CN110202042B - 一种钛合金多层板热冲压成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空板材加工技术领域，提供了一种钛合金多层板热冲压成形工艺，该成形工艺将钢板和钛合金板制作成所需形状的毛坯；将钢板和钛合金板材按照钢‑钛合金‑钢的夹持方式放入加热炉中进行加热，三层板之间不添加任何粘结剂，加热至700～900℃，达到指定温度后再保温5‑7min；将加热好的三层板料一起转移到冷模具上进行冲压成形；冲压成形后的零件进行模具保压，保压时间为30～180s，最终获得钛合金零件。本发明减少了板料在转移过程中的热量损失，增加了钛合金板料的冲压成形性，且热冲压成形过程所需的变形力小，成形后的零件强度高，硬度大，回弹角度小，保证了产品精度和质量；工艺简单，效率高，具有广阔应用前景。

Description

一种钛合金多层板热冲压成形工艺

技术领域

本发明涉及航空板材加工技术领域，特别涉及一种钛合金多层板热冲压成形工艺。

背景技术

航空航天工业是国家国防安全的重要工业基础，不仅是国家战略性的支柱产业，也是国家综合国力的体现。随着我国经济高速增长，鉴于当前国际形势的发展和国家的战略需求，以及现役飞机的更新换代，我国对各类先进航空、航天产品，如各类先进战斗机、支线和干线客机、大型运输机、太空运载工具等需求越来越大。现有的技术水平和生产能力已经无法满足我国的自身需求，导致我国出现航空产品特别是民用飞机大批进口的现状。为加快我国航空工业的现代化进程，急需对我国航空工业工艺、装备的研究加大投入力度，提高我国航空工业的现代化制造水平。近年来，航空领域对强度高、质量小、性能好的材料需求不断提高，在开发新型材料的同时对已有工艺的改进也是非常有必要的。

钛合金具有强度高，密度低，高、低温性能稳定和耐腐蚀性好等优点，是一种重要的战略金属材料，它在航空航天、海洋开发、化工以及日常生活中具有非常广泛的用途。利用钛合金板料成形的零件，在航空航天领域应用非常广泛，特别在先进航空发动机上占有相当的比重，在减轻发动机重量、改善和提高发动机性能等方面发挥着日益重要的作用。

目前，冲压工艺是板材成形的主要方法，但传统的冷冲压工艺无法适应钛合金板材的成形，钛合金板材在冷冲压时易开裂、回弹严重并且需要较大的变形力。目前，钛合金板材成形方式主要是以超塑性，等温热成形，热气胀成形等，这些成形方式成形速度慢，同时成形模具需要加热到一定温度，导致冲压模具损耗严重。根据钛合金板材的性能，采用热冲压工艺。然而采用传统热冲压工艺，板料加热之后，从加热炉转移到冲压模具的过程中，钛合金板材温度下降较快，致使在板料冲压成形时，板料温度不能满足预想值，成形后的零件尺寸精度差、回弹大。

因此，寻求一种既能改善钛合金成形性又能保证成形后零件尺寸精度和质量的钛合金零件热冲压工艺，对钛合金在制造业中的广泛应用是至关重要的。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种钛合金多层板热冲压成形工艺，解决了钛合金板材在转移和成形过程中的温降问题，而且成形后的零件回弹小，尺寸精度高，强度高，对冲压模具的损耗小。

本发明的技术方案如下：

一种钛合金多层板热冲压成形工艺，该成形工艺在钛合金板材上、下两侧均放置钢板，形成叠合板材，然后将叠合板材进行加热保温、冲压成形和模具保压，得到钛合金冲压件。

进一步的，具体包括如下步骤：

S1、制备钛合金和钢板毛坯：将钢板和钛合金板材加工成所需形状的成形毛坯，在钛合金板材两侧涂抹高温润滑剂，减小成形过程中的摩擦；

S2、加热保温：将经S1加工好的钢板和钛合金板材，采用两张钢板夹持一张钛合金板材的方式(三层板顺序为钢-钛合金-钢)放到加热炉中加热，达到设定温度后保温，保证中间一层的钛合金板材充分加热后，将钢板和钛合金板材一起取出，进行转移；

S3、冲压成形：将经S2加热好的板材取出，放置在成形模具中，压力机带动上模下行，完成冲压，得到有两层钢板夹持的钛合金零件；

S4、模具保压：将经S3得到的两层钢板夹持的钛合金零件(三层板零件)，一起进行模具保压，保压时间为1～3分钟，钛合金板材充分冷却，使钛合金板料内部应力释放，从而达到减小成形零件回弹的目的，即得最终的钛合金零件。

进一步的，步骤S1中，为了仅得到钛合金零件，并且使钛合金板料不在高温下氧化的同时具有很好的润滑效果，钛合金板材两侧仅涂抹润滑剂，不使用粘结剂。

进一步的，步骤S2中，加热温度为700～900℃，保温时间为5～7分钟。

进一步的，所述钢板采用塑性好的高强度钢板，如22MnB5高强度钢板等。

进一步的，所述钢板选用厚度为1mm～2mm，钛合金板材选用厚度小于2mm。

进一步的，步骤S3中的冲压速度为15mm/s～60mm/s。

进一步的，在加热保温、转移及冲压成形过程中均采用上下钢板夹持钛合金板材的方式进行。

本发明的有益效果为：通过钢板夹持钛合金板的方法，来解决钛合金板热冲压工艺中板料转移和成形过程的温降问题和成形后的回弹问题；可有效的控制钛合金板材在转移过程中的温降，增加了钛合金板材热冲压成形的可能性；由于钛合金板温度得到有效控制，使得成形后的零件回弹角度明显降低；本发明工艺方法简单、易掌握、易实现大规模和自动化生产，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1所示为本发明实施例一种钛合金多层板热冲压成形工艺的流程示意图。

