CN104841766A - 钛合金零件的复合热成形模具及使用该模具的热成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钛合金工件热成形领域，特别涉及一种钛合金零件的复合热成形模具，该模具只包括2个分模具，加工特定工件只需2次升温，2次人工操作，减小了模具费用、热成形设备升温费用及人工成本，本发明还公开了使用该模具进行热成形方法，也可减小热成形设备升温费用及人工成本。

Description

钛合金零件的复合热成形模具及使用该模具的热成形方法

技术领域

本发明涉及钛合金工件热成形领域，特别涉及一种钛合金零件的复合热成形模具及使用该模具的热成形方法。

背景技术

“钛合金”，在制造行业的钣金成形中，尤其是钣金热成形中。几乎所有人都谈钛色变。钛合金不但是材料本身的物理和化学性能决定了其在传统模式上的冲压效果难以达到(如抗拉强度高，伸长率小，常温下具有脆性等等不再在此赘述)，更因为其价格昂贵，使用范围有限(多数只应用于航空航天及医疗器械行业其余行业极少接触此类材料)等等因素使之在行内可引以借鉴或者参考的资料和经验极度匮乏，常规成形手段能够收集到的信息也大多数只是停留在理论阶段而缺乏实际操作性，使该材料的成形技术发展极慢。纵观国内钣金制造业，在制造过程中普遍抱怨最多的就是“周期长”和“成本高”，周期长主因为材料的成形性能差及零件成形的复杂曲面而限制了模具材料、模具制造周期、成形工艺手段的各方面指标发挥，使零件的生产效率难以提升。成本高主因为成形钛合金零件的模具材料较普通常规材料单价高且成形钛合金零件所需的热成形设备的升温费高，同时因前两项主因，导致整体生产时间冗长，造成严重的产能消耗。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种减小模具费用、热成形设备升温费用及人工成本的钛合金零件的复合热成形模具。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种钛合金零件的复合热成形模具，其包括：

第一模具，其包括能够相对靠拢/分开的凸模、凹模，所述凸模、凹模间设置有能够与凹模内部配合的、包含若干通孔的第一活动板，所述第一活动板通过顶升装置安装于凸模顶部，所述凸模上表面设置有若干能够穿过所述通孔、并且等高的翻孔柱，所述凹模内设置有与所述翻孔柱顶部配合的凹槽，所述凹模与第一活动板一侧面的配合处设置有使工件翻第一边的第一间隙；

第二模具，其包括能够相对靠拢/分开的下模、上模，所述下模、上模间设置有能够与上模内部配合的、包含若干定位台阶的第二活动板，所述定位台阶与所述翻孔柱横截面尺寸相同，上模内设置有与所述定位台阶配合的凹槽，所述第二活动板通过顶升装置安装于下模顶部设置的翻边槽内，并能够在所述顶升装置的作用下伸出/缩回所述翻边槽，所述上模上与第二活动板间的非扣合侧的侧面与所述第二活动板之间平滑过渡，所述翻边槽与第二活动板之间设置有使工件翻第二边的第二间隙，所述上模与第二活动板扣合处设置第三间隙，所述第三间隙大于第一间隙(所述第二活动板与上模扣合处的翻边位置与定位台阶中心的距离小于所述第一活动板翻边位置与翻孔柱中心的距离)。

本申请模具所加工的零件如图1、2，其材料为钛合金，该零件的左右件是一个典型的以翻边、翻孔为主的成形件，其中分别有两处反向的翻边且一处翻边上有下陷及分别有八处和六处同向翻孔，制造中存在以下技术难点：1)有两处反向翻边，一处翻边为曲边且带有下陷，成形不易控制；2)分别有多处孔内径不同的翻孔，难以精确定位，容易开裂；

按照最常规分模成形方法，分别进行两次翻边和一次翻孔，左右件分别会用到三套模具、三次热成形设备升温进行成形，且根据零件材料需加热后成形的特点，需将模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃，模具也需选用耐高温的材料，凹模、凸模选用中硅钼球墨铸铁，此种模具材料费高、加工难度大,按此种工艺方案，成形左右件共需6套热成形模、6次升温、6次人工操作成本，且6套模具的加工周期很长,极大的增加了模具费用、热成形设备升温费用及人工成本；

按照常规和模成形方法，左右件合模成形，也是分别进行两次翻边和一次翻孔，共用到三套模具、三次热成形设备升温进行成形，模具也选用耐高温的材料，凹模、凸模选用中硅钼球墨铸铁，此种模具材料费高、加工难度大。按此种工艺方案，成形左右件共需3套热成形模、3次升温、3次人工操作成本。极大的增加了模具费用、热成形设备升温费用及人工成本。

