Conception d'une matrice de formage pour un té en alliage de titane de grade 5

Par le biais du processus de calcul de la 5e année Té en alliage de titaneUn schéma raisonnable de formage par extrusion à chaud a été analysé et formulé, la conception de la filière de l'extrusion à chaud a été analysée et formulée. teeLe formage par extrusion multidirectionnelle de l'entreprise a été achevé, et un système d'extrusion multidirectionnelle de l'entreprise a été mis en place. procédé de forgeage pour le titane alliage tees a été explorée.

1. Vue d'ensemble

Titane et alliages de titane sont des matériaux de faible densité ayant une résistance spécifique élevée. En outre, il présente une bonne résistance au fluage dans un environnement à forte corrosion et à haute température, ainsi que de bonnes performances de soudage, ce qui lui vaut d'être utilisé dans divers domaines de l'industrie. La composition des éléments du té en alliage de titane formé requis dans cet article est la suivante Ti-6Al-4V (désignation UNS R56400), parfois appelé TC4, Ti64 ou ASTM Grade 5C'est un alliage biphasé α+β typique, qui contient 6% α élément stable Al et 4% β élément stable V. Il peut présenter de bonnes propriétés mécaniques pendant le traitement sous pression à chaud, et peut utiliser la trempe et la rupture pour renforcer l'alliage ; après le traitement thermique, sa résistance peut être grandement améliorée, qui est 50% - 100% plus élevée que celle du recuit ; en outre, il peut travailler en continu dans un environnement à haute température (400 ℃ - 500 ℃).

2. Sélection du plan de procédé d'extrusion de l'alliage de titane de grade 5

La pièce d'extrusion d'un alliage de titane de grade 5 est illustrée à la figure 1.

Fig. 1 Diagramme tridimensionnel et bidimensionnel d'une pièce d'extrusion en alliage de titane de grade 5
Selon la figure 1, les deux schémas de formation suivants sont déterminés de manière préliminaire :

• Option 1 : extrusion radiale. L'ébauche est transformée en tube, qui est enrobé d'un milieu élastique et placé dans la chambre d'extrusion. La troisième extrémité est extrudée par extrusion radiale et le té est fabriqué par traitement mécanique après déchargement.
• Option 2 : Extrusion tridirectionnelle. L'ébauche est transformée en une barre en forme de T, qui est placée dans la chambre de la filière et est initialement formée par la méthode d'extrusion inverse à trois voies à l'aide d'une presse à trois voies. Après déchargement, elle est usinée pour former un té.

Le matériau du té est de qualité 5, et l'ébauche est faite de poudre de qualité 5 après avoir été compactée dans la cavité du moule. Dans le schéma 1, lorsque la troisième extrémité est formée par extrusion radiale, la déformation du matériau est importante, le degré d'écrouissage est élevé, et les exigences en matière d'équipement et de résistance de la matrice sont élevées. Le schéma 2 adopte l'extrusion inverse à trois voies, la déformation des trois orifices est relativement faible, le formage est plus facile et le poinçon et la matrice peuvent être efficacement protégés. Après un examen approfondi, le schéma 2 devrait être adopté.

3. Analyse du processus d'extrusion des pièces

3.1 Détermination du schéma de traitement thermique des ébauches
Le grade 5 est un alliage de titane utilisé à l'état recuit. La microstructure et les propriétés de l'alliage de titane avec différentes combinaisons de phases peuvent être obtenues en effectuant un recuit de détente, un recuit de recristallisation et un traitement de vieillissement en solution sur le grade 5 respectivement, comme le montre le tableau 1.

Tableau 1 Relation entre la température de traitement thermique et la microstructure et les propriétés de l'alliage de grade 5

Type de traitement thermique	Recuit de détente	Recuit de recristallisation	Solution traitement du vieillissement
Caractéristiques de l'organisation et des performances	α et β Deux phases coexistent, mais β La phase est relativement faible, représentant environ 10% (fraction de masse)	Equiaxe α Phase+ β Phase, bonne performance globale	ViLa structure cinitique présente les avantages d'une résistance élevée à la rupture et d'une grande ténacité.
Température de traitement thermique	100 ℃ en dessous de la température de recristallisation (750 ℃ pour TC4)	80 ℃ - 100 ℃ au-dessus de la température de recristallisation	α＋β／β 40 ℃ - 100 ℃ en dessous de la température de transition (TC4 α＋β／β La température de transition de phase est de 980 ℃ - 990 ℃)

Selon cette méthode, l'ébauche de grade 5 peut être recuite à 550 ℃ - 650 ℃ et refroidie à l'air ; recuit de recristallisation 750 ℃ - 800 ℃, refroidissement à l'air ou refroidissement du four à 590 ℃, refroidissement à l'air ; recuit sous vide 790 ℃ - 815 ℃.

