CN119238046A - 一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，该方法包括如下步骤：计算钛合金薄壁筒形件展开外形尺寸，并按展开外形尺寸制备平板料；将平板料经过预成形，焊接为筒形预成型件；将筒形预成型件装入热成形模具中；将装有筒形预成型件的模具装入炉中热成形处理；脱模取件，得到钛合金薄壁筒形件。

Description

一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法

技术领域

本发明属于钛合金热成形加工领域，涉及到一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法。

背景技术

当前，航空航天产品零件正朝着更高的高精度产品、更高的效率、更低的低成本、更大的批量方向发展，钛合金因具有质量轻、热强度高、抗蚀性好等优异与其它材料的特点而得到广泛应用。

目前现有的钛合金薄壁筒形件制造工艺方法件主要有两种方法：一是采用厚壁板料机械加工的方式实现罩体型面成形，而此种工艺方法加工周期漫长，生产效率极低，材料利用率低下而导致生产成本非常昂贵，不能满足量化生产。二是采用模具热旋压加工薄板的方法。热旋压模具加工成本高，高强度钛合金弹性模量小，材料在成形后存在较大回弹，成形后尺寸不一致，导致环形罩体件生产合格率低，且为满足尺寸要求，需要重复性操作导致加工时间长，劳动强度大，生产效率不高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种钛合金薄壁筒形件制造工艺方法，通过整体工艺，设计热成形模具，从而解决现有成形方法(如厚壁板料机械加工、热旋压加工薄板)的成本高、生产效率低、合格率不高等问题。

本发明解决技术问题的方案是：一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，该方法包括如下步骤：

计算钛合金薄壁筒形件展开外形尺寸，并按展开外形尺寸制备平板料；

将平板料经过预成形，焊接为筒形预成型件；

将筒形预成型件装入热成形模具中；

将装有筒形预成型件的模具装入炉中热成形处理；

脱模取件，得到钛合金薄壁筒形件。

优选地，所述热成形模具包括模芯、底座、连杆、压板和N个模瓣，N大于等于3；

连杆为柱形杆状结构；底板设有中心通孔用于插入连杆的一端并固定，连杆的另一端用于与压板固定连接；模芯是外部为正锥形的中空筒状结构，大端固定安装在底板上，中空部分用于穿过连杆；

模瓣是内部为倒锥形的中空筒状结构沿轴向等分切割而成，N个模瓣相互之间无连接关系，装配后N个模瓣拼接而成的内锥面与模芯的外锥面贴合，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸，与筒形预成型件相互作用而关联，从而实现筒形件的热成形。

优选地，所述装模过程为：

将连杆一端竖直插入底板中心通孔上，并用止转销插入；

将模芯吊装，从连杆正上方下降，套入连杆上，直至模芯与底盘接触；

将筒形预成型件吊装，从模芯正上方下降，直至筒形预成型件距离模芯底部一定高度；

将模瓣小端朝下，在圆筒和模芯的间隙插入模瓣，将模瓣之间的间隙调整均匀；

将压板、底座、连杆固定连接，锁定模芯、模瓣的相对位置，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸。

优选地，所述一定高度大于等于30mm。

优选地，所述模瓣和模芯的锥形角度的范围为1°～3°。

优选地，所述模瓣和模芯的材料为不锈钢或者中硅钼材质。

优选地，所述平板料的外形尺寸的长和宽分别相对于展开件的长宽留有余量。

优选地，热成形的保温温度为650℃，时间为2小时。

优选地，脱模过程为：依次取下压板、模瓣，再取下钛合金薄壁筒形件。

优选地，其中一个模瓣外表面设有筒形件焊道避让槽。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用分瓣式热成形模具加工成形，消除材料本身回弹影响，有效保障零件整体尺寸要求，且容易推进量化生产。

(2)、本发明的热成形模具采用分瓣形式，筒形件高度过高时装模效率高，与常规加工方法相比本发明可显著提高零件的合格率，降低成本，缩短加工周期，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例连杆的安装示意图。

图2为本发明实施例底座的结构示意图。

图3为本发明实施例安装模具后的结构示意图；

图4为本发明实施例模芯的结构示意图。

图5为本发明实施例模瓣的结构示意图。

图6为本发明实施例模芯的剖面示意图。

图7为本发明实施例模瓣的剖面示意图。

图8为本发明实施例板料件示意图。

图9为本发明实施例筒形预成型件示意图。

图10为本发明实施例热成型件示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

为满足钛合金薄壁筒形件生产质量要求，提高零件生产效率，降低加工成本，本发明提出了一种钛合金薄壁筒形件制造工艺方法，该方法包括如下步骤：

S1、计算钛合金薄壁筒形件展开外形尺寸，并按展开外形尺寸制备平板料；如图8所示。

S2、将平板料经过预成形，焊接为筒形预成型件；如图9所示。

S3、将筒形预成型件装入热成形模具中；

S4、将装有筒形预成型件的模具装入炉中热成形处理；

S5、脱模取件，得到钛合金薄壁筒形件。如图10所示。

如图1～图7所示，本发明某一具体实施例中，所述热成形模具包括模芯、底座、连杆、压板和N个模瓣，N大于等于3；

连杆为柱形杆状结构；底板设有中心通孔用于插入连杆的一端并固定，连杆的另一端用于与压板固定连接；模芯是外部为正锥形的中空筒状结构，大端固定安装在底板上，中空部分用于穿过连杆；

模瓣是内部为倒锥形的中空筒状结构沿轴向等分切割而成，N个模瓣相互之间无连接关系，装配后N个模瓣拼接而成的内锥面与模芯的外锥面贴合，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸，与筒形预成型件相互作用而关联，从而实现筒形件的热成形。