图2所示为钛合金多层板热冲压成形板料夹持方式。

具体实施方式

下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，本发明实施例一种钛合金多层板热冲压成形工艺，在热冲压冷模具淬火工艺的基础上进行改进，在将要进行冲压的钛合金板材上下两侧放置形状相同的两块塑性好的钢板，三块板材叠放在一起加热一段时间，待钛合金板材的充分加热，然后将三块板材一起取出放在冷模具上进行冲压。

实施例1

为了说明本发明工艺下钛合金板材在转移过程中温度下降慢的优点，对钛合金板的温度进行测量。具体实施如下：

钢板选用1.4mm厚的22MnB5高强度钢板，钛合金板材选用1.7mm厚Ti6Al4V。将钢板和钛合金板切割成直径为100mm的圆片，并且在钛合金板材上沿直径方向打深为50mm直径为1mm的孔；然后将K型热电偶插入钛合金上已经打好的孔中。

(1)首先，对单层钛合金板的温度变化进行测量，将钛合金板放入加热炉中，加热至850℃后，保温5min，取出并在空气中冷却，通过与K型热电偶相连的测温仪器监控钛合金板料温度变化。

(2)按照钢板-钛合金板-钢板的顺序夹持着放入加热炉中加热，加热至850℃后，保温5min，取出钢板和钛合金板，在空气中冷却，通过与K型热电偶相连的测温仪器监控钛合金板料温度变化。

本实施例操作(1)中，钛合金板料温度从加热炉中取出2s后温度变为748.6℃，温度下降了101.4℃，不能满足冲压要求。

本实施例操作(2)中，钛合金板材温度变化小，板材从加热炉中取出10s后温度变为816.3℃，仅减少了33.7℃，满足冲压需求。

实施例2

选用1.4mm厚22MnB5高强度钢板，钛合金板材选用1.7mm厚Ti6Al4V。将钢板和钛合金板材切割成直径为100mm的圆板规格的试样；然后将试样按照钢板-钛合金板-钢板的顺序夹持着放入加热炉中加热(如图2所示)，板料加热到850℃后，取出放在球形件模具上进行热冲压，冲压速度为35mm/s。

通过本实施例获得的钛合金板料冲压深度为35mm，与单层板冲压成形工艺相比，零件深度增加了133.3％。零件成形性得到较大提升。

实施例3

本实施例中选用1.4mm厚22MnB5高强度钢板，钛合金板材选用1.7mm厚Ti6Al4V。将钢板和钛合金板材切割成180mm×50mm规格的试样；然后将试样按照钢板-钛合金板-钢板的顺序夹持着放入加热炉中加热，加热至900℃后，保温5min，取出钢板和钛合金板材，转移至U形件模具上，进行冲压试验，冲压成形后保压，直至钛合金板料充分冷却后将成形件取出。

通过本实施例获得的U形件回弹角度小，回弹角度为0.45°，与单层板成形工艺相比回弹角度减少了83％。回弹角度远小于常规热冲压冷模具淬火工艺成形的U形件。

本发明工艺解决了钛合金板材在转移和成形过程中的温降问题，而且成形后的零件回弹小，尺寸精度高，强度高，对冲压模具的损耗小。

需要说明的是，上述3个实施例中所选用的钛合金板材和钢板，均只是多项选择之一，本领域技术人员根据本发明的记载，可以扩展到其他多种类的钛合金板材和钢板。

本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (3)

1.一种钛合金多层板热冲压成形工艺，所述成形工艺在钛合金板材上、下两侧均放置钢板，形成叠合板材，然后将叠合板材进行加热保温、冲压成形和模具保压，得到钛合金零件；

具体包括如下步骤：

S1、制备钛合金和钢板毛坯：将钢板和钛合金板材加工成所需形状的成形毛坯，在钛合金板材两侧仅涂抹高温润滑剂，不使用粘结剂，减小成形过程中的摩擦，同时防止钛合金表面与空气接触而氧化；所述钢板选用厚度范围为1mm～1.4mm，钛合金板材选用厚度为1.7mm；

所述钢板采用塑性好的高强度钢板；

S2、加热保温：将经S1加工好的钢板和钛合金板材，采用两张钢板夹持一张钛合金板材的方式放到加热炉中加热，达到设定温度后保温，保证中间一层的钛合金板材充分加热，将钢板和钛合金板材一起取出，进行转移；

S3、冲压成形：将经S2加热好的板材取出，放置在成形模具中，压力机带动上模下行，完成冲压，冲压速度为15mm/s～60mm/s，得到有两层钢板夹持的钛合金零件；

S4、模具保压：将经S3得到的两层钢板夹持的钛合金零件一起进行模具保压，保压时间为1～3分钟，使中间钛合金板材充分冷却，使钛合金板料内部应力释放，从而达到减小成形零件回弹的目的，即得最终钛合金零件。

2.如权利要求1所述的钛合金多层板热冲压成形工艺，其特征在于，步骤S2中，加热温度为700～900℃，保温时间为5～7分钟。

3.如权利要求1所述的钛合金多层板热冲压成形工艺，其特征在于，在加热保温、转移及冲压成形过程中均采用上下钢板夹持钛合金板材的方式进行。

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