CN112916697A - 一种直升机桨叶包边分段分步成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钛合金薄板成形技术领域，特别涉及一种直升机桨叶包边分段分步成形方法。所述成形方法包括：S1、将钛合金板料延其长度方向划分为若干组待加热段，且相邻两组待加热段有重叠部分；S2、将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；S3、通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形，得到一组已成形段。本发明是一种高效低成本的成形方法，可解决现有技术对设备要求较高，或采用分段焊接易出现变形、精度较低等问题。

Description

一种直升机桨叶包边分段分步成形方法
技术领域
本发明属于钛合金薄板成形技术领域，特别涉及一种直升机桨叶包边分段分步成形方法。
背景技术
桨叶是直升机旋翼系统的重要组成部分，直升机旋翼桨叶主要由复合材料本体、防除冰加热组件和前缘包边三部分组成。其中前缘包边是桨叶的重要防护结构，其主要作用包括：保护桨叶在高速旋转时，不被空气冲刷，防止桨叶分层被破坏；保护桨叶的复合材料本体、防除冰加热组件不被扬起的沙尘、碎石及其它异物撞击，以提高复合材料桨叶的整体抗空气冲刷和外物冲击性能。
目前直升机桨叶前缘包边一般采用不锈钢或钛合金，不锈钢一般采用冷冲压成形，而钛合金必须采用热成形。热成形工艺可实现钛合金复杂薄壁构件的整体近净成形。但是，目前受热成形设备平台尺寸限制，钛合金热成形构件最大尺寸不超过3米，而直升机旋翼桨叶长度至少在5米以上，重型直升机的旋翼桨叶包边长达10米，因此现有设备很难直接成形出整个桨叶包边。
目前对直升机旋翼桨叶进行包边的方法有：一种是采用分段成形，然后采用焊接的方式拼接起来；但由于包边厚度很薄，极易出现变形，很难保证精度，影响使用性能。另一种是采用渐进成形的方法，但该方法只能成形截面形状不变的简单零件，如专利号为201811561155.7的专利中公开的技术方案，无法适用于截面形状变化的复杂形状零件的包边成形处理。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种直升机桨叶包边分段分步成形方法，所述成形方法包括：
S1、将钛合金板料延其长度方向划分为若干组待加热段，且相邻两组待加热段有重叠部分；
S2、将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S3、通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形，得到一组已成形段；
S4、将所述已成形段放置在感应加热线圈的U型段、将所述钛合金板料上与该已成形段相邻的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S5、返回执行步骤S3，直至钛合金板料的所有待加热段全部冲压为已成形段，得到桨叶包边。
进一步的，所述感应加热线圈还包括过渡段，所述过渡段位于平直段和U型段之间；
所述平直段为平板状；所述U型段的径向截面形状与所述钛合金板料的已成形段的径向截面形状相同；所述过渡段的结构和所述钛合金板料上相邻的已成形段与待加热段之间的连接段结构相同。
进一步的，将所述钛合金板料放置在所述感应加热线圈上进行加热时，所述钛合金板料和感应加热线圈之间的距离为0.1mm~10mm。
进一步的，所述将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热包括：
在对所述待加热段进行加热时，通过红外测温设备对待加热段进行测温；
当所述待加热段温度达到600℃~850℃时，停止加热，此时该组所述待加热段完成加热，得到一组待成形段。
进一步的，所述成形模具包括模具本体和压力机；
所述模具本体包括凸模和凹模；所述压力机包括上平台和下平台；所述凸模安装在上平台的下端，所述凹模安装在下平台的上端。
进一步的，所述通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形包括：
将所述待成形段放置在成形模具型腔位置后，压力机控制凸模下压，凸模和凹模压紧，对位于型腔中的待成形段进行冲压，控制压力机保压1s~10min，保压压力100kg~50T。
进一步的，所述钛合金板料上相邻的两组待成形段之间存在重叠部分，并且相邻的两组待成形段之间的重叠部分的长度大于相邻的两组待加热段之间的重叠部分的长度。
本发明提供的成形方法针对直升机桨叶包边细长的特点，将钛合金板料划分为多段进行分步成形，从而降低了对设备的要求，并采用感应加热的方式进行加热，采用红外测温进行板料的测温，提高加热效率和成形效率，因此本发明是一种高效低成本的成形方法，可解决现有技术对设备要求较高，或采用分段焊接易出现变形、精度较低等问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的成形方法的流程示意图；
图2示出了根据本发明实施例的感应加热线圈的结构示意图；
