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钛合金锻造设备该怎样选择?


一、钛合金特性
钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、生物相容性好、高温性能好、无磁性和高韧性等一系列重要特性,广泛应用于航空、航天、舰船、核电、医疗、化工、冶金、电子和兵器等领域。
二、钛合金加工方法
钛合金产?#20998;?#35201;采用锻造、轧制、粉末冶金及近年来兴起的3D打印等方法制备,锻造是金属材料最广泛的一种成形方式,利用塑?#21592;?#24418;生产出各种尺寸的产品,能够通过变形温?#21462;?#21464;形程度及变形速?#23454;?#25511;制?#38180;?#21892;合金的显微组织和性能,与其他生产方式相比,锻造可以生产横截面积更大的产品,同时通过合理的加工和严格的工艺控制,产品性能稳定性很好。一般来说,锻钢的锻造设备可以锻钛,但钛合金的变形抗力大,而且钛合金的变形抗力随温度降?#22270;本?#21464;大,因此,在变形程度相同的情况下,锻造钛合金比锻造低合金?#20013;?#35201;更大吨位的设备,单位时间内锻打次数更高些。
三、锻造钛合金的设备
目前,钛合金自由锻造设备主要有两大类:锻锤和液压机。在锻造过程中,一般根据钛合金坯料的大小,不同牌号钛合金的金属性能,锻造的成品尺寸、形状等因素,选择不同的锻造设备。下面通过锻锤和液压机来介绍钛合金自由锻造设备的选择。
锻锤
⑴锻锤的分类。
通常按照驱动形式将锻锤分为四类:机械锤,蒸汽-空气锤空气锤,液压锤。
机械锤是由电动机驱动,靠机械传动提升锤头的锻锤。这种锤的优点就是结构简单,投资少。它的缺点就是打击频次低,能量利用?#23454;停?#29983;产效?#23454;停?#38203;件精度差。
蒸汽-空气锤是以蒸汽或压缩空气作为工作介质,通过配汽机构和气缸驱动落下部分做上下往复运动的锻锤,是生产?#34892;?#22411;自由锻件的主要设备,它的落下部分重量一般为0.5~5t。它的优点是?#33322;?#26500;简单,操作方便,造价低,维修方便。缺点是:能量利用率极低,在1%~2%之间;锻造精度低,由于是梳形导轨形式,锤头导向差,打出的锻件精度低。
空气锤是?#34892;?#22411;锻造车间使用最广泛的设备。工作介质也是压缩空气,但它的压缩空气是由设备本身的传动机构带动压缩活塞,将压缩空气传递到工作活塞(锤杆)上进行动作的。常用的规格有250kg、400kg、560k、750kg、1000kg和2000kg,现在国内大型空气锤只要有安阳锻压生产。空气锤与其他类型锤相比?#21644;?#20837;成本低、无污染,具有使用灵活,操作方便,控制性能可靠等优点,得到了广大用户的认可。
液压锤是以液压油为工作介质,利用液压传动来带动锤头做上?#30053;?#21160;,完成锻压工艺的锻造设备。优点是抬锤快,打击快,打击频次高。通电即可工作,节省了辅助动力设备投资,安装方便、占地小,便于车间生产管理。近几十年来,随着现代液压?#38469;?#21644;电控?#38469;?#30340;高速发展,液压锤因其高效、节能、?#32321;!?#25805;作方便、动作灵活可靠等优势,已经逐步成为锻锤?#26800;?#20027;力军。
⑵锻锤的使用。
目前,考虑?#20132;繁!?#33410;能的要求,锻造产品的?#20998;?#21450;尺寸精度的要求,机械锤和蒸汽-空气锤在钛合金的锻造中已经基本被淘汰,主要使用的锻锤设备为空气锤和液压锤。其中3t锤以的锻锤主要生产单重较小的锻件,主要靠人使用手钳来完成锻造,利用人工操作的灵活性来锻造形?#38180;?#26434;的环件、阶梯轴件、异形件?#21462;?#21478;外大于3t的锻锤一般都配备有机械手,可以完成单重较小坯料的镦拔及一般产品的拔长、滚圆、冲孔、扩孔等工序。
