CN110814143B - 一种tc4钛合金超半球旋压成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种TC4钛合金超半球旋压成型方法，其包括以下步骤：将TC4钛合金板料铣加工成毛坯；找正旋压模具，均匀预热旋压模具和两侧旋轮，预热完成后进行板料毛坯装卡，运行数控旋压机程序，旋压分两阶段进行，首阶段进行中间构型成型，中间构型成型后对零件进行热处理，热处理完成后，准备进行第二道次旋压成型；零件旋压完成后，拆卸零件。本发明克服了TC4钛合金塑性差问题，降低了成本，提高了强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金旋压成型领域，尤其涉及一种TC4钛合金超半球旋压成型方法。
背景技术
伴随着数控技术的发展，旋压成形现在己经成为现代塑性加工技术的一个重要分支，成为薄壁回转体零件加工中需要优先考虑的一种成形工艺。与其他成形工艺相比，具有加工工艺柔性好、材料利用率高、零件机械性能好。而钛合金作为一种理想的轻质结构材料，具有密度小、比强度高、耐高温、耐低温、耐腐蚀等诸多优点。因此钛合金旋压成型工艺在航空航天领域得到广泛的应用，满足了航空航天技术产业对轻质材料的需求。单钛合金超半球零件作为高压钛合金球形复合气瓶的一部分，其成型工艺的优劣就显着尤为重要。钛合金属于难熔金属，常规室温下的旋压方法无法满足其成型要求，因此，传统钛合金半球成型方式多采用棒材机加成形或者板材拉深成型这些方式，不但材料成本高昂，且成型零件强度相对较低，不利于航天产品向低成本、高可靠性方向发展。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种TC4钛合金超半球旋压成型方法，解决了现有技术中成本高，且强度相对较低的问题。
本发明的技术方案包括以下步骤：
步骤1，将M态TC4钛合金板料铣加工成圆形毛坯，并以板料中心点为圆心，尾顶直径值基础加0.5mm为半径，铣加工出一个深1mm圆槽为定位圆槽；
步骤2，找正旋压模具，均匀预热旋压模具和两侧旋轮，预热完成后暂停火焰加热，20分钟后对热旋压模具和两侧旋轮进行第二次预热；预热完成后进行板料毛坯装卡，以定位圆槽为定位点，将零件固定于尾顶与模具之间；喷涂氮化硼喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋，起旋后，火焰外焰旋轮前端持续加热，加热温度650℃-750℃；主轴转速150rev/min，进给220mm/min，旋压分两阶段进行，首阶段进行中间构型成型，中间构型成型后对零件进行热处理，热处理完成后，通过零件中心位置定位圆槽定位进行二次装卡，准备进行第二道次旋压成型，成型前，喷涂氮化硼喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋，起旋后，火焰外焰旋轮前端持续加热，加热温度650℃-750℃，第二阶段旋压完成零件终成型；
步骤3，零件旋压完成后，松开尾顶开启主轴并保持低速旋转，采用火焰加热的方法拆卸零件，直至零件松动后手工取件。
所述的步骤2中，旋压模具和旋轮采用热做模具钢材质，硬度48-52HRC。
所述的步骤2中，找正旋压模具，误差在0-0.1mm。
所述的步骤2中，两次预热的温度为，旋压模具预热至350℃±20℃，两侧旋轮预热温度至150℃±20℃。
所述的步骤2中，中间构型成型的方法是：通过多道次普旋刀路，使零件整体半锥角成40°-50°，旋轮、模具间隙要大于板料厚度和旋轮、模具膨胀量的总和。
所述的步骤2中，中间构型成型后对零件进行热处理，热处理条件为：加热温度730±10℃，保温90分钟，随炉冷。
所述的步骤2中，第二阶段旋压完成零件终成型方法是：此阶段需保证零件温度在700±20℃范围，采用多道次普旋刀路成型，主轴转速150rev/min，进给220mm/min；普旋刀路完成后对零件进行单道次旋压，提高零件表面顺滑程度。
本发明的优点效果如下：
1、通过火焰加热以辅助成型，克服了TC4钛合金塑性差问题。旋压过程中，板料毛坯在旋压模具和尾顶的作用下固定。在旋压毛坯上铣1mm深度定位圆槽与尾顶端相配合，以保证零件首次装卡和二次装卡的定位精度。
2、采用的模具和旋轮材料均选用热作模具钢材料，硬度在48-52HRC，适用于高温加热。
3、加热温度不超过750℃，防止材料塑性出现突变。
4、采用双阶段多道次旋压成型方法配合中间热处理的方式进行旋压，防止零件出现环向、纵向开裂缺陷。