图3示出了根据本发明实施例的成形模具的结构示意图；
图4示出了根据本发明实施的钛合金板料的分段示意图；
图5示出了根据本发明实施例分步成形的场景示意图。
图中：1、U型段；2、过渡段；3、平直段；4、上平台；5、下平台；6、凸模；7凹模。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种直升机桨叶包边分段分步成形方法，示例性的，如图所示，所述成形方法包括：
S1、将钛合金板料延其长度方向划分为若干组待加热段，且相邻两组待加热段有重叠部分；
S2、将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S3、通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形，得到一组已成形段；
S4、将所述已成形段放置在感应加热线圈的U型段、将所述钛合金板料上与该已成形段相邻的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S5、返回执行步骤S3，直至钛合金板料的所有待加热段全部冲压为已成形段，得到桨叶包边。
具体的，所述钛合金板料为细长板料，其尺寸可根据需要包边的直升机桨叶尺寸进行设计、调整。
所述感应加热线圈采用平面螺旋结构，示例性的，如图2所示，所述感应加热线圈包括平直段3、U型段1和两者之间的过渡段2；所述平直段3为平板状；所述U型段1的结构与直升机桨叶包边形状对应，所述U型段1的径向截面形状与所述钛合金板料的已成形段的径向截面形状相同，且将所述已成形段放置在U型段中时，两者连接处完全贴合，提高感应加热线圈的加热效果；所述过渡段2的结构和所述钛合金板料上相邻的已成形段与待加热段之间的连接段结构相同，在将所述钛合金板料的已成形段放置在U型段1内、相邻的待加热段放置在平直段3上时，所述钛合金板料的已成形段和待加热段之间的连接段刚好处于所述感应加热线圈的过渡段2上，且所述连接段与过渡段2的连接处完全贴合，确保感应加热线圈对钛合金板料上的连接段具有良好的加热效果。
将所述钛合金板料放置在所述感应加热线圈上进行加热时，所述钛合金板料和感应加热线圈之间的距离为0.1mm~10mm。
优选的，通过感应加热线圈对钛合金板料的待加热段加热时，采用红外测温设备对所述待加热段进行测温，当所述待加热段温度达到预设标准时，将其快速放入成形模具中进行冲压成形处理。
例如，当钛合金板料的一组待加热段温度达到600℃~850℃时，停止加热，此时该组待加热段完成加热，得到一组待成形段。
在将钛合金板料从感应加热线圈处移动至成形模具处时，可采用具有精确定位功能的机械手或者其它运动机构进行夹持和移动，确保钛合金板料在模具上的精确定位。
进一步的，所述成形模具包括模具本体和压力机。所述模具本体包括凸模6和凹模7，示例性的，如图3所示，所述凹模7的型腔与桨叶包边形状相同。在成形加工前，将模具本体安装在压力机上。例如，将凸模6安装在压力机的上平台4的下端，将凹模7安装在压力机的下平台5的上端。所述凸模6和凹模7在压力机上的安装位置可根据实际情况进行互换。
例如，所述感应加热线圈对钛合金板料的一组待加热段加热后，得到一组待成形段，机械手对所述钛合金板料进行转移，将该组待成形段放置在凹模7的型腔上。待成形段在凹模7上的定位精度小于0.5mm，且将待成形段从感应加热线圈上转移至成形模具处的时间小于1min。所述待成形段到位后，压力机控制凸模6下压，凸模6和凹模7压紧，对位于型腔中的待成形段进行冲压，控制压力机保压1s~10min，保压压力100kg~50T。该组待成形段完成冲压成形后，即为已成形段；将钛合金板料从成形模具中取出，再次转移至感应加热线圈处，使与该组已成形段相邻的另一组待加热段位于感应加热线圈上，继续进行加热处理，形成下一组待成形段。
需要说明的是，所述钛合金板料上相邻的两组待成形段之间存在重叠部分，并且相邻的两组待成形段之间的重叠部分的长度大于相邻的两组待加热段之间的重叠部分的长度。
示例性的，如图4所示，一组钛合金板料划分为三组待加热段，依次为第一待加热段、第二待加热段和第三待加热段，其中，第二待加热段包括第一待加热段的一部分，第三待加热段包括第二待加热段的一部分。第一待加热段加热后形成第一待成形段，第二待加热段加热后形成第二待成形段，第三待加热段加热后形成第三待成形段，其中，第二待成形段包括第一待成形段的一部分，第三待加热段包括第二待成形段的一部分，并且相邻的两组待成形段的重叠部分的长度大于相邻的两组待加热段的重叠部分。上述设计避免了钛合金板料上后一段待成形段在成形过程导致前一段已成形段发生变形的情况发生。
优选的，所述感应加热线圈可与成形模具固定连接，设置为一体化结构；也可以独立设置，但是所述感应加热线圈与成形模具的距离应尽量近，确保钛合金板料完成加热后能够从感应加热线圈上快速转移至成形模具上，减少热量流失，保证钛合金板料的待成形段的温度满足冲压要求。
本发明提供的成形方法针对直升机桨叶包边细长的特点，将钛合金板料划分为多段进行分步成形，从而降低了对设备的要求，并采用感应加热的方式进行加热，采用红外测温进行板料的测温，提高加热效率和成形效率，因此本发明是一种高效低成本的成形方法，可解决现有技术对设备要求较高，或采用分段焊接易出现变形、精度较低等问题。
