本發(fā)明涉及高溫鈦合金復(fù)雜型面構(gòu)件精密熱成形，尤其涉及一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形方法及其裝置。

背景技術(shù)：

1、高溫鈦合金(ti60)作為新研制鈦合金材料，具有比強度高，耐高溫等優(yōu)異特性，在高溫600℃有良好的強度和高溫蠕變等使用性能，在航空航天領(lǐng)域得到越來越多的廣泛應(yīng)用。

2、在高速飛行器一般應(yīng)用在進氣道頭錐部位，作為中心錐部件，一般變徑比較大，氣動型面復(fù)雜，要求型面精度高，成形難度大。鈦合金一般采用熱成形工藝進行成形，將板料加熱到合理溫度后加壓，上下模具合模，板料變形并且貼模，獲得所需零件型面。

3、但是現(xiàn)在熱成形工藝對于復(fù)雜型面高溫鈦合金錐筒構(gòu)件，尚未有可靠成形工藝參數(shù)和工藝裝置，傳統(tǒng)熱成形及熱成形和熱脹形復(fù)合工藝方案難以滿足構(gòu)件型面精度和性能損耗要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實施例旨在提供一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形方法及其裝置，用以解決現(xiàn)有薄壁錐筒構(gòu)件成形過程中型面精度不高、材料性能損失較大、成形效率低等問題中的至少一個。

2、一方面，本發(fā)明實施例提供了一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形方法，包括如下步驟：

3、s1、下料及前處理：根據(jù)筒體分瓣蒙皮模型，在軟件中獲得展開平板坯料尺寸并切割下料并進行前處理；

4、s2、模具預(yù)熱：將熱成形模具安裝在熱成形壓力機上，預(yù)熱至850-880℃；熱成形模具的凸模型面與兩個鏡像對稱布置的半筒蒙皮匹配，模具整體呈馬鞍形；

5、s3、坯料預(yù)熱：將高溫鈦合金坯料放在預(yù)熱后熱成形模具的凸模上，合模后預(yù)熱10-15min，至成形溫度850-880℃；高溫鈦合金坯料呈兩個半筒狀對稱布置，其中錐筒小端靠近對稱軸；

6、s4、蒙皮熱成形：開始成形，保壓10-20min后，取出成形的筒體蒙皮；

7、s5、蒙皮成形后處理：對成形后的筒體蒙皮進行堿崩酸洗后，激光切割，獲得筒體分瓣蒙皮；

8、s6、焊接分瓣蒙皮：將步驟s5獲得的分瓣蒙皮進行清潔處理后放入焊接工裝，在氬氣保護下焊接成筒體；

9、s7、筒體真空熱脹形：將焊接后的筒體根據(jù)型面裝配在熱脹形工裝并放入真空熱脹形設(shè)備中升溫至850℃，均溫1小時后，分階段加載壓力使筒體達到設(shè)計尺寸后，保溫保壓實現(xiàn)尺寸定型；

10、s8、筒體脹形后處理：降溫后將筒體從熱脹形工裝中取出，切邊獲得最終錐筒構(gòu)件。

11、示例性地，在步驟s7中，所述熱脹形工裝包括底座，安裝在底座上的脹瓣，以及與脹瓣配合的脹芯；所述底座上設(shè)有供脹瓣滑動的導(dǎo)槽。

12、進一步地，在步驟s7中，分段壓力加載包括兩個階段，第一階段加壓使將熱脹形設(shè)備平臺與所述脹芯緊密貼合，第二階段加壓使脹瓣沿底座導(dǎo)槽向外滑動，達到錐筒構(gòu)件設(shè)計尺寸。

13、具體地，在步驟s7中，所述第一階段加壓噸位為10噸，第二階段加壓噸位為50噸。

14、進一步地，在步驟s7中，達到錐筒構(gòu)件設(shè)計尺寸后，進行保壓和保溫，壓力50噸，保溫時間45min。

15、另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形裝置，用于所述成形工藝方法，包括熱成形模具，焊接工裝及熱脹形工裝。

16、具體地，所述熱成形模具包括凸模和凹模，其中凸模在下，凹模在上；模具造型為分瓣后的兩個半筒蒙皮鏡像對稱布置，其中錐筒小端靠近對稱軸；所述熱成形模具邊沿部位拔模角為3°～5°。

17、進一步地，所述焊接工裝包括支撐組件、定位組件、內(nèi)支撐板和焊接保護氣流道槽板；

18、所述定位組件沿支撐組件中軸線布置，并通過內(nèi)支撐板與支撐組件連接；所述焊接保護氣流道槽板對稱安裝在內(nèi)支撐板兩側(cè)外緣；

19、所述支撐組件包括2個外環(huán)板，1個以上的外基準板和拉桿，所述外環(huán)板及外基準板上相應(yīng)位置開有與拉桿尺寸配合的孔，外環(huán)板與外基準板通過拉桿固定連接；

20、所述定位組件包括2個端部基準板，1個以上內(nèi)部基準板、1個基準軸、墊環(huán)和緊固螺母，所述基準軸穿過基準板中心，并通過墊環(huán)和緊固螺母與基準板固定連接。

21、示例性地，所述熱脹形工裝包括底座，安裝在底座上的脹瓣，以及與脹瓣形狀配合的脹芯；

22、所述底座上設(shè)有導(dǎo)槽、調(diào)節(jié)螺栓和螺母，所述脹瓣底部設(shè)有與底座導(dǎo)槽匹配的滑塊，所述滑塊通過調(diào)節(jié)螺栓和螺母固定在導(dǎo)槽的特定位置。

