CN105537329B - 一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法，目的在于解决钛合金薄板筒形件时，机械加工装夹困难，难以保证加工质量，且原料利用率低，加工周期长，成本高，而冷弯曲成型难以满足设计要求，冲压、热胀形加工对设备和工艺要求苛刻，成本较高的问题。本发明提供一种回转曲面薄壁筒形件的简易制备方法，尤其是回转曲面钛合金薄壁筒形件的简易制备方法，其能够满足钛合金薄壁筒形件的制备需求。该方法包括如下步骤制备定形模具、原料裁剪、组装和热处理。本发明操作简单，使用方便，无需使用昂贵的设备，且原料利用率高，周期短，生产成本低，产品精度高，具有较好的应用前景。

Description

一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法
技术领域
本发明涉及材料加工领域，尤其是超薄壁筒形部件制备领域，具体为一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法。
背景技术
由于钛合金具有高比强度、高活性、耐腐蚀、耐高温，和良好的抗疲劳和抗蠕变等性能特点，因而其在国防产品中的应用日益增加。据统计，在国防产品的部件中，采用钛合金材料制作的结构件占据部件总数的90%。
筒形件作为一种常见的结构形式，在国防产品中，也常采用钛合金薄板弯曲制备筒形件。目前，钛合金薄板筒形件的成型方法有多种，主要包括机械加工、冷成形、冲压、热胀形等。而对于形状特异的回转曲面超薄筒形件而言，采用前述机械加工、冷成形、冲压、热胀形等进行制备则存在较大的难度。
采用机械加工制备钛合金薄板筒形件时，由于所需产品壁薄（最薄达甚至为0.5mm～1mm），刚性差、强度相对较弱，导致机械加工装夹定位困难，加工过程中，极易产生变形，不易保证加工质量。另外，装夹方式、夹紧力大小、刀具及切削用量选择不恰当，都极易引起部件振动，产生变形，影响产品的精度。同时，采用机械加工制备钛合金薄板筒形件的原材料利用率低，加工周期长，成本高。
另外，钛合金薄板筒形件可以采用旋压、锻压、弯曲等传统冷成型方式进行制备。然而，钛合金弹性模量小，成形时回弹很大，冷成形质量低，尤其对于具有特殊形状要求的回转曲面超薄筒形件而言，冷弯曲成型精度更加难以满足设计要求。
冲压、热胀形加工也是制备超薄壁件的常用技术，然而，其制备过程所需设备复杂，工艺条件苛刻，成本高，也难以实现形状特异回转曲面超薄筒形件的制备。
因此，急需开展回转曲面钛合金薄壁筒形件制备的方法研究，以满足回转曲面超薄筒形件的制备需求，简化制备过程，缩短周期、降低成本。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对钛合金薄板筒形件时，机械加工装夹困难，难以保证加工质量，且原料利用率低，加工周期长，成本高，而冷弯曲成型难以满足设计要求，冲压、热胀形加工对设备和工艺要求苛刻，成本较高的问题，提供一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法。本发明提供一种回转曲面薄壁筒形件的简易制备方法，尤其是回转曲面钛合金薄壁筒形件的简易制备方法，其能够满足钛合金薄壁筒形件的制备需求。本发明操作简单，使用方便，无需使用昂贵的设备，且原料利用率高，周期短，生产成本低，产品精度高，具有较好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模，备用；
（2）原料裁剪
根据回转曲面薄壁筒形件的展开图对原料进行裁剪，得到初胚；
（3）组装和热处理
将步骤2制备的初胚置于定形模具中，得到第一加工件，将第一加工件置于真空加热炉中进行真空热处理，冷却至室温后，卸除定形模具，即得回转曲面薄壁筒形件；
所述步骤2中，初胚位于阴模与阳模之间，阴模位于初胚内侧。
所述步骤1中，阳模由至少两个模块连接而成，所述模块之间采用活动连接。
所述步骤1中，阳模由两个模块连接而成，所述模块之间通过法兰盘相连。
所述步骤1中，定形模具采用45号钢、304不锈钢、316L不锈钢中的一种或多种制备而成。
所述步骤2中，原料采用钛合金材料。
所述钛合金材料选自TA系列钛合金、TC系列钛合金中的一种或多种。
所述步骤2中，原料的厚度为0.5mm～1.0mm。
所述步骤3中，热处理温度为800℃～950℃，热处理时间为10min～60min，真空度优于3×10-3Pa。
所述步骤3中，真空度为1×10-5Pa~3×10-3Pa。
