Diseño de una matriz de conformado para una T de aleación de titanio de grado 5

Mediante el proceso de cálculo del Grado 5 te de aleación de titanioSe analizó y formuló un esquema razonable de conformado por extrusión en caliente, el diseño de la matriz del tede extrusión multidireccional, y se ha completado una instalación de proceso de forja del titanio aleación camisetas se exploró.

1. Visión general

Titanio y aleaciones de titanio son materiales de baja densidad con alta resistencia específica. Además, tiene una buena resistencia a la fluencia en entornos de alta corrosión y alta temperatura, y tiene un buen rendimiento de soldadura, que se aplica en diversos campos de la industria. La composición elemental de la T de aleación de titanio conformada requerida en este trabajo es la siguiente Ti-6Al-4V (designación UNS R56400), también llamado a veces TC4, Ti64 o ASTM Grado 5, que es la típica aleación α+β bifásica, que contiene 6% α Elemento estable Al y 4% β Elemento estable V. Puede mostrar buenas propiedades mecánicas durante el procesamiento por presión en caliente, y puede utilizar el enfriamiento rápido y el fallo para fortalecer la aleación; Después del tratamiento térmico, se puede mejorar en gran medida su resistencia, que es 50% - 100% superior a la del recocido; Además, puede trabajar continuamente en un entorno de alta temperatura (400 ℃ - 500 ℃).

2. Selección del plan de proceso de extrusión de aleación de titanio de grado 5.

La pieza de trabajo de extrusión de aleación de titanio de grado 5 se muestra en la figura 1.

Fig. 1 Diagrama tridimensional y bidimensional de la pieza de trabajo de extrusión de aleación de titanio de grado 5
De acuerdo con la figura 1, se determinan preliminarmente los dos esquemas de formación siguientes:

• Opción 1: extrusión radial. La pieza en bruto se fabrica en material tubular, que se embebe con medio elástico, y se coloca en la cámara de troquelado. El tercer extremo se extruye mediante extrusión radial, y la T se fabrica mediante procesamiento mecánico tras la descarga.
• Opción 2: Extrusión en tres direcciones. La pieza en bruto se convierte en una barra en forma de T, que se coloca en la cámara de la matriz, y se forma inicialmente por el método de extrusión inversa en tres direcciones utilizando una prensa de tres direcciones. Después de la descarga, se mecaniza para hacer una T.

El material de la camiseta es de Grado 5, y la pieza en bruto está hecha de polvo de Grado 5 después de compactarse en la cavidad del molde. En el esquema 1, cuando el tercer extremo se forma por extrusión radial, la deformación del material es grande, el grado de endurecimiento por deformación es alto, y los requisitos para el equipo y la resistencia de la matriz son altos. El esquema 2 adopta la extrusión inversa de tres vías, la deformación de los tres puertos es relativamente pequeña, y el conformado es más fácil, y el punzón y la matriz pueden protegerse eficazmente. Tras un examen exhaustivo, se debe adoptar el esquema 2.

3. Análisis del proceso de extrusión de piezas

3.1 Determinación del esquema de tratamiento térmico de las piezas brutas
El Grado 5 es una aleación de titanio utilizada en estado recocido. La microestructura y las propiedades de la aleación de titanio con diferentes combinaciones de fases se pueden obtener mediante la realización de recocido de alivio de tensión, recocido de recristalización y tratamiento de envejecimiento en solución en el Grado 5, respectivamente, como se muestra en la Tabla 1.

Tabla.1 Relación correspondiente entre la temperatura de tratamiento térmico y la microestructura y propiedades de la aleación de Grado 5

Tipo de tratamiento térmico	Recocido de alivio de tensión	Recocido de recristalización	Soluciónn tratamiento del envejecimiento
Características de organización y funcionamiento	α y β coexisten dos fases, pero β La fase es relativamente pequeño, representando alrededor de 10% (fracción de masa)	Equiaxed α Phase+ β Phase, buen rendimiento integral	ViLa estructura de cinita presenta las ventajas de una elevada resistencia a la rotura y una gran tenacidad a la fractura.
Temperatura de tratamiento térmico	100 ℃ por debajo de la temperatura de recristalización (750 ℃ para TC4)	80 ℃ - 100 ℃ por encima de la temperatura de recristalización	α＋β／β 40 ℃ - 100 ℃ por debajo de la temperatura de transición (TC4 α＋β／β La temperatura de transición de fase es de 980 ℃ - 990 ℃)

Según esto, la pieza en bruto de grado 5 puede ser recocida a 550 ℃ - 650 ℃ y enfriada al aire; recocido de recristalización 750 ℃ - 800 ℃, enfriado al aire o enfriado en horno a 590 ℃, enfriado al aire; recocido al vacío 790 ℃ - 815 ℃.

