CN112719092A - 一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具及其应用,属于超塑成形技术领域。本发明解决现有钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型后的壁厚公差控制以及凹槽处型面符合度很难到达要求的问题。本发明在模具上设计进气缓冲腔,找到合理的成型曲线使坯料在超塑成型后壁厚均匀分布,能够解决一类变壁厚凹槽结构钛合金钣金件的生产制造,成型后壁厚公差控制在±0.2mm,且凹槽处型面符合度在±0.3mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具及其应用,属于超塑成形技术领域。
背景技术
钛合金产品在航空航天领域应用逐渐广泛,钛合金在高温下具有良好的超塑性能,利用钛合金产品的超塑性能,通过合理的工艺参数能够获得型面较为复杂,且成型后壁厚均匀的产品。超塑成型工艺的运用在一定程度上有效弥补了原有钛合金产品通过机械加工、热压成型、旋压成型等方法成型的缺点,但是现有钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型后的壁厚公差控制以及凹槽处型面符合度很难到达要求。因此,提供一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具及其应用是十分必要的。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题,提供一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具及其应用。
一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,该模具包括下模1和上模2,所述的下模1的工作型面为向外凸的圆弧,且下模1上设有向内凹的成型腔3,成型腔3的外侧设有压边梗4,在成型腔3内设有两处出气孔5;所述的上模2工作型面为向内凹的圆弧,且上模2向内凹设有进气缓冲腔6,进气缓冲腔6内设有进气孔7,并且在进气缓冲腔6的侧设有压边梗4,所述的上模2的压边梗4与所述的下模1的压边梗4对应,所述的进气缓冲腔6与成型腔3对应,以使上模2和下模1闭合时,进气缓冲腔6和V字型槽3形成封闭空间。
进一步地,成型腔3为V字型凹槽,所述的V字型凹槽深度为8-9mm。
进一步地,进气缓冲腔6的腔深度为0.5mm。
进一步地,下模1两端分别设有定位柱8,所述的上模2两端分别设有定位孔9,所述的定位柱8与定位孔9对应。
进一步地,下模1和上模2上分别设有两个模具测温孔10。
应用上述成型模具超塑成型钣金件的工艺方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,准备坯料:
通过激光切割或线切割出坯料,坯料两端预留有定位耳片,然后采用铣切割方法在坯料上加工V字凹槽结构;
步骤2,超塑成型,具体操作过程如下:
S1,模具清理:首先对模具进行修磨,然后采用压缩空气去除模具上的硬质颗粒物,并用棉布进一步擦拭去除杂质与油污;
S2,板料处理:首先检查板料侧表面,确保无杂质后喷涂润滑涂料;
S3,成型前准备:固定上模2,下模1居中放置在热成型设备下平台上,将厚度为3.2mm放置在下模1上,下降上模2并调解下模1与上模2间隙,卡紧下模1,抬起上模2,取出铝板,并将超塑成形设备的氩气进气气路与进气孔7连接;
S4,模具清理:清理模具表面至无残留的硬质颗粒物及油污,并在上模2和下模1上喷涂润滑涂料;
S5,升温:将上模2和下模1闭合,然后将上模2上移20-50mm,将监测热电偶插入模具测温孔10内,然后以速率75℃/h的加热速录,将模具升温至750-770℃;
S6,成型操作:
首先将坯料与下模回水平接触,并保证定位耳片与定位柱8无干涉;然后向下移动上模2,使上模2刚好接触坯料,保温15min;然后在合模压力为500KN,上模2下压速率为1-2mm/s条件下保压15-20min;保压完成后,以75℃/h的加热速率,将模具升温至915-925℃,并将模具机械压力加载到500KN,并保持加压状态;开始通入氩气,并进行阶段式的加压处理,成型结束后停止加热,并保证炉门和模具处于闭合状态,冷却至模具温度为700℃后,采用1mm/s的速度起模,待上模2或下模1与零件无接触摩擦时快速起模,取出成型后板料,并水平摆放在石棉网上自然冷却。
进一步地,步骤1中铣切割方法在坯料上加工的V字凹槽深度为1.2mm。
进一步地,S1的具体操作过程为:对模具型面区、导向及导向配合位置处的划伤、拉伤、凸起以及不平整处进行修磨,要求修磨后的表面与相邻表面平滑过渡,高低差小于0.05mm,粗糙度小于3.2。