与现有技术相比，本申请模具仅为两套(左右件采用合模能成形出状态稳定且合格的零件)，加工时分别加工左、右件，第一模具能够翻孔以及加工出工件上的短的翻边，第二模具能够翻出长边并成形出短翻边的下陷，且对于左右件其中一件的加工过程只需1次升温，1次人工操作，对于左右件，总共2次升温，2次人工操作，减小了模具费用、热成形设备升温费用及人工成本。

作为本发明的优选方案，所述第一活动板上设置有定位销，所述第一模具内的凹模内部设置有能够与定位销配合的销孔，在热成形开始放置工件时起定位作用。

作为本发明的优选方案，所述上模上与第二活动板非扣合侧的侧面与其相邻的所述第二活动板侧面位于同一竖直平面，所述翻边槽内壁位于竖直平面，上模下压过程中和第二活动板配合，继续下压，工件支出活动板长边被翻边槽翻起，完成翻边。

作为本发明的优选方案，所述第二活动板与上模扣合处的翻边位置的面为曲面，所述上模内与该处匹配的内壁也为相同的曲面，两个曲面的间隙宽度为工件所需厚度，该结构能够翻出短边上的曲面。

作为本发明的优选方案，模具材料为中硅钼球墨铸铁，在100°到700°之间线膨胀系数在10.9-14.4之间，500°-700°间线膨胀系数均在14.1-14.4，对于钛合金550-600℃的成形环境，非常适合控制模具上用于成形的间隙宽度。

本申请还公开了一种使用上述模具热成形钛合金工件的方法，其步骤为：

A、将第一模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃；

B、控制所述顶升装置使第一活动板顶面高于所述翻孔柱顶部，将板料放置于所述第一活动板上的预设位置；

C、配合顶升装置，下压凹模，使凹模与第一活动板配合翻出工件短边；

D、配合顶升装置，继续下压凹模，使翻孔柱顶出活动板，完成翻孔；

E、将第二模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃；

F、控制所述顶升装置使第二活动板伸出翻边槽，顶面高于所述翻边槽顶部，将步骤D完成的半成品板料放置在第二活动板上，通过所述定位台阶定位；

G、配合顶升装置，下压上模，使上模与第二活动板配合翻出工件短边上的曲面结构；

H、配合顶升装置，继续下压上模，使第二活动板往下缩回，缩回过程中，所述上模、第二活动板配合所述翻边槽，向上翻出工件长边。

现有技术上述已说，与现有技术相比，本申请模具仅为两套，加工时分别加工左、右件，第一模具能够翻孔以及加工出工件上的短的翻边，第二模具能够翻出长边并成形出短翻边的下陷，该方法为使用该模具的方法，对于左右件其中一件的加工过程只需1次升温，1次人工操作，对于左右件，总共2次升温，2次人工操作，减小了模具费用、热成形设备升温费用及人工成本。

作为本发明的优选方案，步骤C、D、G、H中，成形后保温保压6-10分钟，使成形效果更好。

作为本发明的优选方案，在步骤F中，半成品板料放置在第二活动板前，先在半成品板料上钻出止裂孔，防止步骤G中成形时工件破裂。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

减小模具费用、热成形设备升温费用及人工成本。

附图说明：

图1为本发明实施例加工工件的左件的结构示意图；

图2为本发明实施例加工工件的右件的结构示意图；

图3为本发明第一模具的结构示意图；

图4为本发明第二模具的结构示意图；

图中标记：1-凹模，2-定位销，3-凸模，4-翻孔柱，5-第一活动板，6-上模，7-定位台阶，8-下模，9-第二活动板，10-翻边槽。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

一种钛合金零件的复合热成形模具，其加工的工件如图1、2，材料为TA2，也可为TC1或TC3，模具材料为中硅钼球墨铸铁，也可为1Cr18Ni9Ti或21Cr11Ni25W，其包括：

第一模具，如图3，其包括能够相对靠拢/分开的凸模3、凹模1，所述凸模3、凹模1间设置有能够与凹模1内部配合的、包含若干通孔的第一活动板5，所述第一活动板5通过顶升装置(包括液压顶缸和顶杆，液压顶缸控制顶杆升降，顶杆顶在第一活动板5上)安装于凸模3顶部，所述凸模3上表面设置有若干能够穿过所述通孔、并且等高的翻孔柱4，所述凹模1内设置有与所述翻孔柱4顶部配合的凹槽，所述凹模1与第一活动板5一侧面的配合处设置有使工件翻第一边(这里为短边)的第一间隙，由于模具和工件都需在高温下工作，所以该间隙的尺寸会有改变，需要在最开始制造模具时，按照下标进行实际尺寸的加工，而不是理论的尺寸，表如下；

