CN101912919B - 一种气胀成形和热成形复合成形方法及其采用的装置 - Google Patents
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Abstract
一种气胀成形和热成形复合成形方法及其采用的装置，方法：将毛料预弯曲焊接成锥筒形；将气囊的下端放置在气囊下卡槽内；将毛料套放在热成形模具的外表面；将模具上盖放置在气胀成形模具的上方；将工装零件吊装到气胀成形炉工作台上，并接通气囊与外部通气管路，关闭炉门，启动加热装置；进行热成形；当达到气胀成形温度时，按照气胀成形工艺进行气胀成形；待工装零件冷却后，取出工装零件；按照装配工装零件的相反顺序拆卸零件。所述方法采用的装置，包括热成形模具，在热成形模具的上方设置有气胀成形模具，热成形模具与气胀成形模具连接为一体；在气胀成形模具的上方设置有模具上盖，在气囊上卡槽和气囊下卡槽内设置有气囊，气囊与通气管路相连通。
Description
技术领域：
本发明属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种气胀成形和热成形复合成形方法及其采用的装置；主要应用于航空发动机钛合金中厚板大型复杂结构件的成形。
背景技术：
在航空发动机制造过程中，某些型号机的加力燃烧室部件加力筒体二段采用钛合金中厚板制造钣焊机匣主体。传统工艺一般采用热压分瓣偶合模成形，再进行焊接；但由于钛合金在常温下基本无法成形，而在高温状态下钛合金中厚板该类结构零件结构尺寸庞大，加之其主体材料壁厚达6mm，采用传统的热成形工艺对于热成形设备和工装材料都很难进行选择；另外，热成形后也非常难于保证每块毛料型面的一致均匀，同时异形结构焊缝不易实现自动焊接，焊接质量难于保证。如果完全采用超塑成形工艺成形零件，其工装制造成本极大，同时由于零件成形过程变形量大，导致超塑过程密封技术难度大；若采用工艺件辅助成形(变形量大)则容易漏气，且毛料密封及零件脱模是个难题。如果完全采用气胀成形工艺，则由于厚板强度高，结构变形量大，气囊材料难于选择，而无法实现零件的整体成形。
发明内容：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种加工工艺简单、制造成本低的气胀成形和热成形复合成形方法及其采用的装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种气胀成形和热成形复合成形方法，包括如下步骤：
步骤一：将零件毛料预弯曲焊接成锥筒形结构；
步骤二：将气囊的下端放置在热成形模具的上卡槽与气胀成形模具的下卡槽之间的气囊下卡槽内；
步骤三：将零件毛料套放在锥筒形热成形模具的外表面上；
步骤四：将模具上盖放置在气胀成形模具的上方，并通过锁紧楔块锁紧模具上盖；
步骤五：将完成步骤四所述工序后的工装零件吊装到气胀成形炉工作台上，并接通气囊与外部通气管路，关闭炉门，启动加热装置；
步骤六：进行零件的热成形；
步骤七：当达到气胀成形温度时，按照气胀成形工艺进行气胀成形；
步骤八：完成气胀成形工艺过程后，待工装零件冷却后，取出工装零件；
步骤九：按照装配工装零件的相反顺序拆卸零件。
所述的气胀成形和热成形复合成形方法所采用的装置，包括上端具有上卡槽的锥筒形热成形模具，在所述热成形模具的上方设置有下端具有下卡槽的气胀成形模具，热成形模具与气胀成形模具通过热成形模具的上卡槽和气胀成形模具的下卡槽连接为一体；在所述气胀成形模具的中部设置有通槽，在气胀成形模具的上方设置有模具上盖，所述热成形模具的上卡槽与气胀成形模具的下卡槽之间为气囊下卡槽，所述模具上盖与气胀成形模具上端之间为气囊上卡槽；在所述气囊上卡槽和气囊下卡槽内设置有气囊，气囊与设置在气胀成形模具通槽内的通气管路相连通。
所述热成形模具的材料选择热线胀系数大于零件热线胀系数的材料，所述气胀成形模具的材料选择热线胀系数小于零件热线胀系数的材料。
为了防止模具上盖在成形过程中窜动，所述模具上盖与气胀成形模具之间通过销、桩及锁紧楔块固定连接在一起。
本发明的有益效果：
本发明针对一个零件不同的结构部位，分别采用气胀成形和热成形两种成形方法进行成形，实现了零件复杂结构的成形。并且，本发明简化了加工工艺，解决了因零件结构复杂、尺寸大及主体材料厚(强度高)，而无法选择热成形设备和工装设计难度大、成本高的技术难题，成形后的零件尺寸及技术条件均满足下道工序的工艺设计要求。
附图说明：
图1是本发明的复合成形方法的工艺流程图；
图2是本发明的复合成形方法所采用的装置的结构示意图；
图3是本发明在使用过程中零件毛料安装状态的结构示意图；
图4是本发明在使用过程中零件气胀成形和热成形状态的结构示意图；
图5是本发明在使用过程中零件成形后冷却状态的结构示意图；