23、值得注意的是，所述熱脹形工裝型面尺寸為l1＝l×0.996，所述熱成形模具型面尺寸為l2＝l1×0.996＝l×0.996×0.996＝l×0.992，其中l(wèi)為目標(biāo)構(gòu)件型面尺寸。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：

25、1、本發(fā)明精確控制并減少高溫?zé)岢尚螘r間，避免富氧層的形成，降低材料性能損失；并且可以減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生，從而防止產(chǎn)品變形并提高產(chǎn)品尺寸精度；縮短高溫成形時間還可以減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本。

26、2、本發(fā)明熱成形過程將分型后的兩個半筒蒙皮設(shè)計在一套模具內(nèi)，并沿軸向依次設(shè)置，兩個半筒蒙皮鏡像對稱布置，二者鏡像對稱的對稱軸與半筒蒙皮軸向垂直，其中錐筒小端靠近對稱軸，使模具中各部分受力平衡，有效避免成形過程中產(chǎn)生側(cè)向力，以及由此導(dǎo)致的模具錯位和蒙皮變形；并且實現(xiàn)筒體構(gòu)件一次成形，提高了熱成形效率。

27、3、本發(fā)明在焊接工裝上設(shè)置焊接保護氣流道，對內(nèi)側(cè)焊縫起到保護作用，與在整個筒體填充保護氣相比，保證焊接質(zhì)量的同時提高了效率。

28、4、本發(fā)明精確控制熱脹形過程的溫度，并進行多級壓力控制，通過控制每次加壓的壓力和節(jié)點，實現(xiàn)脹芯壓下量的精準調(diào)整，保證筒體脹形量，并將筒體最終型面精度控制在±0.3mm。

29、5、本發(fā)明采用高溫?zé)岢尚魏驼婵諢崦浶螐?fù)合工藝，保證材料性能低損耗的同時提高型面精度；根據(jù)加工順序確定工藝加工尺寸鏈，并根據(jù)模具和工裝材料與高溫鈦合金(ti60)材料熱膨脹系數(shù)的差異確定模具和工裝的縮放系數(shù)，分別對熱成形模具型面和熱脹形工裝型面進行縮放，通過雙重縮放，保證了成形后型面尺寸精確。

30、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優(yōu)點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來實現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟s7中，所述熱脹形工裝包括底座，安裝在底座上的脹瓣，以及與脹瓣配合的脹芯；所述底座上設(shè)有供脹瓣滑動的導(dǎo)槽。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟s7中，分段壓力加載包括兩個階段，第一階段加壓使將熱脹形設(shè)備平臺與所述脹芯緊密貼合，第二階段加壓使脹瓣沿底座導(dǎo)槽向外滑動，達到錐筒構(gòu)件設(shè)計尺寸。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟s7中，所述第一階段加壓噸位為10噸，第二階段加壓噸位為50噸。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟s7中，達到錐筒構(gòu)件設(shè)計尺寸后，進行保壓和保溫，壓力50噸，保溫時間45min。

6.一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形裝置，用于權(quán)利要求1～6所述成形工藝方法，其特征在于，包括熱成形模具，焊接工裝及熱脹形工裝。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成形裝置，其特征在于，所述熱成形模具包括凸模和凹模，其中凸模在下，凹模在上；模具造型為分瓣后的兩個半筒蒙皮鏡像對稱布置，其中錐筒小端靠近對稱軸；所述熱成形模具邊沿部位拔模角為3°～5°。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成形裝置，其特征在于，所述焊接工裝包括支撐組件、定位組件、內(nèi)支撐板和焊接保護氣流道槽板；

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成形裝置，其特征在于，所述熱脹形工裝包括底座，安裝在底座上的脹瓣，以及與脹瓣形狀配合的脹芯；

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的成形裝置，其特征在于，所述熱脹形工裝型面尺寸為l1＝l×0.996，所述熱成形模具型面尺寸為l2＝l1×0.996＝l×0.996×0.996＝l×0.992，其中l(wèi)為目標(biāo)構(gòu)件型面尺寸。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形方法及其裝置，屬于高溫鈦合金復(fù)雜型面構(gòu)件精密成形領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中高溫鈦合金復(fù)雜型面構(gòu)件成形過程中精度不高、材料性能損失較大、成形效率低的問題。一種高溫鈦合金變曲率薄壁錐筒構(gòu)件成形工藝方法，包括如下步驟：S1、下料及前處理；S2、模具預(yù)熱：將模具預(yù)熱至850?880℃；S3、將坯料預(yù)熱10?35min，至成形溫度850?880℃；S4、蒙皮熱成形：開始成形，保壓30?50min；S5、蒙皮成形后處理；S6、焊接分瓣蒙皮；S7、筒體真空熱脹形：裝配在熱脹形工裝中的筒體放入真空熱脹形設(shè)備中升溫至850℃，均溫1小時后，分段加壓進行熱脹形；S8、筒體脹形后處理。實現(xiàn)了高溫鈦合金錐筒構(gòu)件成形性能低損耗和高型面精度。

技術(shù)研發(fā)人員：熊亮同,劉太盈,郭成龍,王瑞,李康寧,馬向宇
受保護的技術(shù)使用者：北京星航機電裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23