对于锻锤锻造钛合金,主要优点有锻造灵活、可以生产各类异形件,锻件表面良好。缺点主要有锻造力不足,只能生产一些单重较小的坯料;另外由于击打频率过快容易引起坯料心部的温升,导致锻件过烧而报废。一般情况下,对于组织要求比较高的钛合金棒材及锻件不建议采用锻锤锻造。
液压机
随着钛合金在海洋、化工、航空航天领域的快速发展,锻件大型化趋势日益明显;加之熔?#37117;际?#30340;快速发展,目前西部钛业和宝钛均能生产出?#26412;?#36229;过1000mm,单重超过10t的钛合金铸锭。因此,锻锤已不能满足钛合金锻造发展的需求,使用锻造力更大的液压机锻造,金属在静压力下变形,其特点是变形速度低,金属变形热小,容易获得均匀组织,适于锻造各种锻件。
液压机与锻锤相比主要有以下优点:动作平?#21462;?#22122;声较小、自动化程度高、锻造力更大。
⑴液压机的分类。
液压机是一种利用液体静压力来加工金属等制品的机械。它常用于压制工艺和压制成形工艺,如锻压、冲压、冷挤、校直、弯曲、翻边、薄板拉深、粉末冶金、压装等?#21462;?#23427;的原理是?#20102;?#21345;定律,是利用液体压强传动的机械。
液压机按照使用工作介质的不同分为水压机和油压机。液压机对工作介质的基本要求是:1)有适宜的流动性和低可压缩性,以提高传动效率;2)能防锈蚀;3)有好的润滑性能;4)易于密封;5)抗氧化,性能稳定,长期工作而不变质。液压机最初用水作为工作介质,以后改用在水中加入少量乳化油而成的乳化液,以增加润滑性并减少锈蚀。后来出现了以矿物油为工作介质的油压机。油有良好的润滑性、防腐蚀性和适度的粘性,有利于改善液压机的性能。目前钛合金在用的液压机大多数是以油为介质的。
液压机按照锻造速度分为普锻机和快锻机。由于钛合金的锻造温度区间很窄,加之随着现代工业的快速发展,人们对自由锻件的尺寸精度和生产效率提出了越来越高的要求,因而对液压机的锻造速度和压下精度的要求也随之提高,为了适应这种要求,快锻液压机应运而生。快锻机的液压系统采用具有快速反应的电磁阀作先导阀,其切换频率高达250次/min,故该阀动态响应快、动作灵敏、启闭迅速,能满足压机快速性要求。在20世纪80年代中期,安阳锻压作为国内专业的热锻设备生产厂家,率先研制液压锤和液压机,生产的液压机型号覆盖800t、1250T、1600t、2000t、2500T,3150T,4000t等型号的快锻液压机和普通锻压液压机,均可跟该厂生产的数控锻造操作机联动,大大提升锻造线能力和节省人力成本。
由于快锻机相比普锻机,具有自动化程度高、运行速度快、可控制压下量、节能节材效果显著等特点,使工作效率更高,提高了锻件外观质量和组织性能、减少了操作人员。因此目前钛合金的自由锻造设备主要使用快锻机。一般不同吨位快锻机的工作范围见表1。
表1 不同吨位快锻机的工作范围

展望
快锻机发展到现在,下一步的发展趋势就是数控联动化和大型化。
⑴数控联动化。
通过采用数控系统来控制锻造液压机的液压系?#24120;?#23454;现设备工作智能化,从而实现精密定程压制和定压压制。主机和操作机通过计算机控制,可实现联动。极大地提高了生产效率,锻件精度也有很大程度的提高,锻件成本可得?#25509;行?#25511;制。
⑵大型化。
随着现代工业快速发展,大型锻件的应用越来越多,在自由锻设备中快锻机被认为是发展的主要方向之一,而国内超过4000t的快锻机?#38469;?#36824;不成熟,相信在不久的将来,我们国家将研制成功更大吨位的快锻机,来满足工业和国防现代化建设,获取更高的经济收益和社会效益。

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