钛合金的锻压方法、钛合金手表后壳及其制造方法
阅读说明：本技术 钛合金的锻压方法、钛合金手表后壳及其制造方法 (Titanium alloy forging method, titanium alloy watch back shell and manufacturing method thereof ) 是由 刘志兵 黎强 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种钛合金的锻压方法,包括以下步骤：S1、原材料提供：提供钛合金坯料。S2、初始成型：将坯料加热至始锻温度并保温后,进行初始锻压；并切边及冲中心孔,得到第一中间件。S3、精整成型：将所述第一中间加热至始锻温度并保温后放入模具中进行精整锻压和/或精冲孔后,得到钛合金锻坯。本发明还提供一种钛合金手表后壳的制造方法,包括上述的钛合金的锻压方法,还包括对所述钛合金锻坯进行机械加工。还提供一种采用该制造方法制造的钛合金手表后壳。本发明的钛合金的锻压方法、制造方法及钛合金手表后壳,节省了原材料成本,大大提高了工作效率及产品质量。(The invention provides a forging method of a titanium alloy, which comprises the following steps: s1, raw material supply: a titanium alloy billet is provided. S2, initial forming: heating the blank to the initial forging temperature, preserving heat, and then carrying out initial forging; and trimming and punching a center hole to obtain a first intermediate piece. S3, finishing and forming: and heating the first intermediate to the initial forging temperature, preserving heat, and then putting the heated first intermediate into a die for finishing forging and/or fine punching to obtain a titanium alloy forging stock. The invention also provides a manufacturing method of the titanium alloy watch back shell, which comprises the titanium alloy forging method and also comprises the step of machining the titanium alloy forging stock. Also provides a titanium alloy watch back shell manufactured by the manufacturing method. The titanium alloy forging method, the titanium alloy manufacturing method and the titanium alloy watch back shell save the raw material cost and greatly improve the working efficiency and the product quality.)
技术领域
本发明涉及手表零部件制造技术领域，特别是涉及一种钛合金的锻压方法、钛合金手表后壳及其制造方法。
背景技术
随着手表的制作工艺的发展，手表的表壳款式也越来越多样化。例如，基于不同原材料的选择，有不锈钢表壳、钛合金表壳、塑胶表壳、铝合金表壳等等，而不同材质的表壳的其制作方法也大不相同。
钛合金由于其本身的密度小质地轻，钛比钢将近轻了50％，其强度高，且质地硬，钛比钢的硬度高约30％。钛合金手表佩戴起来相当舒适，因为他们出奇地轻；钛是防过敏的，它不含镍，即使在皮肤流汗时，佩戴起来也很舒服；因为钛金属比钢更坚硬，所以钛金属手表更耐用；耐腐蚀的特性让钛金属特别适合潜水表；钛是很环保的，它来自大地且可回收正。正是由于钛合金具有上述诸多优点，因此钛合金材质的手表越来越受到大众的喜爱。