针对前述问题，本发明提供一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法，该方法包括如下步骤制备定形模具、原料裁剪、组装和热处理。步骤1中，阴模根据回转曲面薄壁筒形件的内型面进行设计和制造，加工回转曲面薄壁筒形件定形模具的阴模；阳模根据所需回转曲面薄壁筒形件外型面形状和尺寸加工。进一步，阳模由若干个模块连接而成，模块之间采用活动连接。进一步，模块之间通过法兰盘相连，法兰盘通过螺杆固定连接，通过螺杆施力紧固组合。
步骤2中，根据回转曲面薄壁筒形件的展开图对原料进行裁剪，得到初胚。再将制备的初胚紧密固装于定形模具中，得到第一加工件，将第一加工件置于真空加热炉中进行真空热处理，冷却至室温后，卸除定形模具，即得回转曲面薄壁筒形件。
本发明通过定形模具预应力定形，高温热处理去应力软化处理，真空热处理等手段，有效的解决了回转曲面薄壁筒形件（尤其是回转曲面钛合金薄壁筒形件）的精确成型等技术难点。本发明易于装夹，原料利用率高，反应温和，生产周期短，成本低，能够满足回转曲面钛合金薄壁筒形件的制备需要。
综上所述，本发明的制备方法简单，条件温和，生产周期短，成本低，所制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件满足形状和尺寸精度要求，具有较好的应用前景。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的组装结构示意图。
图中标记：1为阴模，2为阳模，3为初胚。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模。本实施例中，阳模包括两个模块，模块之间通过法兰盘相连构成阴模。其中，定形模具采用45#钢。
（2）原料裁剪
根据产品型面展开图裁剪钛合金板材，得到初胚。本实施例中，原材料采用TC4合金，厚度为0.5mm。
（3）组装和热处理
将步骤2裁剪好的初胚板材紧密固装鱼定形模具的型腔内，组装结构如图1所示，得到第一加工件。其中，1为定形模具的阴模，2为定形模具的阳模，3为初胚。
将组装定形的第一加工件置于真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为950℃，保温时间为10min，真空度为3×10-3Pa。冷却至室温后，卸除定形模具，得到回转曲面钛合金薄壁筒形件。
经测定，采用本发明制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件的形状和尺寸精度均满足设计要求。在制备的过程中，产品未产生异常变形等问题，具有较好的加工质量；且加工的产品均未出现回弹变形的现象，能够满足设计要求。
实施例2
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模。本实施例中，阳模包括两个模块，模块之间通过法兰盘相连构成阴模。其中，定形模具采用304不锈钢。
（2）原料裁剪
根据产品型面展开图裁剪钛合金板材，得到初胚。本实施例中，原材料采用TA1钛合金，厚度为1.0mm。
（3）组装和热处理
将步骤2裁剪好的初胚板材紧密固装鱼定形模具的型腔内，得到第一加工件。将组装定形的第一加工件置于真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为900℃，保温时间为30min，真空度为3×10-3Pa。冷却至室温后，卸除定形模具，得到回转曲面钛合金薄壁筒形件。
经测定，采用本发明制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件的形状和尺寸精度均满足设计要求。在制备的过程中，产品未产生异常变形等问题，具有较好的加工质量；且加工的产品均未出现回弹变形的现象，能够满足设计要求。
实施例3
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模。其中，定形模具采用316L不锈钢。
（2）原料裁剪
根据产品型面展开图裁剪钛合金板材，得到初胚。本实施例中，原材料采用TC21合金，厚度为0.3mm。
（3）组装和热处理
将步骤2裁剪好的初胚板材紧密固装鱼定形模具的型腔内，得到第一加工件。
将组装定形的第一加工件置于真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为860℃，保温时间为45min，真空度为1×10-3Pa。冷却至室温后，卸除定形模具，得到回转曲面钛合金薄壁筒形件。
