CN103060732A - 钛合金超塑性成形加热装置及方法 - Google Patents
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Abstract
为解决现有技术钛合金超塑性成形加热方法存在的耗时长、能源消耗大和生产效率低等问题，本发明提出一种钛合金超塑性成形加热装置及方法。本发明钛合金超塑性成形加热装置，包括，油浸式感应调压器、大电流变压器和夹持装置，电源连接油浸式感应调压器，油浸式感应调压器的输出端连接大电流变压器，大电流变压器的输出端通过连接导线连接夹持装置。本发明钛合金超塑性成形加热装置及方法的有益技术效果是可以迅速高效的对超塑性成形钛合金进行加热，缩短加工周期，提高生产效率，并且，设备结构简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及到一种钛合金超塑性成形技术，特别涉及到一种钛合金超塑性成形加热装置及方法。
背景技术
钛合金材料具有比强度高，耐蚀性好，热稳定性好等一系列优点，但由于该材料弹性模量值低，屈强比大，加工回弹严重，成形加工较困难，在常温下成形时所需的成形力大，易产生开裂、起皱、回弹等缺陷。用常规的冲压、弯曲的加工方法很难加工出所需要的零件。传统方法通过热冲压成形零件，主要存在以下不足： 
钛合金塑性变形温度范围窄，热冲压时由于模具的激冷效应，导致毛胚温度迅速下降，变形抗力大幅增加，成形性能下降。对于该类零件，需要多次加热冲压，利用2~3套模具才能完成，工装投入大，生产效率低。 零件各部分变形不均，特别是凸缘与底面过渡的弯角处容易起皱，而凸缘壁面容易拉裂等，导致局部组织粗大、不均匀，零件精度和表面质量难以保证。③ 无法成形具有负拔模角度的零件。
钛合金超塑性成形技术充分利用钛合金材料在高温（900～950℃）和低应变速率下具有超塑性的特性，采用气压吹胀或真空成形等一类模压成形技术，弥补了传统加工方法的不足，不仅避免了钛合金的严重回弹、开裂等缺陷，而且缩短了加工周期和成本。然而，在钛合金超塑性成形过程中需要将板料加热到高温（900～950℃），现有技术钛合金超塑性成形加热方法采用加热炉将板料和模具一起加热到成形所需的温度然后再进行模压，其加热时间就需要大约十个小时左右。显然，现有技术钛合金超塑性成形加热方法存在着耗时长、能源消耗大和生产效率低等问题。
发明内容
为解决现有技术钛合金超塑性成形加热方法存在的耗时长、能源消耗大和生产效率低等问题，本发明提出一种钛合金超塑性成形加热装置及方法。本发明钛合金超塑性成形加热装置，包括，油浸式感应调压器、大电流变压器和夹持装置，电源连接油浸式感应调压器，油浸式感应调压器的输出端连接大电流变压器，大电流变压器的输出端通过连接导线连接夹持装置。
进一步的，本发明钛合金超塑性成形加热装置的油浸式感应调压器为TDJA-20/0.5型油浸式感应调压。
进一步的，本发明钛合金超塑性成形加热装置的大电流变压器为DDG-20/0.5型大型电压变压器。
进一步的，本发明钛合金超塑性成形加热装置连接夹持装置的连接导线为截面积为300
、长度为2m的铜电缆。
进一步的，本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置包括电缆接头、上夹板、下夹板、紧固螺栓和石墨内衬，其中，上、下夹板均为L型且相向设置并在重合的短边处设置有连接螺栓，在L型上、下夹板靠近转角的长边上设置有紧固螺栓，在L型上、下夹板的长边内侧设置有石墨内衬，外侧设置有电缆接头。
进一步的，本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置的上、下夹板为纯铜制件。
本发明钛合金超塑性成形加热方法，采用本发明钛合金超塑性成形加热装置对超塑性成形的钛合金进行加热，包括：
S1：根据待成形零件的外形尺寸确定坯料平面尺寸，压边部分的宽度为10~20mm；
S2：根据下式计算加热时间：
式中，t为加热到预订温度的时间，C为钛合金材料的比热容，m为钛合金材料的质量，ΔT为预订升高的温度，I为加热电流，R为外电路总电阻；其中，预订加热温度为预订升高的温度ΔT与室温之和，外电路总电阻包括钛合金材料电阻、导线电阻及夹持装置电阻之和；
S3：根据成形压力和加热时间制定“压力-时间”曲线图；所述“压力-时间”曲线图的横坐标为时间t，单位为min，纵坐标为压力P，单位Mpa；图中的曲线标识了达到起始成形温度后不同时间所施加的压力；
S4：在坯料上涂抹防氧化剂和润滑剂，保证成形过程中钛合金材料不被氧化以及变形后坯料厚度分布均匀且易脱模；
S5：模具和坯料压紧密封后，采用真空设备将模腔内抽成真空；并且，将本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置紧固的夹持在坯料上；
