CN104175071A - 复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具 - Google Patents

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王大刚
贾春莉
祝世强
李�杰
李海峰
王景苑
郑纯平
贺飞
马超
李钢
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides

Abstract

本发明提供一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具，其包括如下步骤：(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂；(b)加热成形；(c)去除氧化皮；(d)去除工艺余量。所述的电缆罩封头模具包括凸模和凹模两部分，所述的凸模材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构。按照本发明方法及模具能够成形出高精度的电缆罩类钛合金构件，而且能为其它钛合金构件的高精度成形提供参考。

Description

复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具
技术领域
本发明属于一种钛合金材料的热成形技术，具体涉及一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具。
背景技术
电缆罩类零件型面较复杂，如图1所示，尤其电缆罩封头类零件成形困难，铝合金电缆罩封头一般采用落锤冷成形，通过多次成形及合理的热处理制度消除加工硬化最终保证零件型面。钛合金具有比强度高、高温性能好、耐腐蚀、焊接性能好等特点，且密度小，越来越多的替代铝合金、不锈钢应用于航空航天领域，以减轻飞行器重量，提高其飞行速度。但是常温下钛合金屈服强度高，成形困难，屈服强度与弹性模量比值大，零件成形后回弹严重，国内外一般利用加热成形的方式来制造钛合金钣金零件，不能通过落锤多次成形保证零件型面。
钛合金加热成形温度高达700℃，在此高温下，模具与常温下情况完全不同，再加上电缆罩类零件结构复杂，因此成形较困难，容易出现褶皱及破裂等缺陷，零件尺寸精度难以保证，不能满足尺寸精度要求较高场合的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具，该方法能有效地解决复杂钛合金电缆罩封头成形困难，型面精度难以控制的问题。
实现本发明目的的技术方案：一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其包括如下步骤：
(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂：在板料表面涂覆一层钛合金热成型保护涂料，所述的钛合金热成型保护涂料采用Ti-1或Ti-2；待钛合金热成型保护涂料干透后，再均匀涂覆一层润滑剂，所述的润滑剂采用石墨水剂；
(b)加热成形：电缆罩封头模具包括凸模和凹模两部分，在热成形设备中将模具加热到690℃～710℃，然后用机械手将步骤所得板料放置入凸模和凹模之间并进行定位，预热10分钟后进行成形，成形压力180kN～200kN；成形完毕，取出所得电缆罩封头零件放在隔热棉上自然空冷至室温；
(c)去除氧化皮：采用碱崩的方法去除步骤(b)所得电缆罩封头零件表面的氧化皮；
(d)去除工艺余量：用水切割或电火花线切割的方式去除电缆罩封头零件工艺余量，切割出符合尺寸要求的电缆罩封头零件外形。
如上所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其所述的电缆罩封头壁厚1～2mm，材料为TC4钛合金。
如上所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其步骤(c)所述的碱为5％～10％的氢氧化钠。
本发明所述的复杂钛合金电缆罩封头热成形方法用模具，其所述的电缆罩封头模具包括凸模和凹模两部分，所述的凸模材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构；凸模和凹模的底部位置间隙与板料厚度相同，凸模和凹模的端部位置间隙为板料厚度的1.2倍，其余部位间隙为板料厚度的1.1倍。
如上所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法用模具，其所述凸模和凹模侧面的粗糙度精度为6.3；球面与法兰边的圆角位置的粗糙度精度为3.2。
本发明的效果在于：本发明所述的复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具，阐述了电缆罩类钛合金构件的热成形工艺流程及各工艺参数，按照本发明所提供的方法，能够设计出合格的热成形模具，尺寸精度达±0.2mm，壁厚均匀，减薄率控制在10％以内，并能够成形出高精度的电缆罩类钛合金构件，而且能为其它钛合金构件的高精度成形提供参考。
附图说明
图1为电缆罩封头示意图；
图2为电缆罩封头模具示意图；
图3为下料尺寸图。
图4为凸模结构示意图；
图5为凹模结构示意图。
图中：1.凸模；2.板料；3.凹模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法及其模具作进一步描述。
实施例1
采用热成形方法成形某型号电缆罩封头，如图1所示，壁厚1mm，材料为TC4钛合金。该方法包括以下步骤：
下料尺寸如图3所示，可借助有限元分析软件，输入不同的毛料尺寸进行模拟分析，然后对比不同的模拟结果，选取成形过程不出现起皱、破裂，并且壁厚相对均匀的毛料。
