CN103028903B - 一种钛合金阻尼套的热成型方法及夹具 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金阻尼套的热成型方法及夹具。所述钛合金阻尼套的热成型方法是利用材料热校型原理，首先将下料制成的板料状工件在冷态下进行装夹预成型；然后将预成型工件装入真空炉内，在热态600～650℃保温2～3小时的条件下进行热定型处理，由于在该温度范围内钛合金材料软化，同时工件装夹弯曲时的冷态装夹应力得以消除，材料的高温软化效应使工件形状在冷却后固定，卸掉夹具后零件变成细长筒状，实现了通过冷加工的方式滚圆成形钛合金阻尼套。
Description
技术领域
本发明属于热处理定型技术，具体是一种钛合金阻尼套的热成型方法及夹具。
背景技术
原发动机阻尼套采用镍基高温合金GH4169制造，其成型技术是通过冷加工滚圆成型。此阻尼套将材料改为钛合金TC4,且结构长，壁厚薄，结构新颖，并安装于大飞机用发动机。因其具有直径小（φ=133mm）、轴径长（L=665mm）、壁厚薄（d=0.5mm）等特点，TC4钛合金材料弹性大，冷加工成形回弹大，通过三轴滚床滚圆后，工件衮弯形状在工件取下时又反弹回板状，因此无法通过冷加工滚圆成形。
在公开号为CN102321796A的发明申请中公开了一种金属材料密封环淬火过程中的热定型夹具及热定型方法。该方法通过上下盖板定型已加工成基础形状的工件，所定型的工件是在已加工成圆环形的基础形状（开口金属环和闭口金属环）的前提下，采用材料淬火、回火工艺定型零件及零件开口尺寸，其工艺是通过淬火过程完成工件定型，在定型工艺过程中首先必须保证材料的硬度等各项性能在定型后合格，其零件为金属密封环，零件特征为外径方向尺寸远大于零件的高度和厚度。现申报专利为在零件未有基础形状，为板料的特征下进行定型，是通过工装使工件先成形再通过热处理定型来实现，且最终定型的零件特征为细长圆筒形状，零件轴向长度L=665mm，远大于圆筒的直径133mm，并且采用消除应力温度为定型温度，不影响材料性能，定型对材料性能无风险。公开号为CN102321796A的发明适用有形的工件，不适用于无基础形状的圆筒形工件的成形。
发明内容
为克服现有技术中存在的无法通过冷加工滚圆成形钛合金阻尼套的不足，本发明提出了一种钛合金阻尼套的热成型方法及夹具。
本发明所述钛合金阻尼套的热成型方法的具体步骤是：
步骤1、准备坯料：通过下料冲孔、切边，制成阻尼套的坯料。对所述坯料用丙酮清洗干净。
步骤2、阻尼套预成形：通过夹具实现阻尼套预成形。将得到的坯料装夹到清洗干净的夹具上。大固定套放置在成形套筒1的底端面径向凸出的工件座的上表面，将坯料安放在大固定套和成形套筒中间，坯料下端面安放在成形套筒底端面径向凸出的工件座上表面。将坯料弯曲成筒形，紧固螺栓的螺杆从大固定套的螺孔内穿过后拧紧螺母，将大固定套夹紧在成形套筒上，小固定环装夹在坯料上端，紧固螺栓的螺杆从小固定环的螺孔内穿过后拧紧螺母，至此完成阻尼套的预成形。将预成形的阻尼套吊装入真空炉内进行热定型处理。
步骤3、热处理成形：所述热处理成形的具体过程是：
装炉：将预成形的阻尼套放入真空热处理炉内，平放在托架上，将测量温度的热电偶支贴紧工装放置在预成形的阻尼套旁，并使热电偶与预成形的阻尼套之间的距离为10mm。
抽真空：对真空炉抽真空至6.65×10-2Pa时，以5～10℃/分的升温速率将阻尼套加热至400℃。以3℃/分的升温速率将预成形的阻尼套升温至600～650℃。在600～650℃保温2～3小时，使该预成形的阻尼套充分软化，并成形为圆筒状有开口的阻尼套。