3.2 Sélection du lubrifiant pendant l'extrusion
Le formage par extrusion à chaud du grade 5 peut adopter deux méthodes de lubrification : l'une est l'extrusion nue avec de la poudre de verre, l'autre est l'extrusion avec une poche de coulée en cuivre ou en acier. L'utilisation d'une poche de cuivre ou d'acier bloque le flux de métal dans le cylindre d'extrusion et l'adhérence du métal se produit, ce qui endommage la surface du tuyau, c'est pourquoi la poudre de verre est utilisée comme lubrifiant dans le présent document.
3.3 Choix du plan de joint
La figure 1 montre que la matrice de formage de tés peut être divisée horizontalement ou longitudinalement le long de la ligne centrale. En revanche, la séparation transversale est pratique pour le chargement et le déchargement, tandis que la séparation longitudinale laisse facilement le tuyau dans la chambre de la filière et n'est pas facile à retirer lors du déchargement, c'est pourquoi la séparation transversale est choisie.
3.4 Sélection de la température initiale d'extrusion, de la méthode de chauffage et de la durée de chauffage
Avec l'augmentation de la température, la résistance à la déformation de la billette diminue. D'après la résistance à la déformation de l'alliage de grade 5, la loi du degré de déformation admissible changeant avec la température, et du point de vue de la réduction de la consommation d'énergie et de l'utilisation complète de la plasticité de l'alliage, plus la température d'extrusion initiale est élevée, meilleure est la température d'extrusion initiale. La température d'extrusion initiale doit être β 14 ℃ - 28 ℃ en dessous de la température de transition (980 ℃ - 990 ℃). Dans cet article, 950 ℃ est utilisé comme température d'extrusion de l'ébauche, et la méthode de chauffage est le chauffage par induction, qui peut réduire efficacement la température de l'ébauche. La durée du chauffage est de 3 à 5 minutes.

4. Calcul de la taille originale et de la masse de l'ébauche

Après avoir dessiné le diagramme tridimensionnel de la pièce à travers UG7.0, le volume de la pièce V=543821.145397477mm³ peut être obtenu à partir de l'outil "corps de mesure", et la longueur de l'ébauche peut être calculée selon la formule (1).

Dans la formule:

• L * est la longueur de l'ébauche, en mm ;
• S est la surface de la face frontale de la pièce, mm², S=π (R²-r²), R et r sont respectivement le rayon extérieur et le rayon intérieur de la face frontale de la pièce ; L est la longueur de la pièce, en mm ; D est le diamètre de l'ébauche, en mm.

Calculer la surépaisseur d'usinage V₀ (cm³) selon la formule (2) :

Dans la formule :

• D₁ et D₂ sont les diamètres des extrémités gauche et droite, supérieure et inférieure de la pièce respectivement, en mm ;
• Δ h₁、 Δ H₂ est la surépaisseur de rognage des extrémités gauche et droite, supérieure et inférieure, en mm ; L₁ * et L₂ * sont les longueurs des extrémités gauche et droite, supérieure et inférieure de l'ébauche respectivement.

Substituer les données correspondantes dans la formule (2) pour obtenir V₀=196433.85m³.

Compte tenu du taux de perte du chauffage par induction, le volume V * (cm³) du blanc est calculée selon la formule (3) :

Y compris : δ est le taux de perte du chauffage par induction, en prenant δ= 1,0%。 Ensuite, la masse de l'ébauche m (kg) est obtenue à partir de la formule suivante :

Dont : ρ est la densité de l'alliage de titane Grade 5, ρ= 4,51 × 10^-6kg/mm^3.
Substituer les paramètres pertinents dans les formules (3) et (4) et calculer le volume de l'ébauche V ^*=747657.545 mm³et la masse de l'ébauche m *=3,37 kg.