(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂：在板料2表面涂覆一层钛合金热成型保护涂料，以防止高温下零件氧化严重；所述的钛合金热成型保护涂料采用Ti-1。待钛合金热成型保护涂料干透后，再均匀涂覆一层润滑剂，用以增加成形过程中板料流动性，防止端头顶点过度减薄。所述的润滑剂采用石墨水剂。
(b)加热成形：如图2所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分，如图2所示，在热成形设备中将模具加热到700℃，然后用机械手将步骤(a)所得板料2放置入凸模1和凹模3之间并进行定位，预热10分钟后进行成形，成形压力190kN。成形完毕，取出所得电缆罩封头零件放在隔热棉上自然空冷至室温。
(c)去除氧化皮：经热成形的电缆罩封头零件表面会有一层氧化皮，氧化皮的厚度随加热温度和加热时间变化。采用碱崩方法去除电缆罩封头零件表面的氧化皮(所述的碱为7％的氢氧化钠)。
(d)去除工艺余量：用水切割或电火花线切割的方式去除电缆罩封头零件工艺余量，切割出符合尺寸要求的电缆罩封头零件外形。
如图4和图5所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分；所述的凸模1材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模3材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构。凸模1和凹模3的底部位置间隙与板料2厚度相同，凸模1和凹模3的端部位置间隙为板料2厚度的1.2倍，其余部位间隙为板料2厚度的1.1倍。凸模1和凹模3侧面的粗糙度精度为6.3；球面与法兰边的圆角位置的粗糙度精度为3.2。
实施例2
采用热成形方法成形某型号电缆罩封头，如图1所示，壁厚2mm，材料为TC4钛合金。该方法包括以下步骤：
下料尺寸如图3所示，可借助有限元分析软件，输入不同的毛料尺寸进行模拟分析，然后对比不同的模拟结果，选取成形过程不出现起皱、破裂，并且壁厚相对均匀的毛料。
(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂：在板料2表面涂覆一层钛合金热成型保护涂料，以防止高温下零件氧化严重；所述的钛合金热成型保护涂料采用Ti-2。待钛合金热成型保护涂料干透后，再均匀涂覆一层润滑剂，用以增加成形过程中板料流动性，防止端头顶点过度减薄。所述的润滑剂采用石墨水剂。
(b)加热成形：如图2所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分，如图2所示，在热成形设备中将模具加热到710℃，然后用机械手将步骤(a)所得板料2放置入凸模1和凹模3之间并进行定位，预热10分钟后进行成形，成形压力200kN。成形完毕，取出所得电缆罩封头零件放在隔热棉上自然空冷至室温。
(c)去除氧化皮：经热成形的电缆罩封头零件表面会有一层氧化皮，氧化皮的厚度随加热温度和加热时间变化。采用碱崩方法去除电缆罩封头零件表面的氧化皮(所述的碱为10％的氢氧化钠)。
(d)去除工艺余量：用水切割或电火花线切割的方式去除电缆罩封头零件工艺余量，切割出符合尺寸要求的电缆罩封头零件外形。
如图4和图5所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分；所述的凸模1材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模3材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构。凸模1和凹模3的底部位置间隙与板料2厚度相同，凸模1和凹模3的端部位置间隙为板料2厚度的1.2倍，其余部位间隙为板料2厚度的1.1倍。凸模1和凹模3侧面的粗糙度精度为6.3；球面与法兰边的圆角位置的粗糙度精度为3.2。
实施例3
采用热成形方法成形某型号电缆罩封头，如图1所示，壁厚1mm，材料为TC4M钛合金。该方法包括以下步骤：
下料尺寸如图3所示，可借助有限元分析软件，输入不同的毛料尺寸进行模拟分析，然后对比不同的模拟结果，选取成形过程不出现起皱、破裂，并且壁厚相对均匀的毛料。
(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂：在板料2表面涂覆一层钛合金热成型保护涂料，以防止高温下零件氧化严重；所述的钛合金热成型保护涂料采用Ti-1。待钛合金热成型保护涂料干透后，再均匀涂覆一层润滑剂，用以增加成形过程中板料流动性，防止端头顶点过度减薄。所述的润滑剂采用石墨水剂。
(b)加热成形：如图2所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分，如图2所示，在热成形设备中将模具加热到690℃，然后用机械手将步骤(a)所得板料2放置入凸模1和凹模3之间并进行定位，预热10分钟后进行成形，成形压力180kN。成形完毕，取出所得电缆罩封头零件放在隔热棉上自然空冷至室温。
(c)去除氧化皮：经热成形的电缆罩封头零件表面会有一层氧化皮，氧化皮的厚度随加热温度和加热时间变化。采用碱崩或酸洗的方法去除电缆罩封头零件表面的氧化皮。
(d)去除工艺余量：用水切割或电火花线切割的方式去除电缆罩封头零件工艺余量，切割出符合尺寸要求的电缆罩封头零件外形。
如图4和图5所示，电缆罩封头模具包括凸模1和凹模3两部分；所述的凸模1材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模3材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构。凸模1和凹模3的底部位置间隙与板料2厚度相同，凸模1和凹模3的端部位置间隙为板料2厚度的1.2倍，其余部位间隙为板料2厚度的1.1倍。凸模1和凹模3侧面的粗糙度精度为6.3；球面与法兰边的圆角位置的粗糙度精度为3.2。