5、旋轮、模具间隙要大于板料厚度和旋轮、模具膨胀量的总和，防止零件出现反挤缺陷。
6、采用在两阶段零件表面喷涂氮化硼喷剂的方式对零件表面进行润滑，提高零件表面光洁度。
附图说明
图1为过半球零件示意图。
图2为带定位圆槽圆形毛坯示意图。
图3为第一阶段旋压刀路示意图。
图4为第一阶段旋压完成后中间构型图。
图5为第二阶段旋压刀路示意图。
图中，1、模具，2、板料，3、旋轮，4、尾顶，5、普旋刀路。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步阐释：具体零件为一直径240mm、长度140mm、直线段10mm、变壁厚2-3mm的过半球零件，结构如图1所示。选直径310mm、厚度3mmM态TC4钛合金板料为旋压毛坯，芯模和模具材料均为热作模具钢材料，保硬度为48-52HRC。找正旋压模具在0.1mm以内。均匀预热旋压模具至350℃，两侧旋轮预热温度至150℃。预热完成后暂停火焰加热，20分钟后进行二次预热，同样热旋压模具至350℃，两侧旋轮预热温度至150℃。预热完成后进行板料毛坯装卡，以定位圆槽为定位点，将零件固定于尾顶与模具之间。喷涂氮化硼喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋。主轴转速150rev/min，进给220mm/min。旋压分两阶段进行，首阶段进行中间构型成型，通过5道次普旋刀路，使零件整体半锥角成约45°。旋轮、模具间隙为3.7mm。中间构型成型后对零件进行热处理，热处理制度为：加热温度730±10℃，保温90分钟，随炉冷。热处理完成后，通过零件中心位置定位圆槽定位进行二次装卡，准备进行第二道次旋压成型。成型前，喷涂氮化硼喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋。第二阶段旋压主要完成零件终成型，由于零件属于超半球形，零件尾段由于有一加长直线即零件尾段半锥角为0°的区域段较长，成型难度较大。此阶段需保证零件温度在700±20℃范围，采用5道次普旋刀路成型，主轴转速150rev/min，进给220mm/min，保证零件口部完全贴模形成口部直线。普旋刀路完成后对零件进行单道次旋压，提高零件表面顺滑程度。零件旋压完成后，松开尾顶开启主轴并保持低速旋转，采用火焰加热的方法拆卸零件直至零件松动后手工取件。
最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
Claims (1)
1.一种TC4钛合金超半球旋压成型方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，将M态TC4钛合金板料铣加工成圆形毛坯，并以板料中心点为圆心，尾顶直径值基础加0 .5mm为半径，铣加工出一个深1mm圆槽为定位圆槽；
步骤2，找正旋压模具，均匀预热旋压模具和两侧旋轮，预热完成后暂停火焰加热，20分钟后对热旋压模具和两侧旋轮进行第二次预热；预热完成后进行板料毛坯装卡，以定位圆槽为定位点，将零件固定于尾顶与模具之间；喷涂氮化硼喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋，起旋后，火焰外焰旋轮前端持续加热，加热温度650℃-750℃；主轴转速150rev/min，进给220mm/min，旋压分两阶段进行，首阶段进行中间构型成型，中间构型成型后对零件进行热处理，热处理完成后，通过零件中心位置定位圆槽定位进行二次装卡，准备进行第二道次旋压成型，成型前，喷涂氮化硼
喷剂并运行数控旋压机程序，在旋轮与板料接触之前用喷枪对板料进行均匀预热至650℃后起旋，起旋后，火焰外焰旋轮前端持续加热，加热温度650℃-750℃，第二阶段旋压完成零件终成型；
步骤3，零件旋压完成后，松开尾顶开启主轴并保持低速旋转，采用火焰加热的方法拆卸零件，直至零件松动后手工取件；
所述的步骤2中，旋压模具和旋轮采用热做模具钢材质，硬度48-52HRC；
所述的步骤2中，找正旋压模具，误差在0-0.1mm；
所述的步骤2中，两次预热的温度为，旋压模具预热至350℃±20℃，两侧旋轮预热温度至150℃±20℃；
所述的步骤2中，中间构型成型的方法是：通过多道次普旋刀路，使零件整体半锥角成40°-50°，旋轮、模具间隙要大于板料厚度和旋轮、模具膨胀量的总和；
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