CN108889958A - 一种钛合金支架结构整体成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种采用热等静压技术的钛合金支架结构整体成形方法。该方法包括外部型芯的制备、包套制备和球形粉末的选择、热等静压前处理、热等静压过程控制和后期处理等步骤。本发明提出的一种钛合金支架结构整体成形方法是在采用热等静压技术对钛合金粉末进行固结、成形时，采取包套和外部型芯配合的方式，成形钛合金支架零件的特征。这种方法能够完成支架结构特征成形，有效减少机加工量，提升零件的成形效率，减少表面的处理，缩短加工周期。

Description

一种钛合金支架结构整体成形方法

技术领域

本发明属于航空航天制造领域，特别是涉及粉末热等静压整体成形钛合金支架结构的方面。

背景技术

粉末热等静压技术，是一种利用密闭高压容器内零件受到各向均等的超高压压力状态进行成形的先进制造技术。这项技术凭借材料利用率高、加工效率高、可是实现少无切削、节材降耗等优点，其产品的应用领域不断扩大，特别是在航空航天制造领域已取得运用。

在整体成形钛合金支架结构相关零件时，若采用传统机加工工艺，不但费时，而且材料浪费严重，复杂结构甚至无法制造。铸造能成形复杂结构并提高材料利用率，但钛和镍等特殊材料的铸造工艺非常复杂，制件性能难以控制；锻造可有效提高制件性能，但需要昂贵的精密模具和大型的专用装备，制造成本高。而采用内形模具和外形模具配合的热等静压方法，成形相关钛合金零件，可以克服以上工艺的缺点，并实现后期少加工或无加工的目的。

发明内容

本发明提供的钛合金支架结构零件热等静压整体成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)根据钛合金支架结构零件的尺寸特征制备出相关模具，本发明成形的一个支架结构零件，采用外部控形模具。

2)制备成形包套，根据模具形状和零件形状设计加工出合理的包套，该包套采用随形设计，根据零件外形尺寸合理设计包套尺寸，将机加工出的包套各部分焊接成整体。

3)将外部控形模具与包套焊接成整体。

4)根根据钛合金支架结构零件的材料需求，利用等离子旋转电极法制备出球形钛合金粉末，并筛分出100-200目的粉末备用。

5)将上述制备好的球形钛合金粉末通过抽气孔3装入包套内，并通过机械振动或者人工振动使其密实。

6)将上盖片放置在顶板开孔处并封焊好。

7)将上述装有粉末的包套放置在加热炉中加热，在高温下利用分子泵通过抽气孔对包套内部进行抽真空处理。

8)将上述已经抽真空的包套放置在热等静压设备中，在高温高压下使球形钛合金粉末固结成形，在外部模具的作用下，形成钛合金零件的特征。

9)利用机械加工的方法去除包套与外部模具，利用常规的机加工方法加工出钛合金零件的外部形状，由此得到钛合金支架结构零件。

10)外部模具的材料均为45#钢材料。

11)所述步骤2中包套的选择304不锈钢。

12)所述步骤7中加热炉的温度为400℃，包套内部的真空度达到10^-6Pa，在包套的一定过程中不要倒置。

13)所述步骤8中热等静压处理条件2小时内使热等静压设备的温度升温到900℃，保温时间为3小时；同时在2小时内使热等静压设备的内部压力达到130MPa，同时保压3 小时，降温降压为1小时。

14)本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法是在热等静压技术对钛合金粉末进行固结、成形，采取外部模具控形的方式，从而达到成形零件部分特征和减少后期加工的目的。这种方法能够大大提高钛合金里零件结构强度，提升零件的成形效率，减少后期内表面的处理，缩短加工周期。

附图说明

图1为采用本发明提供的钛合金支架结构整体形方法成形零件时所成形的零件的结构示意图。

图2为采用本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法成形零件时所用的包套结构示意图。

图3为采用本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法成形零件时包套与外部模具的焊接整体示意图。

图4为采用本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法成形零件时焊接后的包套剖面示意图。

图5为采用本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法成形零件时的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法进行详细说明。

如图1—图4所示，本发明提供的钛合金支架结构整体成形方法包括

按顺序进行的下列步骤：

1)根据钛合金支架结构零件(图1)尺寸特征制备出如图2所示的随形包套，材料为不锈钢304，焊接成整体。

2)根据钛合金支架结构零件尺寸制备外部控形模具。外部控形模具的材料为45#钢材料，与包套焊接连接。

3)根据钛合金零件的需求，利用等离子旋转电极法制备出钛合金Ti6Al4V粉末8，并筛分出100-200目的粉末备用。

4)将上述制备好的钛合金粉末通过抽气孔3装入包套内，采用机械振动或者人工振动的方式使其充分密实；使用球形钛合金粉末的目的是使其便于流动，能够充分装填进空腔内。

5)将上述装好粉的包套置于加热炉中，加热炉的温度为400℃，然后在高温下通过真空设备利用抽气孔3对包套进行抽真空处理，包套内部的真空度达到10^-6Pa。

6)将上述已抽真空包套置于热等静压设备中进行热等静压处理，2小时内使热等静压设备的温度升温到900℃，保温时间为3小时；同时在2小时内使热等静压设备的内部压力达到130MPa，同时保压3小时，降温降压为1小时。

7)利用机械加工的方法去除包套与外部模具，并利用常规的机加工方法加工出钛合金零件的外部形状，由此得到钛合金支架结构零件。

Claims (5)

1.一种钛合金支架结构热等静压成形方法，其特征在于：所述的钛合金零件成形方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)根据钛合金支架结构零件(图1)的尺寸特征制备出相关外部控形模具，包括支架立块模具1六块，底座控形模具2。

2)根据模具形状和零件形状设计加工出合理的包套(图2)，该包套采用随形设计，根据零件外形尺寸合理设计包套尺寸，将机加工出的包套各部分焊接成整体。

3)将外部控形模具1,2与包套焊接成整体(图3)。

4)根根据钛合金支架结构零件的材料需求，利用等离子旋转电极法制备出球形钛合金粉末，并筛分出100-200目的粉末备用。

5)将上述制备好的球形钛合金粉末通过抽气孔3装入包套内，并通过机械振动或者人工振动使其密实。

6)将上述装有粉末的包套放置在加热炉中加热，在高温下利用分子泵通过抽气孔对包套内部进行抽真空处理。

7)将上述已经抽真空的包套放置在热等静压设备中，在高温高压下使球形钛合金粉末固结成形，在外部模具的作用下，形成钛合金零件的特征。

8)利用机械加工的方法去除包套与外部模具，利用常规的机加工方法加工出钛合金零件的外部形状，由此得到钛合金支架结构零件(图1)。

2.权利要求1所述的外部控形模具的材料为45#钢材料。

3.权利要求1所述的包套选择304不锈钢。

4.权利要求1所述的加热炉的温度为400℃，包套内部的真空度达到10^-6Pa。

5.根据权利要求1所述的热等静压处理条件2小时内使热等静压设备的温度升温到900℃，保温时间为3小时；同时在2小时内使热等静压设备的内部压力达到130MPa，同时保压3小时，降温降压为1小时。