CN105290163A - 一种钛合金筒形旋压件的校形方法 - Google Patents

一种钛合金筒形旋压件的校形方法 Download PDF

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Abstract

一种钛合金筒形旋压件的校形方法，本发明涉及一种校形方法，本发明为解决热旋成形出的钛合金筒形旋压件的内径尺寸难以控制，且容易出现内径尺寸超差、椭圆度偏大等缺陷，难以满足高精度筒形件的制造要求，限制了钛合金旋压件应用，且现有技术中还没有出现能够对钛合金筒形旋压件内径尺寸调控的校形方法，本发明为解决上述问题采取的技术方案是：所述方法时按下述步骤实现的：步骤一：选择校形最大直径的芯模；步骤二：选择校形次级芯模直径；步骤三：根据钛合金筒形旋压件的外径尺寸，选取相对应的芯模逐级从小到大进行校形，对于内径偏差较大的钛合金筒形旋压件利用不同外径的芯模多次进行校形进而确定钛合金筒形旋压件符合制造要求，本发属于金属加工领域。

Description

一种钛合金筒形旋压件的校形方法
技术领域
本发明涉及一种校形方法，具体涉及一种钛合金筒形旋压件的校形方法，属于金属加工领域。
背景技术
金属旋压是通过旋转毛坯施加外力使其产生连续的局部塑性变形，最终获得薄壁空心回转体钛合金筒形件的少无切屑加工的先进工艺。该工艺是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环压和滚压等工艺特点，大大降低了加工的变形力，节省原材料，降低成本，因此金属旋压工艺在现代工业中，特别是在航空、航天以及各种军事工业中，具有广阔的使用前景。钛合金以其低密度、高强度以及良好的耐热耐蚀性能，其薄壁筒形件在航空航天领域有着重要应用，强力旋压在成形该类零件方面具有特殊优势。
但是，由于钛合金室温塑性差，大多需采用热旋压方式成形。在钛合金筒形旋压件的热旋压成形过程中，芯模与钛合金筒形旋压件都会受热膨胀，且容易出现由于各区温度不均导致的变形不均现象。因此，热旋成形出的钛合金筒形旋压件的内径尺寸难以控制，且容易出现内径尺寸超差、椭圆度偏大等缺陷，难以满足高精度筒形件的制造要求，限制了钛合金旋压件的应用。而现有技术中还没有出现能够对钛合金筒形旋压件内径尺寸调控的校形方法。
发明内容
本发明为解决热旋成形出的钛合金筒形旋压件的内径尺寸难以控制，且容易出现内径尺寸超差、椭圆度偏大等缺陷，难以满足高精度筒形件的制造要求，限制了钛合金旋压件应用，且现有技术中还没有出现能够对钛合金筒形旋压件内径尺寸调控的校形方法，进而提出一种钛合金筒形旋压件的校形方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：所述方法时按下述步骤实现的：
步骤一：选择校形最大直径的芯模；
钛合金筒形旋压件的热膨胀系数要低于钢芯模的热膨胀系数，在受热时芯模膨胀的程度大于钛合金筒形旋压件的膨胀程度，芯模受热膨胀后的内径尺寸应大于等于钛合金筒形旋压件受热膨胀后的内径尺寸，才具有对钛合金筒形旋压件胀形的效果，所以应满足：
D模+ΔD模≥D坯+ΔD坯其中ΔD模为芯模受热后直径增加量，ΔD坯为钛合金筒形旋压件受热后直径增加量，D模为芯模外径，D坯为钛合金筒形旋压件的内径；
根据热膨胀量计算公式，ΔD模＝D模α钛(T高-T室)，ΔD坯＝D坯α钛(T高-T室)，T高为校形温度，T室为室温，α钢为钢的热膨胀系数，α钛为钛的热膨胀系数，带入上公式得D模+D模α钢(T高-T室)≥D坯+D坯α钛(T高-T室)，即D模需满足：
公式(1)或
