrés et le temps de maintien est de 0,8 min/mm. Les alliages de titane ont une faible conductivité thermique. Afin d'éviter la surchauffe, l'oxydation et l'absorption d'hydrogène, les nouveaux fours et les fours qui n'ont pas été utilisés depuis longtemps doivent être alimentés à l'air pour éliminer l'humidité avant utilisation. La précision du champ de température du four électrique est de ±10 degrés. Si la température est trop élevée, la structure deviendra grossière et les grains cristallins seront grossiers ; si la température est trop basse, la résistance à la déformation sera élevée et des défauts de forgeage tels que des fissures se produiront facilement. Tracez la courbe de chauffage illustrée à la figure 1.

Figure 1 Courbe de chauffage

6. Fabrication de blancs. Le but est de répartir le métal de manière raisonnable. Ce produit nécessite de rassembler du métal sur les côtés et les extrémités du forgeage. La conception de la forme de l'ébauche est très importante pour l'effet de formage du pré-forgeage et du forgeage final. Afin d'éviter les fissures dues à une déformation excessive de l'ébauche, la déformation de l'ébauche est inférieure ou égale à 60 pour cent et la forme de l'ébauche est illustrée à la figure 2.

7. Conception de la cavité du moule de forgeage. Le premier feu termine la fabrication des billettes et le pré-forgeage, et le deuxième feu termine le forgeage final et le forgeage de précision. Le détourage, le sablage et le meulage après le pré-forgeage peuvent éliminer les défauts de surface des pièces forgées et améliorer la qualité de surface des pièces forgées après le forgeage final ; d'un autre côté, le détourage peut réduire la résistance au formage du métal, ce qui est bénéfique pour l'épaisseur et la taille des pièces forgées. La cavité est conçue comme quatre cavités (Fig. 3) : fabrication de billettes (en haut à gauche) → pré-forgeage (en haut à droite) → forgeage final (en bas à droite) → forgeage de précision (en bas à gauche). Le but de la conception de la cavité de forgeage de précision est d’améliorer la durée de vie de la matrice et la précision dimensionnelle du forgeage. Afin de former une pièce forgée complète, la cavité relativement complexe et profonde de la pièce forgée est placée sur la matrice supérieure. Contrôle de la déformation : l'épaisseur de la plaque nervurée du moule vierge est conçue pour être de 21,5 mm, l'épaisseur conçue de la plaque nervurée après le pré-forgeage est de 12 mm, l'épaisseur de la plaque nervurée de forgeage finale est de 5,2 mm et la déformation finale du forgeage est moins de 30 pour cent. Les performances se dégradent. Température de préchauffage du moule : 200 ~ 300 degrés.

Figure 2 Conception solide de la fabrication d'ébauches

Figure 3 Disposition de la cavité

8. Conception du moule de coupe. L'outil de coupe est conçu avec 2 cavités (Fig. 4). A droite se trouve la cavité de détourage après pré-forgeage. Lors du détourage, une partie de la bavure est conservée pour être utilisée comme matériau de finition lors du forgeage final. La cavité de gauche est la cavité de détourage après le forgeage final. . Afin de garantir la précision de coupe, l'écart entre les matrices supérieure et inférieure est conçu pour être de 0,8 mm. La structure du poteau de guidage et du manchon de guidage est conçue pour l'assemblage et le positionnement du moule de détourage et pour le contrôle de la précision dimensionnelle de l'espace entre les moules supérieur et inférieur.

9. Forgeage de refroidissement et de traitement thermique. Une fois le forgeage refroidi à l’air, le traitement thermique de recuit est terminé.

Figure 4 Matrice de coupe

10. Pollution et nettoyage pendant le processus de forgeage de l'alliage de titane. Le flan doit être nettoyé avant de chauffer. Pas d'huile, de limaille de fer, de chlorures, pas d'empreintes digitales. Il ne devrait y avoir ni tartre ni billette dans le four électrique. Le revêtement inférieur du four est de préférence en acier inoxydable moulé. Le flan doit être recouvert de verre pour la lubrification. agent, ou chauffé sous atmosphère protectrice.