5mm Nb55Ti合金板錐形件沖壓工藝研究

牟 民，李樹榮＊，張國華，李奇玲，張 詠

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司稀有金屬特種材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山 753000；3.國家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)中心，寧夏 石嘴山 753000）

1 研究背景和意義

1.3GHz9cell射頻加速腔主要由高純鈮腔體和鈦夾克組成，錐形盤(如圖1)是兩部分的過渡連接體，理想材料為Nb55Ti。錐形盤內(nèi)外徑加工止口，壁厚均勻，分別與鈮腔體和鈦夾克配裝焊接。外錐面角度設(shè)計(jì)值為120°±1°，與夾持工裝錐面配合，在加速器中起定位腔體的作用。因此，錐形盤的外錐面角度和圓度必須保證精度。

目前國內(nèi)，錐形盤主要有兩種加工方式：棒料加工和板料沖壓。棒料加工，材料利用率不到10%，Nb55Ti材料昂貴，成本較高。本文主要討論用模具沖壓（圖2）的方式加工錐形盤。

圖1 錐形盤零件

圖2 沖壓模具

2 材料性能

（1）Nb55Ti化學(xué)成分：≤%。

表1 Nb55Ti化學(xué)成分

（2）物理性能。

表2 Nb55Ti物理性能

3 沖壓試驗(yàn)

3.1 坯料準(zhǔn)備

選取軋制方向?yàn)閱蜗蚝碗p向的5mm厚鈮鈦合金板，坯料尺寸是φ220×φ100×5（圖3）。坯料形狀和尺寸是以沖壓件形狀和尺寸為基礎(chǔ)，按體積不變?cè)瓌t和相似原則確定[1]，本文不再詳細(xì)敘述。

圖3 鈮鈦合金板軋制方向

3.2 軋制方向?qū)﹀F形角的影響

沖壓生產(chǎn)所用的板材都是經(jīng)過軋制的，其縱向（即軋制纖維方向）、橫向及其他方向的性能不同，在不同方向上的r值（塑性應(yīng)變比）也不一樣[2]，方向性越明顯，對(duì)沖壓成形的影響越大。

單向鈮鈦合金板沖壓后，成橢圓狀，軋制方向變長，軋制方向錐角面20%區(qū)域平均角度是122.8°，非軋制方向80%區(qū)域平均角度是120°。雙向板沖壓后，圓度較好，錐角偏差小于0.5°。

3.3 模具優(yōu)化和材料應(yīng)力對(duì)錐形角的影響

在外力的作用下，毛坯產(chǎn)生的變形由彈性變形和塑性變形組成，外力去除后，彈性變形消失，塑性變形保留。因此，模具中的沖壓件和取出后的形狀不一致[3]。本文在模具角度114.5°～110°進(jìn)行沖壓試驗(yàn)，模具角度與錐形盤的角度呈線性（如圖4）。模具110°時(shí)，錐形盤經(jīng)沖壓、機(jī)加、焊接后，角度滿足120°±1°。

圖4 模具角度和錐形盤錐角關(guān)系

沖壓試驗(yàn)中，用三坐標(biāo)設(shè)備分別測(cè)量機(jī)加后錐心盤的內(nèi)外錐角，及沖壓后外錐面角度。測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示：外錐角比內(nèi)錐角大0.6°～1.0°，這是因?yàn)榘辶贤鈪^(qū)（靠凹模一面）縱向金屬纖維受拉而變長，內(nèi)區(qū)（靠凸模一面）縱向纖維受壓而縮短[4]，造成內(nèi)外錐角的不一樣。

模具110°時(shí)，沖壓后角度為116.1°左右；外徑加工到φ200內(nèi)徑加工到φ130，角度增加3.0°～3.5°，這主要是因?yàn)殁夆伜辖饹_壓性能差，沖壓造成材料內(nèi)部應(yīng)力集中，機(jī)加后應(yīng)力釋放，角度增加。

表3 模具角度和錐角數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

通過對(duì)鈮鈦合金板軋制方向、沖壓回彈、模具角度、沖壓應(yīng)力等影響因素的研究，得出：在模具錐形角度為110°，板料軋制方向?yàn)殡p向時(shí)，5mm鈮鈦合金板沖壓回彈均勻，該材料的沖壓成型可以滿足錐形盤120°±1°的要求。