鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法。將包括鈦或鈦合金材料的高爾夫球頭打擊面、上蓋或下蓋在內(nèi)的鍛造工件加熱至鍛造溫度后，置于在同一加溫區(qū)與該鍛造工件同樣鍛造溫度的鍛造模具中進(jìn)行等溫鍛壓成型后，再出模降溫。本發(fā)明鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法，將高爾夫球頭鍛造工件與鍛造模具在保持為相同的鍛造溫度下進(jìn)行等溫鍛壓，可以采用目前常規(guī)的鍛壓小噸位設(shè)備加工，鍛造出的散件完全符合工藝上的質(zhì)量要求，而且能大大節(jié)省對(duì)鈦或鈦合金材料的消耗，有效減少了成本的增加。
【專(zhuān)利說(shuō)明】鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金的一個(gè)特性是在高溫下具有超塑性，這一特點(diǎn)已被用于航空航天復(fù)雜鈦合金件的制作中。由于鈦及鈦合金密度低、強(qiáng)度好，可以使高爾夫球具中的木桿頭和鐵桿頭的球頭體積做大，因而采用鈦及鈦合金來(lái)制作高爾夫球頭已被廣泛應(yīng)用。
[0003]由于現(xiàn)在高爾夫球頭的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，制作也就越來(lái)越困難，為了保證鈦合金件的力學(xué)性能，鍛造時(shí)的加熱溫度就要嚴(yán)格控制。形狀復(fù)雜的高爾夫球頭的打擊面及上、下蓋，其變形抗力對(duì)變形溫度和變形速度異常敏感。例如，若采用一般的鍛造工藝，由于鍛造過(guò)程中鍛造模具的溫度通常大大低于該鈦打擊面和上/下蓋等鍛造工件加熱后的鍛造溫度，所以鍛造時(shí)鍛造工件放入鍛造模具后鍛造時(shí)，鍛造工件的實(shí)際溫度要低于工藝規(guī)定的鍛造溫度，且內(nèi)外的溫度不均勻，使鍛造工件的變形抗力增大，塑性降低，限制了鍛造工件的變形量。若要保變形量只有加大鍛造設(shè)備的噸位。而由于鈦或鈦合金高爾夫球頭打擊面和上/下蓋等散件的厚度很薄，使用大噸位鍛造設(shè)備鍛造時(shí)，不僅鍛造設(shè)備易損壞，還很容易損壞鍛造模具，鍛造難度很大。
[0004]為此，有些廠家用提高加熱溫度，甚至在模具上直接用氣體加熱工件。這種提高加熱溫度進(jìn)行鍛造的方式是不符合工藝規(guī)定的，在模具上直接用氣體加熱也是鈦或鈦合金所不允許的，因氣體的加熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工藝規(guī)定溫度，這時(shí)鈦或鈦合金的內(nèi)部金相組織是不合格的，因而鍛造出的鈦球頭各部件的微觀組織會(huì)被完全改變，力學(xué)性能降低，無(wú)法保證力學(xué)性能，給高爾夫球頭的質(zhì)量帶來(lái)后患。如果在對(duì)鍛造工件加熱時(shí)將其控制在規(guī)定的鍛造溫度范圍內(nèi)，目前的設(shè)備又是鍛不出來(lái)的，因?yàn)樵阱懺旒庸r(shí)鈦或鈦合金零件因?yàn)樵诳諝庵袝?huì)降溫，這樣實(shí)際的鍛造溫度要低于規(guī)定的鍛造溫度io(Ti5(rc左右的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于此，本發(fā)明提供了一種鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法，具體講是使鍛造工件與鍛造模具處于等溫狀態(tài)下進(jìn)行鍛造的方法，從而滿(mǎn)意地解決了上述問(wèn)題。。
