鈦圓片沖壓是一種高效制備薄壁精密零件的工藝，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、電子、航空航天等領(lǐng)域。以下是針對鈦圓片沖壓的技術(shù)要點、工藝優(yōu)化及典型應(yīng)用的深度分析：
一、鈦圓片沖壓核心挑戰(zhàn)
材料特性限制
高屈服強(qiáng)度：純鈦（Gr2）屈服強(qiáng)度≥275 MPa，沖壓需高噸位設(shè)備（比不銹鋼高20%-30%壓力）。
低室溫延展性：Ti-6Al-4V（Gr5）延伸率僅10%-15%，易開裂，需精確控制變形量（如極限拉深比≤2.0）。
回彈與尺寸偏差
鈦彈性模量（110 GPa）低于鋼，沖壓后回彈量達(dá)0.1-0.3mm（Φ50mm圓片），需過壓補(bǔ)償設(shè)計。
表面損傷風(fēng)險
沖壓過程易產(chǎn)生劃痕（Ra＞1.6μm），影響醫(yī)用植入物表面生物相容性或電子元件導(dǎo)電性。
二、材料選型與適配性
| 鈦合金牌號 | 特性 | 適用沖壓場景 | 推薦厚度范圍 |
| Gr1 (純鈦) | 高塑性（延伸率≥24%） | 復(fù)雜深沖件（醫(yī)用殼體、電池極片） | 0.1-2.0 mm |
| Gr2 (純鈦) | 通用級，性價比高 | 墊片、密封環(huán)等簡單沖壓件 | 0.3-3.0 mm |
| Ti-3Al-2.5V | 冷成型性優(yōu)（比Gr5高30%） | 微型精密件（連接器觸點、傳感器膜片） | 0.05-0.5 mm |
| Ti-15Mo | β合金，抗裂紋擴(kuò)展 | 高屈強(qiáng)比零件（彈簧片、彈性元件） | 0.2-1.5 mm |
三、沖壓工藝優(yōu)化策略
1. 模具設(shè)計要點
模具材料：硬質(zhì)合金（如YG15）或粉末高速鋼（ASP 60），硬度≥HRC 62，刃口粗糙度Ra≤0.4μm。
間隙控制：單邊間隙取板材厚度的8%-12%（Gr2：10%，Gr5：8%），減少毛刺與裂紋。
回彈補(bǔ)償：凹模設(shè)計反向預(yù)彎曲（曲率半徑補(bǔ)償量≈回彈量×1.2）。
2. 工藝參數(shù)優(yōu)化
沖壓速度：低速沖壓（5-15 mm/s），降低應(yīng)變率敏感性，Gr5沖壓速度比Gr2降低30%。
潤滑方案：含氟聚合物潤滑劑（如PTFE基），摩擦系數(shù)≤0.1，比礦物油減少沖壓力20%。
加熱輔助：局部感應(yīng)加熱（200-300°C），提升Gr5延展性（延伸率增加至18%-22%）。
3. 表面質(zhì)量控制
去毛刺：電解拋光（電壓12V，時間30-60s），邊緣R角≥0.1mm，符合ISO 13782醫(yī)用標(biāo)準(zhǔn)。
鏡面處理：化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）或磁流變拋光，表面粗糙度Ra≤0.1μm（光學(xué)級要求）。
四、典型應(yīng)用場景與案例
| 領(lǐng)域 | 應(yīng)用案例 | 技術(shù)指標(biāo) | 工藝要點 |
| 醫(yī)療植入 | 心臟起搏器鈦封裝蓋（Gr1） | 厚度0.2mm±0.01mm，Ra≤0.2μm | 多工位連續(xù)模，氮氣保護(hù)防氧化 |
| 消費電子 | TWS耳機(jī)振膜鈦片（Ti-3Al-2.5V） | Φ6mm圓片，厚度0.08mm，平面度≤5μm | 微沖壓（≤1kN壓力），真空吸附送料 |
| 航空航天 | 發(fā)動機(jī)密封墊片（Gr5） | 耐溫400°C，密封面平行度≤0.02mm | 激光切割+精密沖壓復(fù)合工藝 |
| 能源電池 | 燃料電池雙極板（Gr2） | 流道深度0.3mm，導(dǎo)電率≥1×10? S/m | 液壓脹形+精沖，表面鍍Pt涂層 |
五、缺陷分析與對策
| 缺陷類型 | 成因 | 解決方案 |
| 邊緣開裂 | 材料延展不足/模具間隙過小 | 改用Gr1或Ti-3Al-2.5V；增大間隙至12% |
| 表面劃痕 | 模具粗糙度高/潤滑不良 | 拋光模具至Ra≤0.2μm；采用PTFE潤滑劑 |
| 厚度不均 | 板材初始應(yīng)力分布不均 | 增加退火工序（650°C/1h，氬氣保護(hù)） |
| 回彈超差 | 彈性模量低/成型力不足 | 凹模預(yù)補(bǔ)償+過壓5%-8% |
六、經(jīng)濟(jì)性與設(shè)備選型
| 成本項 | 鈦圓片沖壓 | 對比不銹鋼沖壓 |
| 材料成本 | Gr2鈦板≈￥400/kg（304不銹鋼的5倍） | 304不銹鋼≈￥80/kg |
| 模具成本 | 硬質(zhì)合金模貴30%，但壽命長5倍 | 普通工具鋼模，壽命約50萬次 |
| 能耗 | 加熱輔助沖壓能耗高20%-30% | 常溫沖壓，能耗低 |
| 綜合成本 | 小批量高50%，大批量因廢料少低20% | 適合中大批量生產(chǎn) |
推薦設(shè)備：
精密高速沖床：日本AIDA NS2-200（200kN，SPM 400-1200）
液壓脹形機(jī)：Schuler HPM 3000（3000kN，定位精度±0.01mm）
激光切割機(jī)：通快 TruLaser 5030（切割鈦厚≤6mm，精度±0.02mm）
七、前沿技術(shù)趨勢
超薄鈦箔沖壓：
納米晶鈦（晶粒尺寸＜100nm）沖壓厚度可達(dá)0.01mm，用于MEMS傳感器。
智能化工藝：
AI實時監(jiān)控沖壓力-位移曲線，動態(tài)調(diào)整參數(shù)（精度±1%），減少試模次數(shù)50%。
復(fù)合工藝：
沖壓-擴(kuò)散焊接一體化制造燃料電池雙極板，接觸電阻降低30%。
總結(jié)：
鈦圓片沖壓需針對性優(yōu)化材料、模具與工藝參數(shù)，在醫(yī)療、電子等高端領(lǐng)域具有不可替代性。建議優(yōu)先選用高塑性鈦材（Gr1/Ti-3Al-2.5V），搭配硬質(zhì)合金模具與PTFE潤滑，并通過精密檢測（如白光干涉儀測平面度）確保質(zhì)量。未來，超薄化與智能化將成為鈦沖壓技術(shù)的核心突破方向。