进一步地,S6中阶段式加压处理的体操作过程为:10min升压到500KPa,保压10min;保压结束后,10min升压到1000Kpa,保压10min;保压结束后,20min升压到1500Kpa,保压20min;保压结束后,10min升压到2000Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到2500Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到3000Kpa,保压10min。
进一步地,钣金件为具有V字型凹槽的圆弧状结构,钣金件的V字凹槽结构的壁厚为1.8mm,除V字凹槽结构以外的厚度为3.0mm,V字结构深度8-9mm。
本发明具有以下有益效果:本发明在模具上设计进气缓冲腔,找到合理的成型曲线使坯料在超塑成型后壁厚均匀分布,能够解决一类变壁厚凹槽结构钛合金钣金件的生产制造,成型后壁厚公差控制在±0.2mm,且凹槽处型面符合度在±0.3mm。
附图说明
图1为模具合模时示意图;
图2为上模结构示意图;
图3为下模结构示意图;
图4为经过铣切割处理后的坯料结构示意图;
图5为钣金件正视图;
图6为钣金件侧视图;
图7为图5A-A处截面图;
图中1-下模,2-上模,3-成型腔,4-压边梗,5-出气孔,6-进气缓冲腔,7-进气孔,8-定位柱,9-定位孔,10-模具测温孔。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1:
如图1-图3所示,该模具包括下模1和上模2,所述的下模1的工作型面为向外凸的圆弧,且下模1上设有向内凹的成型腔3,成型腔3的外侧设有压边梗4,在成型腔3内设有两处出气孔5;所述的上模2工作型面为向内凹的圆弧,且上模2向内凹设有进气缓冲腔6,进气缓冲腔6的腔深度为0.5mm,进气缓冲腔6内设有进气孔7,并且在进气缓冲腔6的侧设有压边梗4,所述的上模2的压边梗4与所述的下模1的压边梗4对应,所述的进气缓冲腔6与成型腔3对应,以使上模2和下模1闭合时,进气缓冲腔6和V字型槽3形成封闭空间。
其中成型腔3为V字型凹槽,该V字型凹槽深度为8-9mm。
下模1两端分别设有定位柱8,上模2两端分别设有定位孔9,定位柱8与定位孔9对应。
且在下模1和上模2上分别设有两个模具测温孔10。
应用上述模具超塑成型钣金件的工艺方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,准备坯料:
通过激光切割或线切割出坯料,坯料两端预留有定位耳片,然后采用铣切割方法在坯料上加工V字凹槽结构,铣切割方法在坯料上加工的V字凹槽深度为1.2mm,如图4所示;
步骤2,超塑成型,具体操作过程如下:
S1,模具清理:首先对模具进行修磨,然后采用压缩空气去除模具上的硬质颗粒物,并用棉布进一步擦拭去除杂质与油污;
具体为:对模具型面区、导向及导向配合位置处的划伤、拉伤、凸起以及不平整处进行修磨,要求修磨后的表面与相邻表面平滑过渡,高低差小于0.05mm,粗糙度小于3.2。
S2,板料处理:首先检查板料侧表面,确保无杂质后喷涂润滑涂料;
S3,成型前准备:固定上模2,下模1居中放置在热成型设备下平台上,将厚度为3.2mm放置在下模1上,下降上模2并调解下模1与上模2间隙,卡紧下模1,抬起上模2,取出铝板,并将超塑成形设备的氩气进气气路与进气孔7连接;
S4,模具清理:清理模具表面至无残留的硬质颗粒物及油污,并在上模2和下模1上喷涂润滑涂料;
S5,升温:将上模2和下模1闭合,然后将上模2上移20-50mm,将监测热电偶插入模具测温孔10内,然后以速率75℃/h的加热速录,将模具升温至750-770℃;
S6,成型操作:
首先将坯料与下模回水平接触,并保证定位耳片与定位柱8无干涉;然后向下移动上模2,使上模2刚好接触坯料,保温15min;然后在合模压力为500KN,上模2下压速率为1-2mm/s条件下保压15-20min;保压完成后,以75℃/h的加热速率,将模具升温至915-925℃,并将模具机械压力加载到500KN,并保持加压状态;开始通入氩气,并进行阶段式的加压处理,阶段式加压处理的体操作过程为:10min升压到500KPa,保压10min;保压结束后,10min升压到1000Kpa,保压10min;保压结束后,20min升压到1500Kpa,保压20min;保压结束后,10min升压到2000Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到2500Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到3000Kpa,保压10min;
成型结束后停止加热,并保证炉门和模具处于闭合状态,冷却至模具温度为700℃后,采用1mm/s的速度起模,待上模或下模与零件无接触摩擦时调快起模速度;取件时夹持毛坯前后耳片位置,取料时板料不可偏扭,水平摆放在保温石棉板上自然冷却。
如图5-图7所示,钣金件为具有V字型凹槽的圆弧状结构,钣金件的V字凹槽结构的壁厚为1.8mm,除V字凹槽结构以外的厚度为3.0mm,V字结构深度8-9mm。