在满足公式(1)的钛合金筒形旋压件被芯模高温胀形后，在T高温度下钛合金筒形旋压件的内径与芯模的外径相同，然后钛合金筒形旋压件与芯模一起冷却至室温，而在冷却至室温后，芯模收缩的程度同样大于钛合金筒形旋压件的收缩程度，钛合金筒形旋压件从芯模上脱离，而钛合金筒形件收缩后的最终尺寸也就是校形获得的尺寸，由于钛合金筒形旋压件冷却时收缩量只与收缩前的内径尺寸、收缩前的温度、收缩后的室温温度有关，因此对于同一个芯模校形，满足公式(1)的钛合金筒形旋压件经过该芯模校形后的内径尺寸均相同，因此要实现对钛合金筒形旋压件的校形，钛合金筒形旋压件要大于等于芯模的直径，芯模套到芯模的外径上，所以，芯模的外径D模还要满足：D模≤D坯，
综上之，坯料直径应满足：
公式(2)
为了将钛合金筒形旋压件的内径D坯校形至D0，D0为钛合金筒形旋压件标准件的内径，同时D0也是校形后要达到的内径，需将D坯膨胀至与芯模热膨胀后的外径相等，冷却后收缩ΔD坯至D0，因此
D0＝(D模+ΔD模)-ΔD坯＝D模+D模α钢(T高-T室)-[D模+D模α钢(T高-T室)]α钛(T高-T室)，得到：公式(3)
D模1为最大芯模外径，将公式(3)带入公式(2)，得到适用于该芯模的钛合金筒形旋压件的外径范围：
即，公式(4)
当校形后坯料直径在二者之间即，
时，内径位于二者之间这部分钛合金筒形旋压件无法用D模进行校形，β为钛合金筒形旋压件的下公差，α为钛合金筒形旋压件的上公差，因此还应满足
公式(5)
所以钛合金筒形旋压件校形时的温差T高-T室需满足公式(5)，能利用公式(3)计算的芯模校形尺寸略小于D0-β的所有钛合金筒形旋压件，实际上T室为室温，因此需控制的是钛合金筒形旋压件加热的最高温度T高；
步骤二：选择校形次级芯模直径；
对于直径小于的钛合金筒形旋压件，需进行选择次级芯模进行校形至
范围内，之后再进行二次校形以获得所需尺寸，
此时令
则根据步骤1中的方法同样计算得到，钛合金筒形旋压件次级内径范围为：
的钛合金筒形旋压件利用外径
的次级芯模对其进行校形，并得到内径为D1的钛合金筒形旋压件；D模2为次级芯模外径，
步骤三：根据钛合金筒形旋压件的外径尺寸，选取相对应的芯模逐级从小到大进行校形，钛合金筒形旋压件与芯模组装后加热至T高温度，并冷却至T室室温，对于内径偏差较大的钛合金筒形旋压件需利用不同外径的芯模多次进行校形进而确定钛合金筒形旋压件符合制造要求。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用低成本、膨胀系数大的碳钢做校形芯模，利用校形模具和钛合金的热膨胀系数差异，将钛合金筒形旋压件置于碳钢芯模外侧，并一起加热至特定温度，实现钛合金筒形旋压件的特定量胀形；根据圆筒形零件的尺寸精度要求、旋压筒形件的尺寸和道次胀形量范围，确定初始芯模、中间各道次芯模及最终芯模尺寸；根据旋压筒形件的实际尺寸逐道次调整芯模尺寸进行逐道次胀形，然后利用最终芯模将旋压筒形件胀形至最终尺寸，从而实现了筒形件内径尺寸的精确控制。该工艺可实现旋压筒形件在较大直径范围内波动时的精确校形，具有很好的工艺适应性。
附图说明
图1是本发明为芯模D模1为最大芯模外径的芯模的主视图，D模1最大芯模外径为W,图2是本发明为芯模D模2次级芯模外径的芯模的主视图，D模2次级芯模外径为L。
具体实施方式
所述芯模的热膨胀系数大于钛合金的热膨胀系数，适用于对钛合金筒形旋压件进行热校形，由于钢材质的热膨胀系数大于钛合金的热膨胀系统，因此在受热时，芯模膨胀的程度大于钛合金筒形旋压件的膨胀程度，芯模会对钛合金筒形旋压件产生胀形作用，进而实现校形。