步骤4，定型。通过冷却的方式使成形的阻尼套定型。所述预成形的阻尼套随炉真空冷却到300℃。向真空炉内充入氩气，并通过风扇将工件冷到80℃。取出安装工件的夹具空冷到室温，得到热成形的钛合金阻尼套。所述氩气的压力为0.8～1.0bar，氩气的纯度为99.99%。
本发明还提出了一种用于所述钛合金阻尼套的热成形方法的夹具，包括成形套筒、大固定套和小固定环，其特征在于，小固定环套装在成形套筒外表面上端，大固定套套装在成形套筒外表面下端。所述成形套筒的外径与所成形工件的内径相同。
在所述成形套筒上端的外圆周表面为与所成形工件的内圆表面的阶梯相对应的阶梯状。
所述大固定套的内径与所成形工件的外径相同。并且在大固定套圆周上有沿该大固定套2轴向延伸的开口；该所述开口的宽度根据所成形工件开口的尺寸确定，并且开口的宽度略小于工件开口的宽度；所述开口的宽度略小于工件开口的宽度。
所述小固定环的内径与所成形工件收口处的外径相同。并且在小固定环圆周上有沿该小固定环轴向延伸的开口；所述开口的宽度略小于工件开口的宽度。
本发明用于解决薄壁钛合金阻尼套的开口尺寸定型工艺，确保阻尼套的开口尺寸及形状能够满足使用要求。本发明利用材料热校型原理，首先将下料制成的板料状工件在冷态下进行装夹预成型；然后将预成型工件装入真空炉内，在热态600～650℃保温2～3小时的条件下进行热定型处理，由于在该温度范围内钛合金材料软化，同时工件装夹弯曲时的冷态装夹应力得以消除，材料的高温软化效应使工件形状在冷却后固定，卸掉夹具后零件变成细长筒状。
附图说明
图1是夹具的结构示意图，其中，图1a是主视图，图1b是图1a的A－A向视图；
图2是成形套筒的结构示意图，其中，图2a是主视图，图2b是图2a的俯视图；
图3是大固定套的结构示意图，其中，图3a是主视图，图3b是图3a的俯视图；
图4是小固定环的结构示意图，其中，图4a是主视图，图4b是图4a的俯视图；
图5是经过最终热定型后的工件实物图。图中：
1.成形套筒 2.大固定套 3.工件 4.提手 5.小固定环
具体实施方式
实施例1
本实施例是一种钛合金阻尼套的热成形方法，所成形的钛合金阻尼套为圆筒状，其上端有收口，使该钛合金阻尼套的外形呈瓶状。成形所述钛合金阻尼套的板料为网状矩形薄板，其长度为655mm、宽度为397mm、厚度为0.5mm。
具体步骤是：
步骤1、准备坯料：通过下料冲孔、切边，制成阻尼套的坯料。所述坯料为网状矩形薄板，其长度为655mm、宽度为397mm、厚度为0.5mm。对所述坯料用丙酮清洗干净，以防止零件被污染，便于热处理后能得到洁净光亮的表面状态。
步骤2、阻尼套预成形：通过夹具实现阻尼套预成形。将得到的坯料装夹到清洗干净的夹具上。大固定套2放置在成形套筒1的底端面径向凸出的工件座的上表面，将坯料3安放在大固定套2和成形套筒1中间，坯料3下端面安放在成形套筒1底端面径向凸出的工件座上表面。将坯料3弯曲成筒形，紧固螺栓的螺杆从大固定套2的螺孔内穿过后拧紧螺母，将大固定套2夹紧在成形套筒1上，小固定环5装夹在坯料上端，紧固螺栓的螺杆从小固定环5的螺孔内穿过后拧紧螺母，至此完成阻尼套的预成形。将预成形的阻尼套吊装入真空炉内进行热定型处理。
步骤3、热处理成形：所述热处理成形的具体过程是：
装炉：将预成形的阻尼套放入真空热处理炉内，平放在托架上，将测量温度的2支热电偶放置在预成形的阻尼套旁，并使热电偶与预成形的阻尼套之间的距离为10mm。
