CN104213059A - 钛合金双层曲面翼板零件热处理变形控制方法 - Google Patents

Abstract

钛合金双层曲面长缘条零件热处理变形控制方法，所述零件由薄壁曲面状的上层翼板、下层翼板以及贯穿双层曲面翼板中心的立筋组成，有一个变形控制夹具，该夹具含有夹具本体、固定在夹具本体上的定位平台，压紧块和上层翼板的支撑定位板，将零件置于定位平台的上表面，零件的立筋嵌入定位平台之间的立筋避让槽内，将变形控制夹具和零件一起进行热处理后再将零件与变形控制夹具分离即可。

Description

钛合金双层曲面翼板零件热处理变形控制方法

技术领域

本申请属于飞机零件热处理领域，涉及一种解决飞机钛合金双层曲面翼板零件热处理变形控制方法。 

背景技术

在飞机制造中，有很多的双层曲面翼板类机加件，这些零件的毛料状态大多为Ti-6Al-4V锻件，其结构单薄，形状为在双层曲面翼板上、下都有立筋。随着飞机技术的不断发展，在一些大飞机中，这些双层曲面翼板类零件长度更长，形状复杂，曲率变化大且壁薄。加工这些双层曲面翼板类零件的理论外型面和立筋面需进行多次数控加工，分别为数控粗铣，半精铣，精铣等多道工序。 

在钛合金双层曲面翼板类机加件的机械加工生产中会产生极大的内应力，这些内应力会造成零件严重变形或者在零件装机服役中导致应力腐蚀断裂。零件产生变形很难校正，其工作量大，工时长；有时变形太大，会造成零件超差或开裂而报废，这不仅给科研生产造成巨大的经济损失并且影响生产进度。因此，在机械加工过程中需要对零件进行多次的去应力退火热处理将零件存在的内应力消除。 

去应力退火热处理是将工件加热到适当温度，保温一定时间后再冷却至室温的工艺方法。存在内应力的机加件在去应力退火热处理过程中内应力释放会产生变形。热处理是一个从加热到冷却的过程，零件会发生体积和显微金相组织的变化，产生热应力和组织应力不可避免，零件因此产生的变形也是不可避免，而且零件越大，形状越复杂， 其变形也就越大越严重，较大的变形使机械加工校正非常困难，甚至造成零件报废。对于形状复杂不规则，曲率变化大、体积大且壁薄的双层曲面类零件，特别是要控制多个精度面的变形时，实在时缺乏经验。 

随着现代飞机对制造技术精度要求的提高，采用控制变形的专用工装作为约束来限制和矫正零件在热处理过程中的变形成为势在所趋。所以，热处理变形控制专用工装应运而生。此类工装与普通的机加工装不同，要多次反复在高温加热然后冷却的冷热循环状态下工作，会出现热胀冷缩，自身也将面临着冷热变形的问题。因此，热处理变形控制专用工装要结合零件的结构特点，如何在保证工装自身结构稳定的情况下，还要起到控制产品零件变形的作用，这是当前面临的难题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够很好控制双层曲面翼板零件多个精度面的热处理变形控制的方法，特别是对于形状复杂、不规则、曲率变化大、体积大且壁薄的钛合金双层曲面翼板零件。 

钛合金双层曲面长缘条零件热处理变形控制方法，所述零件由薄壁曲面状的上层翼板、下层翼板以及贯穿双层曲面翼板中心的立筋组成，已知零件的理论外形，其特征在于包括一个变形控制夹具，该夹具含有夹具本体、固定在夹具本体上的定位平台，压紧块和上层翼板的支撑定位板，所述的定位平台的上表面具有与零件下层曲面翼板下表面相同的理论外形，该定位平台由左、右平台组成，分别对应零件 立筋两则的左右翼板，左、右平台之间形成零件的立筋避让槽，定位平台上设有通风孔，该通风孔通过夹具本体连通外界，将零件置于定位平台的上表面，零件的立筋嵌入定位平台之间的立筋避让槽内，所述的压紧块通过连接件固定在夹具本体的两侧，压紧块的一端压接在零件下层曲面翼板的上表面，压紧块的另一端与楔形块配合压紧，上层翼板的定位是由左右两个支撑定位板组成，支撑定位板的上表面具有与上层翼板的下表面相同的理论外形，支撑定位板的两端通过支撑垫块和定位销固定在夹具本体的两端，将变形控制夹具和零件一起进行热处理后再将零件与变形控制夹具分离即可。 

本发明的优点是： 

(1)本发明采用一套工装控制钛合金双层曲面翼板零件多个精度面的热处理变形，节约成本，提高效率。 

(2)本发明中应用楔形块和压紧块的组合来压紧零件，改变了以往用螺栓压板压紧零件时，热处理后，螺栓拧不下来，导致产品从工装上无法取下的难题。夹具结构合理，制造使用方便。 