[0006]本發(fā)明的鈦或鈦合金高爾夫球頭散件的鍛造方法，是將包括鈦或鈦合金材料的高爾夫球頭打擊面、上蓋或下蓋在內(nèi)的鍛造工件加熱至鍛造溫度后，置于在同一加溫區(qū)與該鍛造工件同樣鍛造溫度的鍛造模具中進(jìn)行等溫鍛壓成型后，再出模降溫。將鍛造工件與鍛造模具置于同一加溫區(qū)的等溫條件下進(jìn)行鍛壓加工，減少或消除了鍛造工件與鍛造模具間的溫差，因此即使鈦或鈦合金散件的變形抗力對(duì)變形溫度和變形速度異常敏感，也可以有效地消除鍛造工件遇到低溫鍛造模具后迅速降溫和材料應(yīng)變硬化的問(wèn)題，顯著降低了鍛造工件的變形抗力，因此采用目前的小噸位鍛壓設(shè)備即可滿(mǎn)意地鍛壓出符合要求的高爾夫散件，并能節(jié)省大設(shè)備的投資，也節(jié)省了能源。由于工件鍛造時(shí)的工作溫度始終處于工藝規(guī)定的范圍內(nèi)，因此鍛壓出來(lái)的高爾夫球頭打擊面的金相組織完全符合要求，力學(xué)性能完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。為了使鍛造模具能夠承受相應(yīng)的鍛造溫度，鍛造模具應(yīng)采用耐高溫的材料。鍛造工件和鍛造模具的加熱方式可以根據(jù)工藝規(guī)定任意選擇現(xiàn)有的各種方法。由于本發(fā)明的方法是利用了鈦或鈦合金材料的高溫超塑性，鍛壓時(shí)又是對(duì)鍛造工件進(jìn)行緩慢變形，因此在制作復(fù)雜的高爾夫球頭打擊面或上、下蓋等散件時(shí)，還可以大幅度降低對(duì)鈦或鈦合金材料的消耗。
[0007]本發(fā)明上述等溫鍛造中的一種優(yōu)選的加熱方法是，可將所述的鍛造工件和鍛造模具一同用電加熱裝置加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備通過(guò)鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。
[0008]其中，一種電加熱的方法，可以采用與電源連接通電的感應(yīng)線(xiàn)圈形式的電加熱裝置，將所述的鍛造工件和鍛造模具共同用所述感應(yīng)線(xiàn)圈加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備通過(guò)鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。這種電加熱方法由于是在開(kāi)放環(huán)境中進(jìn)行加熱，所以很多熱量在加熱過(guò)程中散失掉造成能源浪費(fèi)。為了安全取出工件又需要斷電操作，而后又需要重新加熱要達(dá)到工藝要求溫度，這樣即浪費(fèi)能源，工作效率較低。
[0009]另一種優(yōu)選的方式為，所述的電加熱裝置為電加熱爐，將所述的鍛造工件和鍛造模具一同置于電加熱爐中加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備直接通過(guò)仍處于電爐中的鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。當(dāng)鍛造工件和鍛造模具達(dá)到要求溫度后立即用壓力設(shè)備加壓成型，直接在爐膛內(nèi)對(duì)已加熱的鍛造工件放在模具上進(jìn)行裝件和鍛壓，這樣不浪費(fèi)能源，加工效率也很高。由于壓力設(shè)備位于電加熱爐外，為減少電加熱爐內(nèi)的熱量損失和對(duì)其它設(shè)備/結(jié)構(gòu)的不利影響，在鍛造模具上設(shè)置有相應(yīng)的隔熱和降溫結(jié)構(gòu)，避免熱量的外傳和泄漏。采用此種方式加熱時(shí)，可以同時(shí)將多個(gè)鍛造工件同時(shí)放入加熱電爐中一并加熱，達(dá)到鍛造溫度后，逐個(gè)置于模具中鍛壓成型，可以顯著提高鍛造效率。
[0010]本發(fā)明鈦或鈦合金高爾夫球頭散件的上述鍛造方法，在高爾夫球頭散件在鍛造時(shí)能夠使鍛造工件與鍛造模具保持為相同的溫度，不僅可以使用目前常規(guī)的鍛造小噸位的設(shè)備進(jìn)行加工，且鍛壓出的散件完全能符合工藝上的質(zhì)量要求，并能大大節(jié)省對(duì)鈦或鈦合金材料的使用和消耗，有效降低了成本。