抽真空：对真空炉抽真空至6.65×10-2Pa时，开始以5℃/分的升温速率将该真空炉的炉温升至400℃并保温，使位于炉内的预成形的阻尼套的温度达到400℃。以3℃/分的升温速率将炉温升到600～650℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到600～650℃。在600～650℃保温2～3小时，使该预成形的阻尼套充分软化，并成形为圆筒状有开口的阻尼套。本实施例中，以3℃/分的升温速率将炉温升到650℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到650℃。在650℃保温3小时。
步骤4，定型。通过冷却的方式使成形的阻尼套定型。所述预成形的阻尼套随炉真空冷却到300℃。向真空炉内充入氩气，所述氩气的压力为0.8～1.0bar，氩气的纯度为99.99%。在向真空炉内充入氩气时，通过风扇将工件冷到80℃。打开炉门取出安装工件的夹具空冷到室温。卸掉工装，得到热成形的钛合金阻尼套。本实施例中，所述预成形的阻尼套随炉真空冷到300℃，氩气的压力为0.8bar。
经测量，本实施例所成形的工件满足设计要求。
实施例2：
本实施例是一种钛合金阻尼套的热成形方法，所成形的钛合金阻尼套为圆筒状，其上端有收口，使该钛合金阻尼套的外形呈瓶状。
步骤1、准备坯料：通过下料冲孔、切边，制成阻尼套的坯料。所述坯料为网状矩形薄板，其长度为655mm、宽度为397mm、厚度为0.5mm。对所述坯料用丙酮清洗干净，以防止零件被污染，便于热处理后能得到洁净光亮的表面状态。
步骤2、阻尼套预成形：通过夹具实现阻尼套预成形。将得到的坯料装夹到清洗干净的夹具上。大固定套2放置在成形套筒1的底端面径向凸出的工件座的上表面，将坯料3安放在大固定套2和成形套筒1中间，坯料3下端面安放在成形套筒1底端面径向凸出的工件座上表面。将坯料3弯曲成筒形，紧固螺栓的螺杆从大固定套2的螺孔内穿过后拧紧螺母，将大固定套2夹紧在成形套筒1上，小固定环5装夹在坯料上端，紧固螺栓的螺杆从小固定环5的螺孔内穿过后拧紧螺母，至此完成阻尼套的预成形。将预成形的阻尼套吊装入真空炉内进行热定型处理。
步骤3、热处理成形：所述热处理成形的具体过程是：
装炉：将预成形的阻尼套放入真空热处理炉内，平放在托架上，将测量温度的3支热电偶放置在预成形的阻尼套旁，并使热电偶与预成形的阻尼套之间的距离为10mm。
抽真空：对真空炉抽真空至6.65×10-2Pa时，开始以10℃/分的升温速率将该真空炉的炉温升至400℃并保温，使位于炉内的预成形的阻尼套的温度达到400℃。以6℃/分的升温速率将炉温升到600～650℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到600～650℃。在600～650℃保温2～3小时，使该预成形的阻尼套充分软化，并成形为圆筒状有开口的阻尼套。本实施例中，以6℃/分的升温速率将炉温升到650℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到650℃。在650℃保温2小时。
步骤4，定型。通过冷却的方式使成形的阻尼套定型。所述预成形的阻尼套随炉真空冷却到260℃。向真空炉内充入氩气，所述氩气的压力为0.8～1.0bar，氩气的纯度为99.99%。在向真空炉内充入氩气时，通过风扇将工件冷到80℃。打开炉门取出安装工件的夹具空冷到室温。卸掉工装，得到热成形的钛合金阻尼套。本实施例中，所述预成形的阻尼套随炉真空冷到260℃。氩气的压力为0.8～1.0bar。
经测量，本实施例所成形的工件满足设计要求。
实施例3：
本实施例是一种钛合金阻尼套的热成形方法，所成形的钛合金阻尼套为圆筒状，其上端有收口，使该钛合金阻尼套的外形呈瓶状。