Claims (10)
1.一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,其特征在于,该模具包括下模(1)和上模(2),所述的下模(1)的工作型面为向外凸的圆弧,且下模(1)上设有向内凹的成型腔(3),成型腔(3)的外侧设有压边梗(4),在成型腔(3)内设有两处出气孔(5);所述的上模(2)工作型面为向内凹的圆弧,且上模(2)向内凹设有进气缓冲腔(6),进气缓冲腔(6)内设有进气孔(7),并且在进气缓冲腔(6)的外侧设有压边梗(4),所述的上模(2)的压边梗(4)与所述的下模(1)的压边梗(4)对应,所述的进气缓冲腔(6)与成型腔(3)对应,以使上模(2)和下模(1)闭合时,进气缓冲腔(6)和成型腔(3)形成封闭空间。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,其特征在于,所述的成型腔(3)为V字型凹槽,所述的V字型凹槽深度为8-9mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,其特征在于,所述的进气缓冲腔(6)的腔深度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,其特征在于,所述的下模(1)两端分别设有定位柱(8),所述的上模(2)两端分别设有定位孔(9),所述的定位柱(8)与定位孔(9)对应。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金变壁厚凹槽结构钣金件成型模具,其特征在于,所述的下模(1)和上模(2)上分别设有两个模具测温孔(10)。
6.应用上述成型模具超塑成型钣金件的工艺方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
步骤1,准备坯料:
通过激光切割或线切割出坯料,坯料两端预留有定位耳片,然后采用铣切割方法在坯料上加工V字凹槽结构;
步骤2,超塑成型,具体操作过程如下:
S1,模具清理:首先对模具进行修磨,然后采用压缩空气去除模具上的硬质颗粒物,并用棉布进一步擦拭去除杂质与油污;
S2,板料处理:首先检查板料侧表面,确保无杂质后喷涂润滑涂料;
S3,成型前准备:固定上模(2),下模(1)居中放置在热成型设备下平台上,将厚度为3.2mm的铝板放置在下模(1)上,下降上模(2)并调解下模(1)与上模(2)间隙,卡紧下模(1),抬起上模(2),取出铝板,并将超塑成形设备的氩气进气气路与进气孔(7)连接;
S4,模具清理:清理模具表面至无残留的硬质颗粒物及油污,并在上模(2)和下模(1)上喷涂润滑涂料;
S5,升温:将上模(2)和下模(1)闭合,然后将上模(2)上移20-50mm,将监测热电偶插入模具测温孔(10)内,然后以速率75℃/h的加热速录,将模具升温至750-770℃;
S6,成型操作:
首先将坯料与下模(1)水平接触,并保证定位耳片与定位柱(8)无干涉;然后向下移动上模(2),使上模(2)刚好接触坯料,保温15min;然后在合模压力为500KN,上模(2)下压速率为1-2mm/s条件下保压15-20min;保压完成后,以75℃/h的加热速率,将模具升温至915-925℃,并将模具机械压力加载到500KN,并保持加压状态;开始通入氩气,并进行阶段式的加压处理,成型结束后停止加热,并保证炉门和模具处于闭合状态,冷却至模具温度为700℃后,采用1mm/s的速度起模,待上模(2)或下模(1)与零件无接触摩擦时快速起模,取出成型后板料,并水平摆放在石棉网上自然冷却。
7.根据权利要求6所述的工艺方法,其特征在于,所述的步骤1中铣切割方法在坯料上加工的V字凹槽深度为1.2mm。
8.根据权利要求6所述的工艺方法,其特征在于,所述的S1的具体操作过程为:对模具型面区、导向及导向配合位置处的划伤、拉伤、凸起以及不平整处进行修磨,要求修磨后的表面与相邻表面平滑过渡,高低差小于0.05mm,粗糙度小于3.2。
9.根据权利要求6所述的工艺方法,其特征在于,所述的S6中阶段式加压处理的体操作过程为:10min升压到500KPa,保压10min;保压结束后,10min升压到1000Kpa,保压10min;保压结束后,20min升压到1500Kpa,保压20min;保压结束后,10min升压到2000Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到2500Kpa,保压10min;保压结束后,10min升压到3000Kpa,保压10min。
10.权利要求6所述的工艺方法超塑成型的钣金件,其特征在于,所述的钣金件为具有V字型凹槽的圆弧状结构,钣金件的V字凹槽结构的壁厚为1.8mm,除V字凹槽结构以外的厚度为3.0mm,V字结构深度8-9mm。
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