现有技术中，由于钛合金手表后壳形状较为复杂，大多采用钛合金板材直接经CNC加工而制得，此种方法不仅加工时间长，且浪费了大量的原材料，使生产成本居高不下，生产效率低下，且板材直接加工的方式，原材料没有经过压力加工，其力学性能较差。
发明内容
基于此，本发明提供一种钛合金的锻压方法、制造方法及钛合金手表后壳，采用热锻成型的方法，节省了原材料的投入成本，且为后序加工提供方便，节约了加工时间，大大提高了工作效率，且经过热锻的压力加工成型后的钛合金手表后壳具有良好的力学性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种钛合金的锻压方法，包括以下步骤：
S1、原材料提供：提供钛合金坯料，对所述坯料进行倒角处理；
S2、初始成型：
将所述坯料放入加热炉中加热至始锻温度并保温，出炉后，将所述坯料放入经预热的模具中进行初始锻压，脱模后得到锻压成型件；
对所述锻压成型件上形成的废料边进行切边处理，及对其底部进行冲孔处理，得到第一中间件；
S3、精整成型：
将所述第一中间件放入加热炉中加热至始锻温度并保温，出炉后放入经预热的模具中进行至少一次精整锻压和/或精冲孔，得到钛合金的锻坯。
对本发明技术方案的进一步改进是：
步骤S2中所述始锻温度为910～930℃；步骤S3中所述始锻温度为890～910℃。
所述钛合金在锻压过程中的终锻温度均不低于680℃。
步骤S2中所述切边处理及冲孔处理时均需将所述锻压成型件加热至790～810℃。
在所述步骤S3后还包括步骤S4热处理：将所述钛合金锻坯放入热处理炉中进行回火处理，回火温度为740～760℃。
步骤S2和S3中所述加热过程的升温速度均为5-7℃/min。
所述模具在每次锻压前均需要预热至250℃以上。
所述步骤S2和S3后还分别包括研磨步骤，对所述第一中间件和锻坯表面进行研磨，以除去表面氧化层。
本发明还提供一种钛合金手表后壳的制造方法，包括上述的钛合金的锻压方法，还包括对所述钛合金锻坯进行机械加工，以得到所述钛合金锻坯的粗加工零件；再采用CNC的加工方式对所述粗加工零件进行精加工，从而得到钛合金手表后壳。
本发明还提供一种钛合金手表后壳，为采用如上所述的钛合金手表后壳的制造方法而得到的。
由本发明的技术方案可知，本发明的钛合金的锻压方法，采用多次加热多次成型的方法，首先对坯料的尖角进行倒圆角处理，防止在锻压过程中，因尖角处产生的应力过大而导致局部开裂。在初始成型时，使钛合金坯料的内部组织得以改善，可以显著提高产品的力学性能。并对锻压成型件进行切边和冲孔处理，使坯料初步成型。经初始成型的大变形量粗锻成型后，再经过精整成型步骤，可使钛合金锻坯的形状更加精准，减少后序加工的余量，大大提高了生产效率。采用本发明的制造方法制造的手表后壳，其生产成本大大降低，生产周期缩短，力学性能得到有效保证。
附图说明
图1为本发明实施例1钛合金锻压方法的流程示意图。
图2为本发明实施例2钛合金手表后壳制造方法的流程示意图。
图3为本发明实施例3钛合金手表后壳的结构示意图。
图4为本发明实施例钛合金坯料的结构示意图。
图5为本发明实施例钛合金初始成型变形过程的示意图。
图6为本发明实施例钛合金第一次精整成型后的结构示意图。
图7为本发明实施例钛合金第二次精整成型变形过程的示意图。
附图中各标号的含义为：
1-边框；2-飞边；3-底部。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，为本发明实施例的钛合金的锻压方法的流程的示意图，图2为本发明实施例2钛合金手表后壳制造方法的流程示意图，图3至图7为本发明实施例钛合金手表后壳的成型过程示意图。
如图3所示，本发明要制造的钛合金手表后壳为底部3带有方形中心孔的，四周边框1略高的阶梯状长方体状。
实施例1：如图1所示，本实施例的钛合金的锻压方法，其锻压的产品为一种钛合金手表后壳，包括以下步骤：
S1、原材料提供：如图4所示，提供TI-6AL-4V钛合金坯料，所述坯料的所有尖角处全部倒圆；所述TI-6AL-4V钛合金的化学成分的质量百分比为(％)：Al：5.5-6.8，V：3.5-4.5，Fe≤0.3，O≤0.2，Si≤0.15，C≤0.1，N≤0.05，H≤0.01，其它杂质≤0.5，余量为Ti。TI-6AL-4V钛合金的相变点为980-990℃。本实施中的钛合金坯料为Φ20×38mm的棒材坯料，其两端面边缘处倒角为R2.0mm。该坯料可以是轧材、铸棒或经初锻成形的锻坯棒料，以锻坯棒料的性能最佳，其成本也最高。选用圆柱形的棒材作为锻压的坯料，且对其两端面边缘处进行倒圆角处理可以有效防止在锻压过程中坯料边角处产生开裂，保证了成型质量。