具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种钛合金筒形旋压件的校形方法，采用具体实施方式一所述装置实现的，具体实现步骤如下：
步骤一：选择校形最大直径的芯模；
钛合金筒形旋压件的热膨胀系数要低于钢芯模的热膨胀系数，在受热时芯模膨胀的程度大于钛合金筒形旋压件的膨胀程度，芯模受热膨胀后的内径尺寸应大于等于钛合金筒形旋压件受热膨胀后的内径尺寸，才具有对钛合金筒形旋压件胀形的效果，所以应满足：
D模+ΔD模≥D坯+ΔD坯其中ΔD模为芯模受热后直径增加量，ΔD坯为钛合金筒形旋压件受热后直径增加量，D模为芯模外径，D坯为钛合金筒形旋压件的内径；
根据热膨胀量计算公式，ΔD模＝D模α钛(T高-T室)，ΔD坯＝D坯α钛(T高-T室)，T高为校形温度，T室为室温，α钢为钢的热膨胀系数，α钛为钛的热膨胀系数，带入上公式得D模+D模α钢(T高-T室)≥D坯+D坯α钛(T高-T室)，即D模需满足：
公式(1)或
在满足公式(1)的钛合金筒形旋压件被芯模高温胀形后，在T高温度下钛合金筒形旋压件的内径与芯模的外径相同，然后钛合金筒形旋压件与芯模一起冷却至室温，而在冷却至室温后，芯模收缩的程度同样大于钛合金筒形旋压件的收缩程度，钛合金筒形旋压件从芯模上脱离，而钛合金筒形件收缩后的最终尺寸也就是校形获得的尺寸，由于钛合金筒形旋压件冷却时收缩量只与收缩前的内径尺寸、收缩前的温度、收缩后的室温温度有关，因此对于同一个芯模校形，满足公式(1)的钛合金筒形旋压件经过该芯模校形后的内径尺寸均相同，因此要实现对钛合金筒形旋压件的校形，钛合金筒形旋压件要大于等于芯模的直径，芯模套到芯模的外径上，所以，芯模的外径D模还要满足：D模≤D坯，
综上之，坯料直径应满足：
公式(2)
为了将钛合金筒形旋压件的内径D坯校形至D0，D0为钛合金筒形旋压件标准件的内径，同时D0也是校形后要达到的内径，需将D坯膨胀至与芯模热膨胀后的外径相等，冷却后收缩ΔD坯至D0，因此
D0＝(D模+ΔD模)-ΔD坯＝D模+D模α钢(T高-T室)-[D模+D模α钢(T高-T室)]α钛(T高-T室)，得到：公式(3)
D模1为最大芯模外径，将公式(3)带入公式(2)，得到适用于该芯模的钛合金筒形旋压件的外径范围：
即，公式(4)
当校形后坯料直径在二者之间即，
时，内径位于二者之间这部分钛合金筒形旋压件无法用D模进行校形，β为钛合金筒形旋压件的下公差，α为钛合金筒形旋压件的上公差，因此还应满足
公式(5)
所以钛合金筒形旋压件校形时的温差T高-T室需满足公式(5)，能利用公式(3)计算的芯模校形尺寸略小于D0-β的所有钛合金筒形旋压件，实际上T室为室温，因此需控制的是钛合金筒形旋压件加热的最高温度T高；
步骤二：选择校形次级芯模直径；
对于直径小于的钛合金筒形旋压件，需进行选择次级芯模进行校形至
范围内，之后再进行二次校形以获得所需尺寸，
此时令
则根据步骤1中的方法同样计算得到，钛合金筒形旋压件次级内径范围为：
的钛合金筒形旋压件利用外径
的次级芯模对其进行校形，并得到内径为D1的钛合金筒形旋压件；D模2为次级芯模外径，
步骤三：根据钛合金筒形旋压件的外径尺寸，选取相对应的芯模逐级从小到大进行校形，钛合金筒形旋压件与芯模组装后加热至T高温度，并冷却至T室室温，对于内径偏差较大的钛合金筒形旋压件需利用不同外径的芯模多次进行校形进而确定钛合金筒形旋压件符合制造要求。
具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种钛合金筒形旋压件的校形方法，所述方法还包括步骤四：利用步骤一至步骤三所述的方法计算下一级以及更小的芯模外径与筒形旋压件的内径范围，其它与具体实施方式一相同。