(3)夹具根据零件的理论外形精加工制造，还具有对零件的校形功能。 

以下结合实施例图对本申请做进一步详细描述： 

附图说明

图1为飞机双层曲面零件结构示意 

图2为产品右左视图 

图3为飞机双层曲面零件热处理变形控制示意图； 

图4为图3的断面结构示意图 

图中编号说明：1零件、2下层翼板、3上层翼板、4立筋、5工艺耳片、6夹具本体、7左定位平台、8右定位平台、9左支撑定位板、10右支撑定位板、11压紧块、12连接销、13楔形块、14支撑垫块、15定位销、16立筋避让槽、17通风孔 

具体实施方式

参见附图，实施例中的零件1是某型号飞机中的钛合金双层曲面翼板类零件，该零件的材料为Ti-6Al-4V自由锻件。如图1所示，零件长约1米，壁厚和筋厚为5mm,并且该零件不同于一般缘条零件，一般缘条零件为一个曲面上长有立筋，而该零件为上下两层曲面上长有立筋。该零件需要控制变形的面，包括下层翼板的上下表面以及下翼板的下表面，都为精度面，已知该零件的设计理论外形数据。 

为了控制该零件在热处理过程中的变形，本发明公开了如图3所示的控制方法，首先必须要有一个变形控制夹具，该夹具含有夹具体6，所述的夹具本体的外形大于零件的长度和宽度，夹具体的上表面中部还设有零件对应部位的立筋避让槽16，所述的定位平台的上表面具有与零件下层曲面翼板下表面相同的理论外形，该定位平台由左定位平台7和右定位平台8组成，分别对应零件立筋两则的左右翼板，左、右定位平台之间形成零件的立筋避让槽16，定位平台上设有通风孔17，如图2所示，该通风孔通过夹具本体连通外界，将零件1置于定位平台的上表面，零件的立筋4的下端嵌入定位平台之间的立筋避让 槽内，所述的压紧块11通过连接销12固定在夹具本体6的两侧，压紧块11的一端压接在零件下层翼板2的上表面，压紧块的另一端与楔形块13配合压紧，上层翼板3的定位是由左右两个支撑定位板组成，左支撑定位板9的上表面具有与上层左侧翼板的下表面相同的理论外形，右支撑定位板10的上表面具有与上层右侧翼板的下表面相同的理论外形，支撑定位板的两端分别通过支撑垫块14和定位销15固定在夹具本体6的两端，将变形控制夹具和零件一起进行热处理后再将零件与变形控制夹具分离即可。 

本发明对四个定位面的具体变形控制的优势如下： 

(1)左定位平台7和右定位平台8定位零件下层翼板的理论外形，左支撑定位板9和右支撑定位板10支撑定位零件上层翼板的理论外形，很好的控制产品理论外形面的变形。 

(2)压紧块11通过楔形块13来压紧零件，并在夹具体6上沿长度方向两侧每隔360mm设一个压紧块11和楔形块13，控制零件热处理时的变形。 

(3)由于产品零件双层曲面的上下都长有立筋，所以产品零件在工装上定位时，必须避让开双层曲面的上下立筋。所以在设置定位平台时，在两个分开的左右定位平台之间留了和产品零件下立筋曲率相近的避让槽。由于产品的下立筋比较高，为了产品零件的下立筋和夹具体6不干涉，为此在夹具体6上也开有和产品零件下立筋曲率相近的避让槽。 

(4)本发明采用左右定位平台、左右支撑定位板的上端型面定位 零件，通过连接销12、压紧块11和楔形块13的组合来压紧零件，这样该控制夹具不但有定位夹紧作用，而且还有保形和校形的作用。 

Claims (1)

1.钛合金双层曲面长缘条零件热处理变形控制方法，所述零件由薄壁曲面状的上层翼板、下层翼板以及贯穿双层曲面翼板中心的立筋组成，已知零件的理论外形，其特征在于包括一个变形控制夹具，该夹具含有夹具本体、固定在夹具本体上的定位平台，压紧块和上层翼板的支撑定位板，所述的定位平台的上表面具有与零件下层曲面翼板下表面相同的理论外形，该定位平台由左、右定位平台组成，分别对应零件立筋两则的左右翼板，左、右定位平台之间形成零件的立筋避让槽，定位平台上设有通风孔，该通风孔通过夹具本体连通外界，将零件置于定位平台的上表面，零件的立筋嵌入定位平台之间的立筋避让槽内，所述的压紧块通过连接销固定在夹具本体的两侧，压紧块的一端压接在零件下层曲面翼板的上表面，压紧块的另一端与楔形块配合压紧，上层翼板的定位是由左右两个支撑定位板组成，支撑定位板的上表面具有与上层翼板的下表面相同的理论外形，支撑定位板的两端通过支撑垫块和定位销固定在夹具本体的两端，将变形控制夹具和零件一起进行热处理后再将零件与变形控制夹具分离即可。