S6：开启本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，同时，用红外线测温仪检测温度，当加热温度达到起始成形温度时进气阀门打开，按照“压力-时间”曲线图逐步加压到成形压力，即压力最大值，并保持成形压力35min；
S7：保压结束，关闭本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，释放压力气体，开模后冷却至500℃左右即可脱模取件；
S8：对经高温成形后的零件进行必要的强化处理和表面处理以稳定材料的性能。
本发明钛合金超塑性成形加热装置及方法的有益技术效果是可以迅速高效的对超塑性成形钛合金进行加热，缩短加工周期，提高生产效率，并且，设备结构简单，易于操作。
附图说明
附图1是本发明钛合金超塑性成形加热装置的结构示意图；
附图2是本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置结构示意图；
附图3为本发明钛合金超塑性成形加热装置在实际使用时的示意图；
附图4为本发明钛合金超塑性成形加热方法的“压力-时间”曲线图。
下面结合附图和具体实施方式对本发明钛合金超塑性成形加热装置及方法作进一步的说明。
具体实施方式
附图1是本发明钛合金超塑性成形加热装置的结构示意图，附图2是本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置结构示意图，图中，1为油浸式感应调压器，2为大电流变压器，3连接导线，4为夹持装置，5为夹持装置。由图可知，本发明钛合金超塑性成形加热装置，包括，油浸式感应调压器1、大电流变压器2、连接导线3和夹持装置4，电源连接油浸式感应调压器1，油浸式感应调压器1的输出端连接大电流变压器2，大电流变压器2的输出端通过连接导线3连接夹持装置4。根据经常进行超塑性成形的钛合金材料的大小和成型机的能力，本发明钛合金超塑性成形加热装置所选用的油浸式感应调压器为TDJA-20/0.5型油浸式感应调压，所选用的大电流变压器为DDG-20/0.5型大型电压变压器，所选用的连接导线为截面积为300
2、长度为2m的铜电缆。由于本发明钛合金超塑性成形加热装置是在低电压、大电流的工况下工作，需要保证各个接头的接触良好，因此，本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置包括电缆接头、上夹板、下夹板、紧固螺栓和石墨内衬，其中，上、下夹板均为L型且相向设置并在重合的短边处设置有连接螺栓，在L型上、下夹板靠近转角的长边上设置有紧固螺栓，在L型上、下夹板的长边内侧设置有石墨内衬，外侧设置有电缆接头。并且，夹持装置的上、下夹板为纯铜制件。
附图3为本发明钛合金超塑性成形加热装置在实际使用时的示意图，图中，3连接导线，4为夹持装置，5为夹持装置，12为上模座，13为上模，14为进气孔，15为绝缘层，16为导套，17为下模座，18为排气孔，19为下模，20为导柱，A为大电流加热器；附图4为本发明钛合金超塑性成形加热方法的“压力-时间”曲线图，图中，横坐标为时间t，单位为min，纵坐标为压力P，单位MPa。由图可知，本发明钛合金超塑性成形加热方法，采用本发明钛合金超塑性成形加热装置对超塑性成形的钛合金进行加热，包括：
S1：根据待成形零件的外形尺寸确定坯料平面尺寸，压边部分的宽度为10~20mm；
S2：根据下式计算加热时间：
式中，t为加热到预订温度的时间，C为钛合金材料的比热容，m为钛合金材料的质量，ΔT为预订升高的温度，I为加热电流，R为外电路总电阻；其中，预订加热温度为预订升高的温度ΔT与室温之和，外电路总电阻包括钛合金材料电阻、导线电阻及夹持装置电阻之和；
S3：根据成形压力和加热时间制定“压力-时间”曲线图；所述“压力-时间”曲线图的横坐标为时间t，单位为min，纵坐标为压力P，单位Mpa；图中的曲线标识了达到起始成形温度后不同时间所施加的压力；
S4：在坯料上涂抹防氧化剂和润滑剂，保证成形过程中钛合金材料不被氧化以及变形后坯料厚度分布均匀且易脱模；
S5：模具和坯料压紧密封后，采用真空设备将模腔内抽成真空；并且，将本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置紧固的夹持在坯料上；
S6：开启本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，同时，用红外线测温仪检测温度，当加热温度达到起始成形温度时进气阀门打开，按照“压力-时间”曲线图逐步加压到成形压力，即压力最大值，并保持成形压力35min；