里面表示的是工件、模具材料的线膨胀系数，模具实际尺寸按以下公式计算出的加工：

$L=\frac{1+A1\mathrm{\ΔT}}{1+A2\mathrm{\ΔT}}\mathrm{LC}$

A1：零件材料的线膨胀系数，A2：模具材料的线膨胀系数，ΔT：成型温度，LC：模具名义尺寸，L：模具实际加工尺寸(该尺寸很重要，要是上述各个膨胀系数没有配合好，那么零件翻边时转角处会造成压伤等缺陷)；

第二模具，如图4，其包括能够相对靠拢/分开的下模8、上模6，所述上模6为向内凹陷的模，所述下模8、上模6间设置有能够与上模6内部配合的、包含若干定位台阶7的第二活动板9，所述定位台阶7与所述翻孔柱4横截面尺寸相同，上模6内设置有与所述定位台阶7配合的凹槽，所述第二活动板9通过顶升装置安装于下模8顶部设置的翻边槽10内，并能够在所述顶升装置的作用下伸出/缩回所述翻边槽10，所述上模6上与第二活动板9非扣合侧的侧面与所述第二活动板9之间平滑过渡，所述翻边槽10与第二活动板9一侧面的配合处设置有使工件翻第二边的第二间隙，所述上模与第二活动板扣合处设置第三间隙，所述第三间隙大于第一间隙，即所述第二活动板9与上模6扣合处的翻边位置与定位台阶7中心的距离小于所述第一活动板5翻边位置与翻孔柱4中心的距离。

本实施例中，所述第一活动板5上设置有定位销2，所述第一模具内的凹模1内部设置有能够与定位销2配合的销孔。

所述上模6上与第二活动板9非扣合侧的侧面与其相邻的所述第二活动板9侧面位于同一竖直平面，所述翻边槽10内壁位于竖直平面，表面粗糙度≤1.6。

所述第二活动板9与上模6扣合处的翻边位置的面为曲面，所述上模6内与该处匹配的内壁也为相同的曲面，两个曲面的间隙宽度为工件所需厚度。

第一模具工作时，先将模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃，通过热成形设备的液压顶缸使顶杆将第一活动板5上顶略高于翻孔柱4(如图3，为两排不同尺寸的翻孔柱4，因为工件的左、右件上的翻孔大小不一样，所以这样设置使左、右件加工时只需毛坯的安装方向不一样即可，节省模具数量，单排的翻孔柱4顶面处于同一平面)；板料通过激光切割精确下料，切割出相应的翻孔底孔及定位销2孔，将毛料放在活动板上并以定位销2准确定位，并预热6-8分钟；主缸(凹模1和上模6均与主缸连接并由主缸驱动下压)下压，将凹模1下压与第一活动板5合模翻出带曲面的短边，然后继续加压，凹模1与第一活动板5整体下压到底，通过翻孔柱4准确翻出内径不同的翻孔，保温保压6-10分钟。

第二模具工作时，先将模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃，通过热成形设备的液压顶缸使顶杆将第二活动板9上顶略高于下模8上的翻边槽10顶部；将第一次热压后的半成品放在第二活动板9上，以第二活动板9上的圆柱形定位台阶7准确定位，并预热6-8分钟；主缸下压，将上模6与活动板合模，热压出翻边短边上的下陷(相比第一模具成形后的半成品板料上的短边处，会再下翻一截，这也是为什么结构如“所述第二活动板9长度方向翻边位置与定位台阶7中心的距离小于所述第一活动板5翻边位置与翻孔柱4中心的距离”设置的原因，该结构使板料装备后，第一次所翻的短边和第二活动板9的侧面会有一定间隙，第二模具对该短边再次成形时，可以使其再次向下翻折，使其贴合第二活动板9侧面，因为上模6和第二活动板9完成该翻边的配合处结构为曲面，所以其短的边再次翻边成形后即可达到所要的效果，配合第一模具即可完成成形，减少模具数量，降低成本)，然后整体下压到底，翻出长边，保温保压6-8分钟，取出零件，此零件左右合模件就成形完毕。