S2、初始成型：如图5所示，首先将带有传送带的隧道式电加热炉进行点炉升温，升温速度为6℃/min，升温至始锻温度910～930℃后，将步骤S1提供的坯料放入加热炉中进行第一次加热，在910～930℃温度范围内进行保温，保温时间为230-250S，本实施例中为240S。加热炉靠传送带来传送坯料，加热炉内有多个测温点，在加热时要保证每个测温点所控制的温度区域温度均匀，以保证良好的成型效果。准备锻压所需的模具，模具分为定模和动模，定模为凹模，动模为凸模，对上下模具分别进行预热，预热的温度为250℃以上，最好是280℃左右。对预热后的上下模模腔喷涂润滑剂，所述润滑剂可以为水基石墨等，使润滑剂基本覆盖模腔，以减小锻压时的摩擦力，有利于脱模。将加热保温后的坯料从加热炉中取出后，放入经预热的粗锻模具中进行初始锻压，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃，最好是不低于720℃。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。为保证成型后的力学性能指标，要求初始锻压的锻造比不小于3.5。对锻压后的坯料进行脱模，脱模后得到锻压成型件，其中，所述锻压成型件包括底部3、围设于所述底部周缘的边框1以及因模具挤压而形成的从所述边框的外周缘向外翻折的飞边2，将锻压成型件装入加热炉进行第二次加热，加热至切边温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后对锻压成型件进行冲压切边，将模锻过程中因挤压形成的废料飞边2冲切掉。将切边后的锻压成型件装入加热炉进行第三次加热，加热至冲孔温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后在锻压成型件的底部冲中心孔，所述中心孔为方形孔，即得到第一中间件。此时，手表后壳凸出的外框长度为62.7±0.1mm，宽度为53.8±0.1mm，厚度为9.4±0.1mm，底部3凹陷处的厚度为4.84±0.1mm,中心方孔的长度为23.77±0.1mm，宽度为20.61±0.1mm。手表后壳的外框处变形量最小，其锻造比达到了4.0；手表后壳的底部3变形量最大，其锻造比达到了7.85，较大的锻造比使钛合金手表后壳的力学性能大大提高。
由于钛合金在高温锻压过程中表面会发生氧化，因此在进行下个步骤前，需要对第一中间件的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层，避免氧化层在下道工序中脱落而影响下道工序的精准性。
S3、第一次精整成型：如图6所示，将所述第一中间件放入加热炉中进行第四次加热，加热至始锻温度890～910℃后进行保温，保温时间为230-250S，本实施例中为240S，出炉后放入经预热的精锻模具中进行第一次精整锻压，同上个步骤一样，精锻模具同样具有上下模具，对模具的上下模模腔喷洒水基石墨，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃，最好是不低于700℃。经脱模后得到第二中间件。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。此时，手表后壳凸出的外框长度为47.8±0.1mm，宽度为42.6±0.1mm，厚度为8.9±0.1mm，底部3凹陷处的厚度为4.34±0.1mm。
成型结束后，对第二中间件的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层。
S3.1、第二次精整成型：如图7所示，将所述第二中间件放入加热炉中进行第五次加热，加热至锻压温度840～860℃后进行保温，保温时间为230-250S，本实施例中为240S，出炉后放入经预热的精锻模具中进行第二次精整锻压；同上个步骤一样，对模具的上下模模腔喷洒水基石墨，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃。对锻压后的第二中间件脱模后，放入加热炉中进行第六次加热，加热至精冲温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后进行冲压切废料边，对所述中心孔进行第一次精冲加工，再将第一次精冲加工后的第二中间件放入加热炉中进行第七次加热，加热至二次精冲温度740～760℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后再次对废料边进行冲压切除，并进行第二次精冲加工，进一步对第二中间件进行矫形，得到钛合金手表后壳的锻坯。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。此时，手表后壳凸出的外框长度为51.8±0.08mm，宽度为45±0.08mm，厚度为8.64±0.08mm，底部3凹陷处的厚度为4.14±0.2mm,方形中心孔的长度为23.667±0.08mm，宽度为20.512±0.08mm。