S7：保压结束，关闭本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，释放压力气体，开模后冷却至500℃左右即可脱模取件；
S8：对经高温成形后的零件进行必要的强化处理和表面处理以稳定材料的性能。
显然，本发明钛合金超塑性成形加热装置及方法的有益技术效果是可以迅速高效的对超塑性成形钛合金进行加热，缩短加工周期，提高生产效率，并且，设备结构简单，易于操作。
Claims (7)
1. 一种钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：该装置包括，油浸式感应调压器、大电流变压器、连接导线和夹持装置，电源连接油浸式感应调压器，油浸式感应调压器的输出端连接大电流变压器，大电流变压器的输出端通过连接导线连接夹持装置。
2.根据权利要求1所述钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：油浸式感应调压器为TDJA-20/0.5型油浸式感应调压。
3.根据权利要求1所述钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：大电流变压器为DDG-20/0.5型大型电压变压器。
4.根据权利要求1所述钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：连接导线为截面积为300 
、长度为2m的铜电缆。
5.根据权利要求1所述钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：夹持装置包括电缆接头、上夹板、下夹板、紧固螺栓和石墨内衬，其中，上、下夹板均为L型且相向设置并在重合的短边处设置有连接螺栓，在L型上、下夹板靠近转角的长边上设置有紧固螺栓，在L型上、下夹板的长边内侧设置有石墨内衬，外侧设置有电缆接头。
6.根据权利要求1所述钛合金超塑性成形加热装置，其特征在于：夹持装置的上、下夹板为纯铜制件。
7.一种本发明钛合金超塑性成形加热方法，，其特征在于：采用本发明钛合金超塑性成形加热装置对超塑性成形的钛合金进行加热，包括：
S1：根据待成形零件的外形尺寸确定坯料平面尺寸，压边部分的宽度为10~20mm；
S2：根据下式计算加热时间：
式中，t为加热到预订温度的时间，C为钛合金材料的比热容，m为钛合金材料的质量，ΔT为预订升高的温度，I为加热电流，R为外电路总电阻；其中，预订加热温度为预订升高的温度ΔT与室温之和，外电路总电阻包括钛合金材料电阻、导线电阻及夹持装置电阻之和；
S3：根据成形压力和加热时间制定“压力-时间”曲线图；所述“压力-时间”曲线图的横坐标为时间t，单位为min，纵坐标为压力P，单位Mpa；图中的曲线标识了达到起始成形温度后不同时间所施加的压力；
S4：在坯料上涂抹防氧化剂和润滑剂，保证成形过程中钛合金材料不被氧化以及变形后坯料厚度分布均匀且易脱模；
S5：模具和坯料压紧密封后，采用真空设备将模腔内抽成真空；并且，将本发明钛合金超塑性成形加热装置的夹持装置紧固的夹持在坯料上；
S6：开启本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，同时，用红外线测温仪检测温度，当加热温度达到起始成形温度时进气阀门打开，按照“压力-时间”曲线图逐步加压到成形压力，即压力最大值，并保持成形压力35min；
S7：保压结束，关闭本发明钛合金超塑性成形加热装置电源，释放压力气体，开模后冷却至500℃左右即可脱模取件；
S8：对经高温成形后的零件进行必要的强化处理和表面处理以稳定材料的性能。
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|---|---|---|---|---|
| CN101791651A (zh) * | 2010-02-09 | 2010-08-04 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种板料超塑成形加工方法及其超塑成形气压加载装置 |
| CN102367563A (zh) * | 2011-10-13 | 2012-03-07 | 北京航空航天大学 | 一种钛合金薄壁零件热拉伸蠕变复合成形方法 |
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2012
- 2012-12-10 CN CN2012105248822A patent/CN103060732A/zh active Pending
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