[0011]以下結(jié)合實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容再作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為普通鍛造的的高爾夫球頭上蓋示意圖。
[0013]圖2為圖1普通鍛造的高爾夫上蓋的A-A剖面狀態(tài)，表示其有凸出臺(tái)階不光滑表面的示意圖。
[0014]圖3位圖2中的局部結(jié)構(gòu)放大示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明鍛造方法的的高爾夫球頭上蓋示意圖。
[0016]圖5為圖3本發(fā)明鍛造方法的高爾夫上蓋的B-B剖面狀態(tài)，表示其表面光滑程度示意圖。
[0017]圖6為T(mén)C4鈦合金的金相圖。[0018]圖7為普通氣體加熱鍛造后TC4鈦合金的金相圖。
[0019]圖8為本發(fā)明等溫鍛造后TC4鈦合金的金相圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
本發(fā)明鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法，將包括鈦或鈦合金材料的高爾夫球頭打擊面、上蓋或下蓋在內(nèi)的鍛造工件，與相應(yīng)鍛造模具的凸模和凹模一同置于電加熱爐中(圖中所示的是以高爾夫球頭上蓋為例的鍛造件)，在爐膛內(nèi)鍛造模具的兩側(cè)放置數(shù)件鍛造工件。爐膛溫度加熱至鍛造溫度后(例如，Τ04α+β鈦合金的鍛造溫度為950°C，TB9 β鈦合金的鍛造溫度為730°C等)，在爐膛內(nèi)直接將鍛造工件放在鍛造模具的凸/凹模之間，用壓力設(shè)備通過(guò)仍處于電爐中的鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。與圖1和圖2所示的采用傳統(tǒng)氣體加熱方法鍛造的高爾夫球頭上蓋對(duì)比可以看出:
在圖廣圖3所示的采用氣體加熱方法鍛造的高爾夫球頭上蓋結(jié)構(gòu)，由于上蓋本身非常薄(< Imm),內(nèi)部并帶有六方形凸棱結(jié)構(gòu)，而由于鍛造工件的溫度在鍛壓過(guò)程中在不斷冷卻降低，且冷卻速度不一致，因而要鍛造成型和保證上蓋表面的厚度一致非常困難，只有提高溫度才能使其內(nèi)部形成所需的凸棱和六方凹形，而其外部同時(shí)也會(huì)形成六方凸形結(jié)構(gòu)(如圖2和圖3所示)，需留待后期進(jìn)行磨削加工處理，因此不僅上蓋內(nèi)部的凸起的加強(qiáng)筋要加寬，使得上蓋的重量增加，增大了材料的消耗，而要使用普通鍛造方法直接鍛壓出頂部光滑的上蓋，則必須提高鍛造設(shè)備的噸位和提高溫度，但由此會(huì)導(dǎo)致了鍛壓設(shè)備和鍛造模具等都極易被損壞，也降低了材料力學(xué)性能。
[0021 ] 由圖2和圖3可見(jiàn)，普通鍛造方法的上蓋，表面有凸出部分且厚度不均勻，鍛造成型后上蓋頂部突出的部分需通過(guò)人工打磨方式來(lái)保證頂部為光滑面，而人工打磨通常無(wú)法保證表面每處的厚度都是一致的，而且磨薄了會(huì)給高爾夫球頭帶來(lái)質(zhì)量隱患。
[0022]在鈦或鈦合金材料 所需的用量上，普通鍛造方法制作的高爾夫開(kāi)桿球頭的上蓋，目前一般需用料為48克。如圖2和圖3所示，其成型后頂部突出部分需用人工磨掉來(lái)保證頂部為光滑面，材料必然存在浪費(fèi)。圖中的數(shù)字為鍛造后的工件不同部位處的厚度尺寸(mm), T為上蓋產(chǎn)品所需保留的結(jié)構(gòu)，D為鍛造后，在后期加工中需被磨掉部分的結(jié)構(gòu)。