Claims (2)

1.一种钛合金筒形旋压件的校形方法，其特征在于：所述方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：选择校形最大直径的芯模；
钛合金筒形旋压件的热膨胀系数要低于钢芯模的热膨胀系数，在受热时芯模膨胀的程度大于钛合金筒形旋压件的膨胀程度，芯模受热膨胀后的内径尺寸应大于等于钛合金筒形旋压件受热膨胀后的内径尺寸，才具有对钛合金筒形旋压件胀形的效果，所以应满足：
D模+△D模≥D坯+△D坯其中△D模为芯模受热后直径增加量，△D坯为钛合金筒形旋压件受热后直径增加量，D模为芯模外径，D坯为钛合金筒形旋压件的内径；
根据热膨胀量计算公式，△D模＝D模α钛(T高-T室)，△D坯＝D坯α钛(T高-T室)，T高为校形温度，T室为室温，α钢为钢的热膨胀系数，α钛为钛的热膨胀系数，带入上公式得D模+D模α钢(T高-T室)≥D坯+D坯α钛(T高-T室)，即D模需满足：
公式(1)
在满足公式(1)的钛合金筒形旋压件被芯模高温胀形后，在T高温度下钛合金筒形旋压件的内径与芯模的外径相同，然后钛合金筒形旋压件与芯模一起冷却至室温，而在冷却至室温后，芯模收缩的程度同样大于钛合金筒形旋压件的收缩程度，钛合金筒形旋压件从芯模上脱离，而钛合金筒形件收缩后的最终尺寸也就是校形获得的尺寸，由于钛合金筒形旋压件冷却时收缩量只与收缩前的内径尺寸、收缩前的温度、收缩后的室温温度有关，因此对于同一个芯模校形，满足公式(1)的钛合金筒形旋压件经过该芯模校形后的内径尺寸均相同，因此要实现对钛合金筒形旋压件的校形，钛合金筒形旋压件要大于等于芯模的直径，芯模套到芯模的外径上，所以，芯模的外径D模还要满足：D模≤D坯，
综上之，坯料直径应满足：
公式(2)
为了将钛合金筒形旋压件的内径D坯校形至D0，D0为钛合金筒形旋压件标准件的内径，同时D0也是校形后要达到的内径，需将D坯膨胀至与芯模热膨胀后的外径相等，冷却后收缩△D坯至D0，因此
D0＝(D模+△D模)-△D坯＝D模+D模α钢(T高-T室)-[D模+D模α钢(T高-T室)]α钛(T高-T室)，得到：公式(3)
D模1为最大芯模外径，将公式(3)带入公式(2)，得到适用于该芯模的钛合金筒形旋压件的外径范围：
即，公式(4)
当校形后坯料直径在二者之间即，
时，内径位于二者之间这部分钛合金筒形旋压件无法用D模进行校形，β为钛合金筒形旋压件的下公差，α为钛合金筒形旋压件的上公差，因此还应满足
公式(5)
所以钛合金筒形旋压件校形时的温差T高-T室需满足公式(5)，能利用公式(3)计算的芯模校形尺寸略小于D0-β的所有钛合金筒形旋压件，实际上T室为室温，因此需控制的是钛合金筒形旋压件加热的最高温度T高；
步骤二：选择校形次级芯模直径；
对于直径小于的钛合金筒形旋压件，需进行选择次级芯模进行校形至
范围内，之后再进行二次校形以获得所需尺寸，
此时令
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的钛合金筒形旋压件利用外径
的次级芯模对其进行校形，并得到内径为D1的钛合金筒形旋压件；D模2为次级芯模外径，
步骤三：根据钛合金筒形旋压件的外径尺寸，选取相对应的芯模逐级从小到大进行校形，钛合金筒形旋压件与芯模组装后加热至T高温度，并冷却至T室室温，对于内径偏差较大的钛合金筒形旋压件需利用不同外径的芯模多次进行校形进而确定钛合金筒形旋压件符合制造要求。
2.根据权利要求1所述一种钛合金筒形旋压件的校形方法，其特征在于：所述方法还包括步骤四：利用步骤一至步骤三所述的方法选择下一级以及更小的芯模外径与钛合金筒形旋压件的内径范围。
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