步骤1、准备坯料：通过下料冲孔、切边，制成阻尼套的坯料。所述坯料为网状矩形薄板，其长度为655mm、宽度为397mm、厚度为0.5mm。对所述坯料用丙酮清洗干净，以防止零件被污染，便于热处理后能得到洁净光亮的表面状态。
步骤2、阻尼套预成形：通过夹具实现阻尼套预成形。将得到的坯料装夹到清洗干净的夹具上。大固定套2放置在成形套筒1的底端面径向凸出的工件座的上表面，将坯料3安放在大固定套2和成形套筒1中间，坯料3下端面安放在成形套筒1底端面径向凸出的工件座上表面。将坯料3弯曲成筒形，紧固螺栓的螺杆从大固定套2的螺孔内穿过后拧紧螺母，将大固定套2夹紧在成形套筒1上，小固定环5装夹在坯料上端，紧固螺栓的螺杆从小固定环5的螺孔内穿过后拧紧螺母，至此完成阻尼套的预成形。将预成形的阻尼套吊装入真空炉内进行热定型处理。
步骤3、热处理成形：所述热处理成形的具体过程是：
装炉：将预成形的阻尼套放入真空热处理炉内，平放在托架上，将测量温度的4支热电偶放置在预成形的阻尼套旁，并使热电偶与预成形的阻尼套之间的距离为10mm。
抽真空：对真空炉抽真空至6.65×10-2Pa时，开始以6℃/分的升温速率将该真空炉的炉温升至400℃并保温，使位于炉内的预成形的阻尼套的温度达到400℃。以3℃/分的升温速率将炉温升到600～650℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到600～650℃。在600～650℃保温2～3小时，使该预成形的阻尼套充分软化，并成形为圆筒状有开口的阻尼套。本实施例中，以3℃/分的升温速率将炉温升到600℃，并保温至预成形的阻尼套的温度达到600℃。在600℃保温3小时。
步骤4，定型。通过冷却的方式使成形的阻尼套定型。所述预成形的阻尼套随炉真空冷却到200℃。向真空炉内充入氩气，所述氩气的压力为0.8～1.0bar，氩气的纯度为99.99%。在向真空炉内充入氩气时，通过风扇将工件冷到80℃。打开炉门取出安装工件的夹具空冷到室温。卸掉工装，得到热成形的钛合金阻尼套。本实施例中，所述预成形的阻尼套随炉真空冷到200℃。氩气的压力为0.8～1.0bar。
经测量，本实施例所成形的工件满足设计要求。
实施例4
本实施例是一种用于所述钛合金阻尼套的热成形方法的夹具，包括成形套筒1、大固定套2和小固定环5。
成形套筒1采用1Cr18Ni9Ti制成。所述成形套筒1的外径与所成形工件的内径相同。在所述成形套筒1上端的外圆周表面为与所成形工件的内圆表面的阶梯相对应的阶梯状。在所述成形套筒1下端的外圆周表面有径向凸出的工件座，将成形工件的下端面安放在该工件座的上表面。
大固定套2亦采用1Cr18Ni9Ti制成。所述大固定套2的内径与所成形工件的外径相同。并且在大固定套2圆周上有沿该大固定套2轴向延伸的开口，使大固定套的横向剖面呈“C”形。所述开口的宽度根据所成形工件开口的尺寸确定，并且开口的宽度略小于工件开口的宽度。在所述开口的两侧边对称分布有2对连接头。在所述连接头上有同心的连接孔。
该大固定套2的轴向长度与从成形套筒下端的工件座上表面至该成形套筒上端阶梯面下表面之间的长度相同。
小固定环5亦采用1Cr18Ni9Ti制成。所述小固定环的内径与所成形工件收口处的外径相同。
所述小固定环5的内径与所成形工件的外径相同。并且在小固定环5圆周上有沿该小固定环5轴向延伸的开口，使小固定环5的横向剖面呈“C”形。所述开口的宽度根据所成形工件开口的尺寸确定，并且开口的宽度略小于工件开口的宽度。