Claims (5)

1.一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(a)涂覆钛合金热成型保护涂料及润滑剂：在板料(2)表面涂覆一层钛合金热成型保护涂料Ti-1或Ti-2；待钛合金热成型保护涂料干透后，再均匀涂覆一层润滑剂，所述的润滑剂采用石墨水剂；
(b)加热成形：电缆罩封头模具包括凸模(1)和凹模(3)两部分，在热成形设备中将模具加热到690℃～710℃，然后用机械手将步骤(a)所得板料(2)放置入凸模(1)和凹模(3)之间并进行定位，预热10分钟后进行成形，成形压力180kN～200kN；成形完毕，取出所得电缆罩封头零件放在隔热棉上自然空冷至室温；
(c)去除氧化皮：采用碱崩的方法去除步骤(b)所得电缆罩封头零件表面的氧化皮；
(d)去除工艺余量：用水切割或电火花线切割的方式去除电缆罩封头零件工艺余量，切割出符合尺寸要求的电缆罩封头零件外形。
2.根据权利要求1所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其特征在于：所述的电缆罩封头壁厚1～2mm，材料为TC4钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法，其特征在于：步骤(c)所述的碱为5％～10％的氢氧化钠。
4.一种权利要求1所述的复杂钛合金电缆罩封头热成形方法用模具，其特征在于：所述的电缆罩封头模具包括凸模(1)和凹模(3)两部分，所述的凸模(1)材料为中硅钼球墨铸铁；所述的凹模(3)材料为中硅钼球墨铸铁，大端采用封闭结构；凸模(1)和凹模(3)的底部位置间隙与板料(2)厚度相同，凸模(1)和凹模(3)的端部位置间隙为板料(2)厚度的1.2倍，其余部位间隙为板料(2)厚度的1.1倍。
5.根据权利要求4所述的一种复杂钛合金电缆罩封头热成形方法用模具，其特征在于：凸模(1)和凹模(3)侧面的粗糙度精度为6.3；球面与法兰边的圆角位置的粗糙度精度为3.2。
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