图中，1-气囊下卡槽，2-热成形模具，3-下卡槽，4-通气管路，5-气胀成形模具，6-通槽，7-气囊上卡槽，8-模具上盖，9-气囊，10-上卡槽，11-销，12-桩，13-锁紧楔块，14-零件毛料。
具体实施方式：
如图1所示，一种气胀成形和热成形复合成形方法，包括如下步骤：
步骤一：将零件毛料预弯曲焊接成锥筒形结构；
步骤二：将气囊的下端放置在热成形模具的上卡槽与气胀成形模具的下卡槽之间的气囊下卡槽内；
步骤三：将零件毛料套放在锥筒形热成形模具的外表面上；
步骤四：将模具上盖放置在气胀成形模具的上方，并通过锁紧楔块锁紧模具上盖；
步骤五：将完成步骤四所述工序后的工装零件吊装到气胀成形炉工作台上，并接通气囊与外部通气管路，关闭炉门，启动加热装置；
步骤六：进行零件的热成形；
步骤七：当达到气胀成形温度时，按照气胀成形工艺进行气胀成形；
步骤八：完成气胀成形工艺过程后，待工装零件冷却至300℃以下时，取出工装零件；
步骤九：按照装配工装零件的相反顺序拆卸零件。
热成形阶段：
从启动加热装置至温度达到气胀成形温度前均为热成形阶段；当加热时，热成形模具的体积线膨胀量对零件毛料内表面产生压力，使之塑性变形，如图4所示。
气胀成形阶段：
当温度达到气胀成形温度时为气胀成形阶段。
气胀成形温度：根据零件毛料的不同钛合金材料及厚度在880℃～920℃进行选择；
当温度达到气胀成形温度时，进行气胀成形；该成形过程为：0.1MPa，120s→0.2MPa，120s→0.5MPa，60s→1MPa，300s→保持1MPa压力完成气胀成形过程。
如图2所示，所述的气胀成形和热成形复合成形方法所采用的装置，包括上端具有上卡槽10的锥筒形热成形模具2，在所述热成形模具2的上方设置有下端具有下卡槽3的气胀成形模具5，热成形模具2与气胀成形模具5通过热成形模具2的上卡槽10和气胀成形模具5的下卡槽3连接为一体；在所述气胀成形模具5的中部设置有通槽6，在气胀成形模具5的上方设置有模具上盖8，所述热成形模具2的上卡槽10与气胀成形模具5的下卡槽3之间为气囊下卡槽1，所述模具上盖8与气胀成形模具5上端之间为气囊上卡槽7；在所述气囊上卡槽7和气囊下卡槽1内设置有气囊9，气囊9与设置在气胀成形模具5通槽6内的通气管路4相连通。
所述热成形模具2的材料选择热线胀系数大于零件热线胀系数的材料，如：ZCr25Ni20；所述气胀成形模具5的材料选择热线胀系数小于零件热线胀系数的材料。所述通气管路4、气囊9、锁紧楔块13、桩12和销11的材料选择1Cr18Ni9Ti；所述模具上盖8的材料选择Cr25Ni20。
为了防止模具上盖8在成形过程中窜动，所述模具上盖8与气胀成形模具5之间通过销11、桩12及锁紧楔块13固定连接在一起。
所述热成形模具2与气胀成形模具5通过热成形模具2的上卡槽10和气胀成形模具5的下卡槽3以焊接的方式连接在一起。
Claims (4)
1.一种气胀成形和热成形复合成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将零件毛料预弯曲焊接成锥筒形结构；
步骤二：将气囊的下端放置在热成形模具的上卡槽与气胀成形模具的下卡槽之间的气囊下卡槽内；
步骤三：将零件毛料套放在锥筒形热成形模具的外表面上；
步骤四：将模具上盖放置在气胀成形模具的上方，并通过锁紧楔块锁紧模具上盖；
步骤五：将完成步骤四所述工序后的工装零件吊装到气胀成形炉工作台上，并接通气囊与外部通气管路，关闭炉门，启动加热装置；
步骤六：进行零件的热成形；
步骤七：当达到气胀成形温度时，按照气胀成形工艺进行气胀成形；
步骤八：完成气胀成形工艺过程后，待工装零件冷却后，取出工装零件；
步骤九：按照装配工装零件的相反顺序拆卸零件；
所说零件为航空发动机钛合金中厚板大型复杂结构件。
2.权利要求1所述的气胀成形和热成形复合成形方法所采用的装置，其特征在于包括上端具有上卡槽的锥筒形热成形模具，在所述热成形模具的上方设置有下端具有下卡槽的气胀成形模具，热成形模具与气胀成形模具通过热成形模具的上卡槽和气胀成形模具的下卡槽连接为一体；在所述气胀成形模具的中部设置有通槽，在气胀成形模具的上方设置有模具上盖，所述热成形模具的上卡槽与气胀成形模具的下卡槽之间为气囊下卡槽，所述模具上盖与气胀成形模具上端之间为气囊上卡槽；在所述气囊上卡槽和气囊下卡槽内设置有气囊，气囊与设置在气胀成形模具通槽内的通气管路相连通。
3.根据权利要求2所述的气胀成形和热成形复合成形方法所采用的装置，其特征在于所述热成形模具的材料选择热线胀系数大于零件热线胀系数的材料，所述气胀成形模具的材料选择热线胀系数小于零件热线胀系数的材料。
4.根据权利要求2所述的气胀成形和热成形复合成形方法所采用的装置，其特征在于所述模具上盖与气胀成形模具之间通过销、桩及锁紧楔块固定连接在一起。
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