上述实施例中，所述经过预成形的阻尼套在热处理成形前，坯料为网状板料。经热处理定型之后，零件形状变为细长的筒状结构，钛合金材料在600℃～650℃温度下软化，同时工件装夹弯曲时的冷态装夹应力得以消除，材料的高温软化效应使零件形状在冷却后固定，卸掉夹具后零件形状变为细长的筒状结构。经过最终热定型处理，零件成为开口圆筒状，零件各部位尺寸符合工艺设计要求。
装夹坯料时，使零件与内成形套筒紧密贴合，将外成形套筒内表面与零件表面贴紧，拧紧外固定环紧固螺钉，使其在室温下固定在工装内进行预定型处理，零件开口尺寸的大小变化随夹具内固定环尺寸变形而变化。将装夹好预定型的阻尼套放入真空热处理炉内，进行最终热定型处理，在真空炉中600℃～650℃保温2～3小时，钛合金材料在600℃～650℃温度下软化，同时工件装夹弯曲时的冷态装夹应力得以消除，材料的高温软化效应使零件形状在冷却后固定，卸掉夹具后零件变成细长筒状。
Claims (5)
1.一种钛合金阻尼套的热成型方法，其特征在于，具体步骤是：
步骤1、准备坯料：通过下料冲孔、切边，制成阻尼套的坯料；对所述坯料用丙酮清洗干净；
步骤2、阻尼套预成形：通过夹具实现阻尼套预成形；将得到的坯料装夹到清洗干净的夹具上；大固定套放置在成形套筒的底端面径向凸出的工件座的上表面，将坯料安放在大固定套和成形套筒中间，坯料下端面安放在成形套筒底端面径向凸出的工件座上表面；将坯料弯曲成筒形，紧固螺栓的螺杆从大固定套的螺孔内穿过后拧紧螺母，将大固定套夹紧在成形套筒上，小固定环装夹在坯料上端，紧固螺栓的螺杆从小固定环的螺孔内穿过后拧紧螺母，至此完成阻尼套的预成形；将预成形的阻尼套吊装入真空炉内进行热定型处理；
步骤3、热处理成形：所述热处理成形的具体过程是：
装炉：将预成形的阻尼套放入真空热处理炉内，平放在托架上，将测量温度的热电偶贴紧工装放置在预成形的阻尼套旁，并使热电偶与预成形的阻尼套之间的距离为10mm；
抽真空：对真空炉抽真空至6.65×10-2Pa时，以5～10℃/分的升温速率将阻尼套加热至400℃；以3～6℃/分的升温速率将预成形的阻尼套升温至600～650℃；在600～650℃保温2～3小时，使该预成形的阻尼套充分软化，并成形为圆筒状有开口的阻尼套；
步骤4，定型；通过冷却的方式使成形的阻尼套定型；所述预成形的阻尼套随炉真空冷却到300～200℃；向真空炉内充入氩气，并通过风扇将工件冷到80℃；取出安装工件的夹具空冷到室温，得到热成形的钛合金阻尼套；所述氩气的压力为0.8～1.0bar，氩气的纯度为99.99％。
2.一种用于所述钛合金阻尼套的热成型方法的夹具，其特征在于，包括成形套筒、大固定套和小固定环，其特征在于，小固定环套装在成形套筒外表面上端，大固定环套装在成形套筒外表面下端；所述成形套筒的外径与所成形工件的内径相同。
3.如权利要求2所述用于钛合金阻尼套的热成型的夹具，其特征在于，在所述成形套筒上端的外圆周表面为与所成形工件的内圆表面的阶梯相对应的阶梯状。
4.如权利要求2所述用于钛合金阻尼套的热成型的夹具，其特征在于，所述大固定套 的内径与所成形工件的外径相同；并且在大固定套圆周上有沿该大固定套轴向延伸的开口；该所述开口的宽度根据所成形工件开口的尺寸确定，并且开口的宽度略小于工件开口的宽度。
5.如权利要求2所述用于钛合金阻尼套的热成型的夹具，其特征在于，所述小固定环的内径与所成形工件收口处的外径相同；并且在小固定环圆周上有沿该小固定环轴向延伸的开口；所述开口的宽度略小于工件开口的宽度。
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