实施例1
计划生产的直升机桨叶包边总长为10米，选用TC4钛合金板料，板料厚度为0.5mm，板料宽度为500mm，长度为11.5m。如图3所示，选用的成形模具包括三个型腔，且每个型腔的长度为3.9m；选用的感应加热线圈总长4m，其中平直段长3700mm，U型段长100mm，过渡段长200mm。
将该板料划分为若干组待加热段，进行分布成形处理，如图5所示（图中以3组待加热段为例），成形过程包括：
步骤一：将板料的第一待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，所述第一待加热段与感应加热线圈的距离为3mm~5mm，采用红外测温仪对第一待加热段进行测温。
步骤二：当第一待加热段的温度达到800℃时，此时第一待加热段转为第一待成形段；停止加热，采用高精度三维转移装置快速将板料转移到成形模具上的一组型腔上方对应的位置，位置精度由转移装置控制，定位精度小于0.5mm，转移时间应小于10s；然后控制压力机上平台向下移动，进行冲压成形。上平台下移速度为3mm/s。当凸模和凹模压紧后，控制压力机保压压力10T，保压时间1min。
步骤三：第一待加热段成形后，即为第一已成形段；将板料再次转移到感应加热线圈上，使板料的第二待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方，第一已成形段位于U型段的上方，进行加热；并采用红外测温仪对第二待加热段进行测温。
步骤四：重复执行步骤二和步骤三，完成第二待加热段和第三待加热段的加热和成形处理；得到桨叶包边。
需要说明的是，板料上的待加热段和待成形段的位置关系如图4所示（以3段为例）。相邻的两组待加热段之间有重叠部分，相邻的两组待成形段之间有重叠部分；且相邻的两组待成形段的重叠部分的长度大于相邻的两组待加热段的重叠部分。上述设计可避免板料的后一组待成形段在成形过程导致前一组已成形段发生变形的情况发生。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述成形方法包括：
S1、将钛合金板料延其长度方向划分为若干组待加热段，且相邻两组待加热段有重叠部分；
S2、将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S3、通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形，得到一组已成形段；
S4、将所述已成形段放置在感应加热线圈的U型段、将所述钛合金板料上与该已成形段相邻的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热，得到一组待成形段；
S5、返回执行步骤S3，直至钛合金板料的所有待加热段全部冲压为已成形段，得到桨叶包边。
2.根据权利要求1所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述感应加热线圈还包括过渡段，所述过渡段位于平直段和U型段之间；
所述平直段为平板状；所述U型段的径向截面形状与所述钛合金板料的已成形段的径向截面形状相同；所述过渡段的结构和所述钛合金板料上相邻的已成形段与待加热段之间的连接段结构相同。
3.根据权利要求1或2所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，将所述钛合金板料放置在所述感应加热线圈上进行加热时，所述钛合金板料和感应加热线圈之间的距离为0.1mm~10mm。
4.根据权利要求1所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述将钛合金板料的一组待加热段放置在感应加热线圈的平直段上方进行加热包括：
在对所述待加热段进行加热时，通过红外测温设备对待加热段进行测温；
当所述待加热段温度达到600℃~850℃时，停止加热，此时该组所述待加热段完成加热，得到一组待成形段。
5.根据权利要求1所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述成形模具包括模具本体和压力机；
所述模具本体包括凸模和凹模；所述压力机包括上平台和下平台；所述凸模安装在上平台的下端，所述凹模安装在下平台的上端。
6.根据权利要求1或5所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述通过成形模具对所述待成形段进行冲压成形包括：
将所述待成形段放置在成形模具型腔位置后，压力机控制凸模下压，凸模和凹模压紧，对位于型腔中的待成形段进行冲压，控制压力机保压1s~10min，保压压力100kg~50T。
7.根据权利要求1所述的直升机桨叶包边分段分步成形方法，其特征在于，所述钛合金板料上相邻的两组待成形段之间存在重叠部分，并且相邻的两组待成形段之间的重叠部分的长度大于相邻的两组待加热段之间的重叠部分的长度。
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