3.2 Selección del lubricante durante la extrusión
El conformado por extrusión en caliente del Grado 5 puede adoptar dos métodos de lubricación: uno es la extrusión desnuda con polvo de vidrio, el otro es la extrusión con manguito de cobre o acero. Debido a que el uso de la manga de cobre o cucharón bloqueará el flujo de metal en el cilindro de extrusión, y también se producirá la adhesión de metal, lo que dañará la superficie de la tubería, por lo que el polvo de vidrio se utiliza como lubricante en este trabajo.
3.3 Selección de la superficie de separación
Se puede observar en la Figura 1 que la matriz de conformación en T se puede dividir horizontal o longitudinalmente a lo largo de la línea central. En cambio, la división transversal es conveniente para la carga y descarga, mientras que la división longitudinal es fácil de dejar el tubo en la cámara de la matriz y no es fácil de sacar cuando se descarga, por lo que se selecciona la división transversal.
3.4 Selección de la temperatura inicial de extrusión, el método de calentamiento y el tiempo de calentamiento
Con el aumento de la temperatura, disminuye la resistencia a la deformación de la palanquilla. A partir de la resistencia a la deformación de la aleación de grado 5, la ley del grado de deformación admisible que cambia con la temperatura, y desde la perspectiva de reducir el consumo de energía y aprovechar al máximo la plasticidad de la aleación, cuanto mayor sea la temperatura inicial de extrusión, mejor será la temperatura inicial de extrusión. La temperatura inicial de extrusión debe ser β 14 ℃ - 28 ℃ inferior a la temperatura de transición (980 ℃ - 990 ℃). En este trabajo, 950 ℃ se utiliza como la temperatura de extrusión de la pieza en bruto, y el método de calentamiento es el calentamiento por inducción, que puede reducir eficazmente la temperatura de la pieza en bruto. El tiempo de calentamiento es de 3min-5min.

4. Cálculo del tamaño original y de la masa de la pieza en bruto

Después de dibujar el diagrama tridimensional de la pieza mediante UG7.0, el volumen de la pieza V=543821.145397477mm³ puede obtenerse del "cuerpo de medición" de la herramienta, y la longitud de la pieza en bruto puede calcularse según la fórmula (1).

En la fórmula:

• L * es la longitud de la pieza en bruto, en mm;
• S es el área de la cara extrema de la pieza, mm²S=π (R²-r²), R y r son el radio exterior y el radio interior de la cara extrema de la pieza, respectivamente; L es la longitud de la pieza, mm; D es el diámetro de la pieza en bruto, mm.

Calcular la sobremedida de mecanizado V₀ (cm³) según la fórmula (2):

En la fórmula:

• D₁ y D₂ son los diámetros de los extremos izquierdo y derecho, superior e inferior de la pieza respectivamente, en mm;
• Δ h₁、 Δ H₂ es el margen de recorte de los extremos izquierdo y derecho, superior e inferior, en mm; L₁ * y L₂ * son las longitudes de los extremos izquierdo y derecho, superior e inferior de la pieza en bruto, respectivamente.

Sustituyendo los datos correspondientes en la fórmula (2) se obtiene V₀=196433.85m³.

Teniendo en cuenta la tasa de pérdida del calentamiento por inducción, el volumen V * (cm³) del blanco se calcula según la fórmula (3):

Incluyendo: δ Es la tasa de pérdida del calentamiento por inducción, tomando δ= 1.0%。 Luego la masa en blanco m (kg) se obtiene de la siguiente fórmula:

Incluyendo: ρ Es la densidad de la aleación de titanio Grado 5, ρ= 4,51 × 10^-6kg/mm^3.
Sustituya los parámetros correspondientes en las fórmulas (3) y (4) y calcule el volumen de la pieza en bruto V ^*=747657,545 mm³y la masa de la pieza en bruto m *=3,37 kg.