精整成型的步骤可重复多次进行，直到达到成型要求为止，具体次数可为1～5次，以2次为最佳。
本实施例采用多次锻压成型的方式，对钛合金棒料进行多次加热及成型，既保证了首次成型的大锻造比大变形量的要求，使产品的内部组织得以改善，同时多次小变形量的精整模锻，又可使锻压得到的产品的外形尺寸与最终产品的设计尺寸相接近，减少后道工序的工作量，提高工作效率。
为避免多次变形使钛合金手表后壳的锻坯内部应力过大而产生裂纹，及改善锻坯内部组织，本实施例的钛合金的锻压方法还包括以下步骤：
S4、热处理：将所述钛合金手表后壳的锻坯放入热处理炉中进行回火处理，回火温度为740～760℃，保温时间为80-100min，本实施例中为90min。
回火处理后对所述钛合金手表后壳的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层。
上述三次研磨过程，其研磨方式不作限制，可以为滚动研磨或震动研磨等。
本实施例中的各阶段保温时间仅针对本实施例所用坯料的尺寸而定，针对不同尺寸的坯料及产品最终成型尺寸时应进行相应调整。
实施例2：如图2所示，本实施例的钛合金手表后壳的制造方法，包括以下步骤：
S1、原材料提供：如图5所示，提供TI-6AL-4V钛合金坯料，所述坯料的所有尖角处全部倒圆；所述TI-6AL-4V钛合金的化学成分的重量百分比为(％)：Al：5.5-6.8，V：3.5-4.5，Fe≤0.3，O≤0.2，Si≤0.15，C≤0.1，N≤0.05，H≤0.01，其它杂质≤0.5，余量为Ti。TI-6AL-4V钛合金的相变点为980-990℃。本实施中的钛合金坯料为Φ20×38mm的棒材坯料，其两端面边缘处倒角为R2.0mm。该坯料可以是轧材、铸棒或经初锻成形的锻坯棒料，以锻坯棒料的性能最佳，其成本也最高。
S2、初始成型：首先将带有传送带的隧道式电加热炉进行点炉升温，升温速度为6℃/min，升温至始锻温度910～930℃后，将步骤S1提供的坯料放入加热炉中进行第一次加热，在910～930℃温度范围内进行保温，保温时间为230-250秒(S)，本实施例中为240S。加热炉靠传送带来传送坯料，加热炉内有多个测温点，在加热时要保证每个测温点所控制的温度区域温度均匀，以保证良好的成型效果。准备锻压所需的模具，模具分为定模和动模，定模为凹模，动模为凸模，对上下模具分别进行预热，预热的温度为250℃以上，最好是280℃左右。对预热后的上下模模腔喷涂润滑剂，所述润滑剂可以为水基石墨等，使润滑剂基本覆盖模腔，以减小锻压时的摩擦力，有利于脱模。将加热保温后的坯料从加热炉中取出后，放入经预热的粗锻模具中进行初始锻压，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃，最好是不低于720℃。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。为保证成型后的力学性能指标，要求初始锻压的锻造比不小于3.5。对锻压后的坯料进行脱模，脱模后得到锻压成型件，其中，所述锻压成型件包括底部3、围设于所述底部周缘的边框1以及因模具挤压而形成的从所述边框的外周缘向外翻折的飞边2，将锻压成型件装入加热炉进行第二次加热，加热至切边温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后对锻压成型件进行冲压切边，将模锻过程中因挤压形成的废料飞边2冲切掉。将切边后的锻压成型件装入加热炉进行第三次加热，加热至冲孔温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后在锻压成型件的底部冲中心孔，所述中心孔为方形孔，即得到第一中间件。此时，手表后壳凸出的外框长度为62.7±0.1mm，宽度为53.8±0.1mm，厚度为9.4±0.1mm，底部3凹陷处的厚度为4.84±0.1mm,中心方孔的长度为23.77±0.1mm，宽度为20.61±0.1mm。手表后壳的外框处变形量最小，其锻造比达到了4.0；手表后壳的底部3变形量最大，其锻造比达到了7.85，较大的锻造比使钛合金手表后壳的力学性能大大提高。
