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實驗室，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化學成分：≤%。

表1 Nb55Ti化學成分

（2）物理性能。

表2 Nb55Ti物理性能

3 沖壓試驗

3.1 坯料準備

選取軋制方向為單向和雙向的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)，按體積不變原則和相似原則確定[1]，本文不再詳細敘述。

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°進行沖壓試驗，模具角度與錐形盤的角度呈線性（如圖4）。模具110°時，錐形盤經(jīng)沖壓、機加、焊接后，角度滿足120°±1°。

圖4 模具角度和錐形盤錐角關(guān)系

沖壓試驗中，用三坐標設(shè)備分別測量機加后錐心盤的內(nèi)外錐角，及沖壓后外錐面角度。測量數(shù)據(jù)如表3所示：外錐角比內(nèi)錐角大0.6°～1.0°，這是因為板料外區(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，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°，這主要是因為鈮鈦合金沖壓性能差，沖壓造成材料內(nèi)部應(yīng)力集中，機加后應(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°，板料軋制方向為雙向時，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。