如图2所示，压板上设有连接孔、吊装孔、减重孔，连接孔用于与连杆顶部连接，吊装孔用于与炉顶的吊装件连接。减重孔用来减少压板的重量。

如图4和图6所示，模芯的小端沿轴线方向设有切口，切口之间设有吊装杆；底板中心通孔的周围设有第一吊装孔，模芯的大端底部设有与底板上第一吊装孔位置相对应的第二吊装孔，用于与第一吊装孔对准后通过长螺钉连接。

基于上述模具，装模过程为：

将连杆一端竖直插入底板中心通孔上，并用止转销插入；

将模芯吊装，从连杆正上方下降，套入连杆上，直至模芯与底盘接触；

将筒形预成型件吊装，从模芯正上方下降，直至筒形预成型件距离模芯底部一定高度；所述一定高度大于等于30mm。

将模瓣小端朝下，在圆筒和模芯的间隙插入模瓣，将模瓣之间的间隙调整均匀；

将压板、底座、连杆固定连接，锁定模芯、模瓣的相对位置，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸。

脱模过程为：依次取下压板、模瓣，再取下钛合金薄壁筒形件。

模瓣和模芯的尺寸和锥形角度的范围通过如下方法确定：

首先根据所选模具材料的摩擦系数，确定模具的摩擦角，既而确定模瓣和模芯的锥形角度的范围，避免模瓣在模芯上从上往下运动一直处于不会自锁状态，这个锥形角一般在1°～3°，再根据模具外径确定模瓣的大端厚度，由大端厚度和锥形角可以确定小端厚度，模芯是和模瓣配合的倒锥形，尺寸也可确定。(比如模具外径200mm，大端厚度选30mm，模瓣高度665mm，锥形角1.3°，小端即为20mm)

实施例：

本实例提供了一种钛合金薄壁筒形件制造工艺方法，该零件材料为TC4钛合金，零件直径尺寸为Φ160mm*450mm，厚度为1.2mm。具体操作步骤如下：

如图3所示，按筒形件零件预成形工序件的外形尺寸计算展开件外形尺寸，并按展开料外形尺寸下料为平板板料。所述平板料的外形尺寸的长和宽分别相对于展开件的长宽留有余量。

平板件的长和宽，长度是圆周方向的展开，计算筒体展开毛坯尺寸长度见公式：

Lz＝2·π·ρ+η

式中：

ρ为中性层半径(mm)；

Lz为展开长度(mm)；

η为实际焊接收缩量(mm)。

受圆筒热成前的内径与模具的间隙约束，间隙过小，不利于模瓣装配。间隙过大，热成形效果受影响。

平板料经过预成形，焊接为筒形件，进入装配热成形模具阶段。模瓣先入筒形件，再入模芯，确定相对位置后，由压板、连杆、底座固定，等待成形。

进行零件的热成形。炉升温至650℃，模具装入炉，保证零件在炉中均匀受热，设定好保温温度650℃和时间2小时。

脱模取件。本发明利用压板、底板固定模芯、模瓣相对位置，冷却后，取下压板、模瓣，筒形件即可取下。

使用本发明所提供的钛合金薄壁筒形件制造工艺方法，零件成形合格率提高30％，此外，比现有的机械加工方法材料利用率提高50％，制造成本降低50％，加工效率提高30％。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于包括如下步骤：

计算钛合金薄壁筒形件展开外形尺寸，并按展开外形尺寸制备平板料；

将平板料经过预成形，焊接为筒形预成型件；

将筒形预成型件装入热成形模具中；

将装有筒形预成型件的模具装入炉中热成形处理；

脱模取件，得到钛合金薄壁筒形件。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述热成形模具包括模芯、底座、连杆、压板和N个模瓣，N大于等于3；

连杆为柱形杆状结构；底板设有中心通孔用于插入连杆的一端并固定，连杆的另一端用于与压板固定连接；模芯是外部为正锥形的中空筒状结构，大端固定安装在底板上，中空部分用于穿过连杆；

模瓣是内部为倒锥形的中空筒状结构沿轴向等分切割而成，N个模瓣相互之间无连接关系，装配后N个模瓣拼接而成的内锥面与模芯的外锥面贴合，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸，与筒形预成型件相互作用而关联，从而实现筒形件的热成形。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述装模过程为：

将连杆一端竖直插入底板中心通孔上，并用止转销插入；

将模芯吊装，从连杆正上方下降，套入连杆上，直至模芯与底盘接触；

将筒形预成型件吊装，从模芯正上方下降，直至筒形预成型件距离模芯底部一定高度；

将模瓣小端朝下，在圆筒和模芯的间隙插入模瓣，将模瓣之间的间隙调整均匀；

将压板、底座、连杆固定连接，锁定模芯、模瓣的相对位置，使得N个模瓣共同拼接而成的外表面达到筒形件理论尺寸。

4.根据权利要求3所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述一定高度大于等于30mm。

5.根据权利要求3所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述模瓣和模芯的锥形角度的范围为1°～3°。

6.根据权利要求3所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述模瓣和模芯的材料为不锈钢或者中硅钼材质。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，所述平板料的外形尺寸的长和宽分别相对于展开件的长宽留有余量。

8.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，热成形的保温温度为650℃，时间为2小时。

9.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，脱模过程为：依次取下压板、模瓣，再取下钛合金薄壁筒形件。

10.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁筒形件热成形工艺方法，其特征在于，其中一个模瓣外表面设有筒形件焊道避让槽。