由于钛合金在高温锻压过程中表面会发生氧化，因此在进行下个步骤前，需要对第一中间件的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层，避免氧化层在下道工序中脱落而影响下道工序的精准性。
S3、第一次精整成型：如图6所示，将所述第一中间件放入加热炉中进行第四次加热，加热至始锻温度890～910℃后进行保温，保温时间为230-250S，本实施例中为240S，出炉后放入经预热的精锻模具中进行第一次精整锻压，同上个步骤一样，精锻模具同样具有上下模具，对模具的上下模模腔喷洒水基石墨，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃，最好是不低于700℃。经脱模后得到第二中间件。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。此时，手表后壳凸出的外框长度为47.8±0.1mm，宽度为42.6±0.1mm，厚度为8.9±0.1mm，底部3凹陷处的厚度为4.34±0.1mm。
成型结束后，对第二中间件的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层。
S3.1、第二次精整成型：如图7所示，将所述第二中间件放入加热炉中进行第五次加热，加热至第三锻压温度为840～860℃后进行保温，保温时间为230-250S，本实施例中为240S，出炉后放入经预热的精锻模具中进行第二次精整锻压；同上个步骤一样，对模具的上下模模腔喷洒水基石墨，锻压时间不超过4S，保证终锻温度不低于680℃。对锻压后的第二中间件脱模后，放入加热炉中进行第六次加热，加热至精冲温度790～810℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后进行冲压切废料边，对所述中心孔进行第一次精冲加工，再将第一次精冲加工后的第二中间件放入加热炉中进行第七次加热，加热至二次精冲温度740～760℃后进行保温，保温时间为210-230S，本实施例中为222S，出炉后再次对废料边进行冲压切除，并进行第二次精冲加工，进一步对第二中间件进行矫形，得到钛合金手表后壳的锻坯。成型时所用的锻压设备的成型压力为350T-450T。此时，手表后壳凸出的外框长度为51.8±0.08mm，宽度为45±0.08mm，厚度为8.64±0.08mm，底部3凹陷处的厚度为4.14±0.2mm,方形中心孔的长度为23.667±0.08mm，宽度为20.512±0.08mm。
精整成型的步骤可重复多次进行，直到达到成型要求为止，具体次数可为1～5次，以2次为最佳。
S4、热处理：将所述钛合金手表后壳的锻坯放入热处理炉中进行回火处理，回火温度为740～760℃，保温时间为80-100min，本实施例中为90min。
回火处理后对所述钛合金手表后壳的表面进行离心研磨，以去除表面氧化层。
S5、机械加工：对经热处理后的钛合金手表后壳锻坯进行车铣粗加工，由于零件外形较为复杂，车铣工序可分多个步骤完成，得到所述钛合金手表后壳锻坯的粗加工零件。再采用CNC的加工方式对所述粗加工零件进行精加工，从而得到所需的钛合金手表后壳。精加工结束后，需对钛合金手表后壳的表面进行清理，并进行全面检查，判断其是否为合格产品，避免产生的废品向下道工序流转，影响最终产品的产品质量。
本实施例的制造方法采用先粗加工、再精加工的方式对钛合金手表后壳进行最终成形，其粗加工工序是为精加工工序提供支持，粗加工工序较为简单，且工序所用时间短，但经粗加工后的零件，可大大节约其精加工的时间，提高了生产效率。
实施例3：如图3所示，本实施例提供的钛合金手表后壳为采用实施例2的制造方法而得到的。本实施例的钛合金手表后壳为底部3带有方形中心孔的，四周边框1略高的阶梯状长方体状。其原材料TI-6AL-4V钛合金的化学成分的质量百分比为(％)：Al：5.5-6.8，V：3.5-4.5，Fe≤0.3，O≤0.2，Si≤0.15，C≤0.1，N≤0.05，H≤0.01，其它杂质≤0.5，余量为Ti。经检测，本实施例的钛合金手表后壳其最终的硬度指标达到了HV：320-390，磁导率<1.02u，力学性能良好。
本实施例的钛合金手表后壳未采用传统的成型方式，因传统加工方式的材料利用率太低，且生产周期长，成本过高。采用实施例2的制造方法制得的钛合金手表后壳，由于其对原材料棒材进行了多次压力加工，改善了原材料的内部组织缺陷，使最终产品的力学性能指标大大提高，且经锻压成型和粗加工成型后，大大减少了后序CNC加工的工作量，节约了成本，提高了生产效率。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。