经测定，采用本发明制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件的形状和尺寸精度均满足设计要求。在制备的过程中，产品未产生异常变形等问题，具有较好的加工质量；且加工的产品均未出现回弹变形的现象，能够满足设计要求。
实施例4
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模。其中，定形模具采用304不锈钢。
（2）原料裁剪
根据产品型面展开图裁剪钛合金板材，得到初胚。本实施例中，原材料采用TC9合金，厚度为0.4mm。
（3）组装和热处理
将步骤2裁剪好的初胚板材紧密固装鱼定形模具的型腔内，得到第一加工件。
将组装定形的第一加工件置于真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为800℃，保温时间为55min，真空度为2.5×10-3Pa。冷却至室温后，卸除定形模具，得到回转曲面钛合金薄壁筒形件。
经测定，采用本发明制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件的形状和尺寸精度均满足设计要求。在制备的过程中，产品未产生异常变形等问题，具有较好的加工质量；且加工的产品均未出现回弹变形的现象，能够满足设计要求。
实施例5
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模。本实施例中，阳模包括两个模块，模块之间通过法兰盘相连构成阴模。其中，定形模具采用45号钢。
（2）原料裁剪
根据产品型面展开图裁剪钛合金板材，得到初胚。本实施例中，原材料采用TC4合金，厚度为0.2mm。
（3）组装和热处理
将步骤2裁剪好的初胚板材紧密固装鱼定形模具的型腔内，组装结构如图1所示，得到第一加工件。其中，1为定形模具的阴模，2为定形模具的阳模，3为初胚。
将组装定形的第一加工件置于真空热处理炉中进行热处理，热处理温度为900℃，保温时间为25min，真空度为2.5×10-3Pa。冷却至室温后，卸除定形模具，得到回转曲面钛合金薄壁筒形件。
经测定，采用本发明制备的回转曲面钛合金薄壁筒形件的形状和尺寸精度均满足设计要求。在制备的过程中，产品未产生异常变形等问题，具有较好的加工质量；且加工的产品均未出现回弹变形的现象，能够满足设计要求。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备定形模具
定形模具包括与回转曲面薄壁筒形件内表面相配合的阴模、与回转曲面薄壁筒形件外表面相配合的阳模，分别制备阴模、阳模，备用；
（2）原料裁剪
根据回转曲面薄壁筒形件的展开图对原料进行裁剪，得到初胚；
（3）组装和热处理
将步骤2制备的初胚置于定形模具中，得到第一加工件，将第一加工件置于真空加热炉中进行真空热处理，冷却至室温后，卸除定形模具，即得回转曲面薄壁筒形件；
所述步骤2中，初胚位于阴模与阳模之间，阴模位于初胚内侧；
所述步骤1中，阳模由至少两个模块连接而成，所述模块之间采用活动连接；
所述步骤3中，热处理温度为800℃～950℃，热处理时间为10min～60min，真空度优于3×10-3Pa。
2.根据权利要求1所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，阳模由两个模块连接而成，所述模块之间通过法兰盘相连。
3.根据权利要求1所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，定形模具采用45号钢、304不锈钢、316L不锈钢中的一种或多种制备而成。
4.根据权利要求1~3任一项所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，原料采用钛合金材料。
5.根据权利要求4所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述钛合金材料选自TA系列钛合金、TC系列钛合金中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，原料的厚度为0.5mm～1.0mm。
7.根据权利要求1~3、5、6任一项所述回转曲面薄壁筒形件的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，真空度为1×10-5Pa~3×10-3Pa。
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