5. Diseño de la matriz de extrusión en caliente

5.1 Diseño del proceso de perforación
Combinado con la forma de la pieza de trabajo, teniendo en cuenta el procesamiento simple y la conveniencia de montaje y sustitución, el punzón está diseñado como un punzón inclinado; El torno se utiliza para el procesamiento, la coincidencia con la placa fija de la matriz macho y hembra es H7/m6, la longitud de la matriz macho es L_convexo=160mm, y el material es la superaleación GH4049. La estructura del punzón se muestra en la figura 2.
5.2 Diseño del proceso de troquelado
El troquel cóncavo es un troquel cóncavo combinado, que es procesado por una fresadora y una máquina de corte de alambre. Cabe señalar que al instalar la matriz hembra en la base del molde, se deben considerar los datos del centro de presión para ubicarla; Además, el diseño del tamaño del contorno de la matriz debe considerar su resistencia, rigidez y módulo de reparación cuando se utiliza. En este caso, se selecciona la superaleación GH4049 para fabricar la matriz cóncava, y se endurece HRC58-HRC62. La estructura de la matriz hembra se muestra en la Figura 3.
5.3 Diseño estructural de la placa base inferior
El material seleccionado para la placa base inferior es T10A. Su estructura se muestra en la figura 4.
5.4 Diseño de la placa de fijación del punzón

Cuando se sujeta, el punzón adopta la placa de fijación del punzón, que puede prevenir eficazmente el desplazamiento del punzón en el proceso de extrusión. El material es T10A, y la dureza del tratamiento térmico es templado HRC55-HRC45. Su estructura se muestra en la Figura 5.

Figura 2 Estructura del punzón

Fig. 3 Estructura de la matriz

Figura 4 Estructura de la placa base inferior

Figura 5 Estructura del punzón placa de fijación
5.5 Diseño del encofrado superior
El encofrado superior deberá tener suficiente espesor y peso, gran superficie de contacto y ser capaz de distribuir razonablemente la carga que actúa sobre el molde a la corredera de la prensa y a la mesa de trabajo. Su estructura se muestra en la figura 6.
5.6 Diseño de la base del molde y otras piezas

Debido a que la fuerza de la base de molde de pilar de cuatro guías es relativamente uniforme y equilibrada, la estabilidad y la precisión de guiado son altas, y la estructura del molde de pilar de guía es relativamente completa, lo que puede satisfacer los requisitos de diseño de la T de aleación de titanio de Grado 5, se selecciona la base de molde de pilar de cuatro guías. El poste guía y el manguito guía son de acero 20, y la dureza del tratamiento térmico (carburación) es HRC58-HRC62. Las bases superior e inferior del molde están hechas de HT200. Se adopta el dispositivo de descarga de placa de descarga flexible. Se mantiene el espacio entre el borde de la placa de descarga y la cavidad interior de la placa base. El material es T10A, y el cuerpo elástico de descarga es elastómero de poliuretano.

Fig. 6 Estructura de encofrado superior
5.7 Estructura de montaje de la matriz de extrusión

Cuando se envía la pieza en bruto, las placas de descarga izquierda y derecha, que desempeñan una función de guía, se utilizan como piezas de guía para hacer que la pieza en bruto entre en la cavidad del molde. La prensa de tres vías extruye simultáneamente la pieza en bruto y la pieza de trabajo en sentido inverso. Una vez producida la pieza, los tres punzones se retiran hacia atrás. El descargador empuja el material fuera de las matrices convexas y cóncavas. Después de sacar la pieza de trabajo, el agujero interior se perfora mediante procesamiento mecánico, y todos los datos cumplen los requisitos dimensionales. Se completa el procesamiento. La estructura de montaje de la matriz de extrusión en T se muestra en la figura 7.

Fig. 7 Estructura de montaje de la matriz de extrusión en T
1 - Encofrado inferior; 2,8-Placa de aislamiento térmico; 3 - Placa base inferior; 4-Pack; 5-Matriz hembra; 6-Anillo de calentamiento; 7-Encofrado superior; 9-Placa base superior; 10,11-Punzón; 12-Vara de soporte; 13-Placa de descarga; 14-Elastómero de poliuretano.

6. Conclusión

Mediante el cálculo y el análisis de la pieza de trabajo de la T de aleación de titanio, se han resuelto los problemas de producción del tubo de aleación, como la gran resistencia a la deformación, el fuerte endurecimiento por deformación y la facilidad de agrietamiento, y se ha completado el diseño de la matriz de extrusión de la T de aleación de titanio, que se cree que proporcionará una referencia para el futuro. tubo de aleación de titanio diseño de matrices de conformado.

Fuente: China Fabricante de tes de titanio: www.titaniuminfogroup.com