5. Conception de la filière d'extrusion à chaud

5.1 Conception du processus de poinçonnage
Combiné à la forme de la pièce, en considération de la simplicité de traitement et de la commodité d'assemblage et de remplacement, le poinçon est conçu comme un poinçon incliné ; Le tour est utilisé pour le traitement, la correspondance avec la plaque fixe de la matrice mâle et femelle est H7/m6, la longueur de la matrice mâle est L_convexe=160mm, et le matériau est le superalliage GH4049. La structure du poinçon est illustrée à la figure 2.
5.2 Conception de la filière
La matrice concave est une matrice concave combinée, qui est traitée par une fraiseuse et une machine à découper le fil. Il convient de noter que lors de l'installation de la matrice femelle sur la base du moule, les données du centre de pression doivent être prises en compte pour la localiser. En outre, la conception de la taille du contour de la matrice doit tenir compte de sa résistance, de sa rigidité et de son module de réparation lorsqu'elle est utilisée. Ici, le superalliage GH4049 est sélectionné pour fabriquer la matrice concave, et HRC58-HRC62 est durci. La structure de la matrice femelle est illustrée à la figure 3.
5.3 Conception structurelle de la plaque de base inférieure
Le matériau choisi pour la plaque de base inférieure est le T10A. Sa structure est illustrée à la figure 4.
5.4 Conception de la plaque de fixation du poinçon

Lors du serrage, le poinçon adopte la plaque de fixation du poinçon, ce qui peut empêcher efficacement le décalage du poinçon dans le processus d'extrusion. Le matériau est T10A et la dureté du traitement thermique est HRC55-HRC45. Sa structure est illustrée à la figure 5.

Figure 2 Structure du poinçon

Fig. 3 Structure de la filière

Figure 4 Structure de la plaque de base inférieure

Figure 5 Structure du poinçon plaque de fixation
5.5 Conception du coffrage supérieur
Le coffrage supérieur doit avoir une épaisseur et un poids suffisants, une grande surface de contact et être capable de répartir raisonnablement la charge agissant sur le moule entre le coulisseau de la presse et la table de travail. Sa structure est illustrée à la figure 6.
5.6 Conception de la base du moule et d'autres pièces

La force de la base du moule à pilier à quatre guides étant relativement uniforme et équilibrée, la stabilité et la précision du guidage étant élevées, et la structure du moule à pilier de guidage étant relativement complète, ce qui peut répondre aux exigences de conception du té en alliage de titane de grade 5, la base du moule à pilier à quatre guides est sélectionnée. Le pilier de guidage et la douille de guidage sont en acier 20, et le traitement thermique (cémentation) est d'une dureté de HRC58-HRC62. Les bases supérieure et inférieure du moule sont en HT200. Le dispositif de décharge de la plaque de décharge flexible est adopté. L'espace entre le bord de la plaque de décharge et la cavité intérieure de la plaque de base est respecté. Le matériau est le T10A, et le corps de décharge élastique est un élastomère de polyuréthane.

Fig. 6 Structure du coffrage supérieur
5.7 Structure d'assemblage de la filière d'extrusion

Lorsque l'ébauche est envoyée, les plaques de déchargement gauche et droite, qui jouent un rôle de guidage, sont utilisées comme pièces de guidage pour faire entrer l'ébauche dans la cavité du moule. La presse à trois voies extrude simultanément l'ébauche et extrude en sens inverse la pièce à usiner. Une fois la pièce produite, les trois poinçons sont retirés vers l'arrière. Le déchargeur pousse la matière hors des matrices convexes et concaves. Après l'extraction de la pièce, le trou intérieur est poinçonné par traitement mécanique, et toutes les données répondent aux exigences dimensionnelles. Le traitement est terminé. La structure d'assemblage de la filière d'extrusion en T est illustrée à la figure 7.

Fig. 7 Structure d'assemblage de la filière d'extrusion en T
1 - coffrage inférieur ; 2,8 - panneau d'isolation thermique ; 3 - plaque de base inférieure ; 4-pack ; 5 - matrice femelle ; 6 - anneau chauffant ; 7 - coffrage supérieur ; 9 - plaque de base supérieure ; 10,11 - poinçon ; 12 - tige de support ; 13 - plaque de déchargement ; 14 - élastomère de polyuréthane.

6. Conclusion

Grâce au calcul et à l'analyse de la pièce à usiner du té en alliage de titane, les problèmes de production du tube en alliage, tels que la grande résistance à la déformation, l'écrouissage important et la fissuration facile, ont été résolus, et la conception de la filière d'extrusion du té en alliage de titane a été achevée, ce qui devrait constituer une référence pour l'avenir. tube en alliage de titane la conception de la matrice de formage.

Source : Chine Fabricant de tés en titane: www.titaniuminfogroup.com