[0023]圖4和圖5所示的是采用本發(fā)明上述等溫鍛造方式得到的高爾夫球頭上蓋，由于鍛壓過(guò)程中的工件和模具都處于同一加溫區(qū)的等溫狀態(tài)下，因此不存在非均勻不斷降溫所帶來(lái)的各種不利，內(nèi)部的加強(qiáng)筋可以做的很細(xì)，且采用小噸位鍛壓設(shè)備(200-400噸鍛壓機(jī))即可完成鍛造過(guò)程，并大幅度減少了鈦合金的使用和消耗重量。
[0024]從圖4可以看出，通過(guò)本發(fā)明鍛造方法的上蓋，其表面的厚度是均勻的，并且具有良好的光滑度。與目前普通鍛造方法相比，采用本發(fā)明鍛造方法鍛造同樣的上蓋，用料僅需28克，鍛壓后上蓋頂部直接就是光滑面，不需要打磨，每件上蓋即可節(jié)省鈦或鈦合金材料20g，節(jié)省比例高達(dá)42%以上，也使成本大幅度降低，批量工業(yè)化生產(chǎn)后對(duì)材料和成本的降低效果將會(huì)更為顯著。
[0025]另一方面，采用目前普通方法與本發(fā)明上述方法鍛造出的鈦合金產(chǎn)品，其內(nèi)部金相結(jié)構(gòu)也完全不同。圖6所示是TC4鈦合金材料狀態(tài)下的金相圖。圖7所示的普通氣體加熱后鍛造TC4鈦合金的金相圖，其鈦合金內(nèi)部金相組織晶粒變的非常粗大，力學(xué)性能大大降低，其結(jié)果將會(huì)使得高爾夫球頭打擊面的強(qiáng)度很差，在擊球時(shí)易破裂。圖8所示的則是本發(fā)明上述方法鍛造后的TC4鈦合金金相圖，與圖7比較可清楚顯示，圖8的內(nèi)部金相組織正常，可完全能夠保證TC4材料的力學(xué)性能。
[0026]實(shí)施例2
本例采用與電源連接通電的感應(yīng)線(xiàn)圈作為對(duì)鍛造工件和鍛造模具加熱的電加熱裝置。將所述的鍛造工件放入鍛造模具中，一同用所述的感應(yīng)線(xiàn)圈中加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備通過(guò)鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。此方法雖同樣能解決目前鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造存在的問(wèn)題，但在能源消耗及生產(chǎn)效率等方面目前尚不及實(shí)施例1o
【權(quán)利要求】
1.鈦或鈦合金高爾夫球頭散件鍛造方法，其特征為:將包括鈦或鈦合金材料的高爾夫球頭打擊面、上蓋或下蓋在內(nèi)的鍛造工件加熱至鍛造溫度后，置于在同一加溫區(qū)與該鍛造工件同樣鍛造溫度的鍛造模具中進(jìn)行等溫鍛壓成型后，再出模降溫。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征為:將所述的鍛造工件和鍛造模具一同用電加熱裝置加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備通過(guò)鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征為:所述的電加熱裝置為與電源連接通電的感應(yīng)線(xiàn)圈，將所述的鍛造工件和鍛造模具共同用所述感應(yīng)線(xiàn)圈加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備通過(guò)鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征為:所述的電加熱裝置為電加熱爐，將所述的鍛造工件和鍛造模具一同置于電加熱爐中加熱至鍛造溫度后，用壓力設(shè)備直接通過(guò)仍處于電爐中的鍛造模具對(duì)鍛造工件進(jìn)行所述的等溫鍛壓成型。
【文檔編號(hào)】B21J1/06GK103817279SQ201410056909
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】朱明輝 申請(qǐng)人:艾諾克(成都)機(jī)械制造有限公司, 朱明輝