本实施例还公开了一种使用上述任意一项权利要求所述的复合热成形模具的热成形方法，其步骤为：

A、将第一模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃；

B、控制所述顶升装置使第一活动板5顶面高于所述翻孔柱4顶部，将板料放置于所述第一活动板5上的预设位置；

C、配合顶升装置，下压凹模1，使凹模1与第一活动板5配合翻出工件短边；

D、配合顶升装置，继续下压凹模1，使翻孔柱4顶出活动板，完成翻孔；

E、将第二模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃，在半成品板料上钻出止裂孔；

F、控制所述顶升装置使第二活动板9伸出翻边槽10，顶面高于所述翻边槽10顶部，将步骤D完成的半成品板料放置在第二活动板9上，通过所述定位台阶7定位；

G、配合顶升装置，下压上模6，使上模6与第二活动板9配合翻出工件短边上的曲面结构；

H、配合顶升装置，继续下压上模6，使第二活动板9往下缩回，缩回过程中，所述上模6、第二活动板9配合所述翻边槽10，向上翻出工件长边。

步骤C、D、G、H中，成形后保温保压6-10分钟。

Claims (8)

1.一种钛合金零件的复合热成形模具，其包括：

第一模具，其包括能够相对靠拢/分开的凸模、凹模，所述凸模、凹模间设置有能够与凹模内部配合的、包含若干通孔的第一活动板，所述第一活动板通过顶升装置安装于凸模顶部，所述凸模上表面设置有若干能够穿过所述通孔、并且等高的翻孔柱，所述凹模内设置有与所述翻孔柱顶部配合的凹槽，所述凹模与第一活动板一侧面的配合处设置有使工件翻第一边的第一间隙；

第二模具，其包括能够相对靠拢/分开的下模、上模，所述下模、上模间设置有能够与上模内部配合的、包含若干定位台阶的第二活动板，所述定位台阶与所述翻孔柱横截面尺寸相同，上模内设置有与所述定位台阶配合的凹槽，所述第二活动板通过顶升装置安装于下模顶部设置的翻边槽内，并能够在所述顶升装置的作用下伸出/缩回所述翻边槽，所述上模上与第二活动板间的非扣合侧的侧面与所述第二活动板之间平滑过渡，所述翻边槽与第二活动板之间设置有使工件翻第二边的第二间隙，所述上模与第二活动板扣合处设置第三间隙，所述第三间隙大于第一间隙。

2.根据权利1所述的一种钛合金零件的复合热成形模具，其特征在于，所述第一活动板上设置有定位销，所述第一模具内的凹模内部设置有能够与定位销配合的销孔。

3.根据权利1所述的一种钛合金零件的复合热成形模具，其特征在于，所述上模上与第二活动板非扣合侧的侧面与其相邻的所述第二活动板侧面位于同一竖直平面，所述翻边槽内壁位于竖直平面。

4.根据权利1所述的一种钛合金零件的复合热成形模具，其特征在于，所述第二活动板与上模扣合处的翻边位置的面为曲面，所述上模内与该处匹配的内壁也为相同的曲面，两个曲面的间隙宽度为工件所需厚度。

5.根据权利1所述的一种钛合金零件的复合热成形模具，其特征在于，模具材料为中硅钼球墨铸铁。

6.一种使用上述任意一项权利要求所述的复合热成形模具的热成形方法，其步骤为：

A、将第一模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃；

B、控制所述顶升装置使第一活动板顶面高于所述翻孔柱顶部，将板料放置于所述第一活动板上的预设位置；

C、配合顶升装置，下压凹模，使凹模与第一活动板配合翻出工件短边；

D、配合顶升装置，继续下压凹模，使翻孔柱顶出活动板，完成翻孔；

E、将第二模具放入热成形炉中随炉升温到550-600℃；

F、控制所述顶升装置使第二活动板伸出翻边槽，顶面高于所述翻边槽顶部，将步骤D完成的半成品板料放置在第二活动板上，通过所述定位台阶定位；

G、配合顶升装置，下压上模，使上模与第二活动板配合翻出工件短边上的曲面结构；

H、配合顶升装置，继续下压上模，使第二活动板往下缩回，缩回过程中，所述上模、第二活动板配合所述翻边槽，向上翻出工件长边。

7.根据权利要求6所述的热成形方法，其特征在于，步骤C、D、G、H中，成形后保温保压6-10分钟。

8.根据权利要求6所述的热成形方法，其特征在于，在步骤F中，半成品板料放置在第二活动板前，先在半成品板料上钻出止裂孔。