CN113182405B - 一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及叶片技术领域，公开了一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件，所述热扭转成形方法如下：将叶片根部进行刚性固定，叶尖放入扭转模具型腔内，待炉内温度稳定后，控制压力机压头下行，带动扭转模具以1°/min的速率转动15°，中间停歇10s，压头继续下行，带动扭转模具仍以同样恒定速率转动15°，中间停歇15s；第二段应力松弛结束后，压头继续带动扭转模具转动15°，中间停歇20s，进行应力松弛；完成第三段应力松弛后，扭转模具继续转动10°，热扭转过程结束；所述热扭转方法可以获得残余应力较小的钛合金空心叶片零件，经过合理的间断性应力松弛，可以保证每次热扭转成形后叶片空心区域的加强筋形状及位置的一致性。

Description

一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件

技术领域

本发明涉及叶片技术领域，具体为一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件。

背景技术

风扇叶片作为涡轮风扇发动机的重要部件，要求外部型面准确，表面光滑，零件整体具有良好的综合性能。两层结构空心叶片结构特殊，外形复杂，叶片弯扭角度较大，尤其对于扩散连接后焊缝及内部空心加强筋区域的形状及位置分布不容易控制，在扭转过程中具有复杂的应力分布和特殊的损伤演变规律；应力松弛可以保持总应变不变，应力不断下降，在某些工艺中，则需要利用材料在高温条件下的应力松弛性能，以减小零件成形后的回弹，降低参与应力，保证成形精度。

叶片的扭转工艺对于控制产品的质量很关键。应力分布不均匀直接影响叶片成形外型与理想外形的吻合度，例如叶片空心区域的加强筋，扭转成形后筋不一定都能笔直垂直于面板。需要综合考虑热力耦合等因素影响下空心叶片热扭转形状精度及内部质量控制策略问题。

综上所述，如何降低叶片产品在热制造过程中的应力集中水平，提高叶片量产成型质量一致性是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件，具备降低空心叶片制作模具的结构复杂度，降低空心叶片制作过程中的耗能，降低叶片产品在热制造过程中的应力集中水平，提高叶片量产成形质量的一致性的优点，解决了叶片产品在热制造过程中的应力集中水平不同，叶片量产成型质量不同的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件，所述热扭转成形方法包括如下步骤：

先通过机加工制得两块内侧带减重槽的平板，经模压扩散连接得到整体空心平板毛坯；

将热扭转装置加热至750℃～800℃，之后保温1小时；

至少两个夹持装置对放入炉内的钛合金空心叶片进行固定；

通过预设工装对钛合金空心叶片胚料根部进行刚性固定，以及扭转模具对钛合金叶片的叶尖部位进行固定；

打开炉门，放置叶片坯料，将叶片根部进行刚性固定，将叶尖端置于扭转模具型腔中，并且叶尖夹持部位与扭转模具型腔在宽度方向上具有0.5～0.7mm的间隙，保证了取放件的方便以及扭转过程中叶尖端在型腔中的定位精度。叶片叶根部位通过预设工装固定，防止其移动。

对钛合金叶片进行至少两次的高温扭转过程；其中所述高温扭转过程为钛合金叶片扭转一定角度后进行一定时间的应力松弛；

待炉内温度稳定在750～800℃后，等待10分钟，启动液压机的压头，以使压头带动扭转上压块向下移动，通过连杆进而使扭转模具以小于1°/min的速率转动15°，中间停歇10s，进行应力松弛；步骤一，第一段应力松弛结束后，压头继续下行，带动扭转模具仍以同样恒定速率转动15°，中间停歇15s，进行第二段应力松弛；

步骤二，第二段应力松弛结束后，压头继续带动扭转模具转动15°，中间停歇20s，进行第三段应力松弛；

步骤三，完成第三段应力松弛后，扭转模具继续转动10°，热扭转过程结束；

步骤四，待炉内温度冷却至300℃时，打开炉门，将叶片迅速夹持到特制随形冷却架上空冷。降低叶片内变形造成的应力集中水平，达到了减小叶片回弹，降低应力集中水平的目的。

本发明还提供了一种钛合金扭转组件，用于所述一种钛合金叶片热扭转方法，所述扭转组件包括：底座，以及设置在底座上的可旋转地扭转固定件；

进一步地，所述底座包括设置在底座两侧板上的滚子轴承，以及连接着底座两侧滚子轴承的滚子圆轴；所述扭转固定件包括上压块，连杆以及扭转模具；

具体地，所述连杆的两端分别开设有上通孔和下通孔，所述上通孔内设置有可转动地压块圆轴并且与上压块相连接，所述下通孔内设置有可转动地扭转圆轴并且与扭转模具相连接，所述扭转模具通过滚珠圆轴与底座相连接，轴孔间隙为0.5mm～0.7mm，在轴孔间隙中充填足量的高温润滑石墨；

所述扭转模具侧面开设有夹持型腔，用于夹持胚料叶片尖端部分，且型腔与胚料叶片的夹持深度至少40mm。

此种方法简单易行，尤其适用于小型空心叶片，成形可靠，成本低廉，可以降低空心叶片制作模具的结构复杂度，降低空心叶片制作过程中的耗能，大大降低叶片产品在热制造过程中的应力集中水平，提高叶片量产成形质量的一致性。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件，具备以下有益效果：采用上述空心叶片成形技术制作空心叶片时，不需要专用热扭转设备，在通用压力机上即可实施，使压头通过直动带动扭转模具共同转动，以实现空心叶片胚料的扭转。解决了叶片产品在热制造过程中的应力集中水平不同，叶片量产成型质量不同的问题，并且采用多段扭转以及应力松弛，叶片内部应力集中水平大大降低，综合性能显著提高，可以实现稳定的制造。

附图说明

图1为本发明正面整体结构示意图；

图2为本发明背面结构示意图；

图3为本发明底座结构示意图。

图中：1、扭转模具；2连杆、；3、上压块；4、夹持型腔；5、底座；6、压块圆轴；7、扭转圆轴；8、滚子轴承。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-3所示，一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法及其扭转组件，所述热扭转成形方法包括:

先通过机加工制得两块内侧带减重槽的平板，经模压扩散连接得到整体空心平板毛坯；

将热扭转装置加热至750℃～800℃，之后保温1小时；

至少两个夹持装置对放入炉内的钛合金空心叶片进行固定；

进一步地，通过预设工装对钛合金空心叶片胚料根部进行刚性固定，以及扭转模具1对钛合金叶片的叶尖部位进行固定；

具体地，打开炉门，放置叶片坯料，将叶片根部进行刚性固定，将叶尖端置于扭转模具1型腔中，并且叶尖夹持部位与扭转模具1型腔在宽度方向上具有0.5～0.7mm的间隙，保证了取放件的方便以及扭转过程中叶尖端在型腔中的定位精度。叶片叶根部位通过预设工装固定，防止其移动。

对钛合金叶片进行至少两次的高温扭转过程；其中所述高温扭转过程为钛合金叶片扭转一定角度后进行一定时间的应力松弛；

进一步地，待炉内温度稳定在750～800℃后，等待10分钟，启动液压机的压头，以使压头带动扭转上压块3向下移动，通过连杆2进而使扭转模具1以小于1°/min的速率转动15°，中间停歇10s，进行应力松弛，降低叶片内变形造成的应力集中水平，达到了减小叶片回弹，降低应力集中水平的目的。具体步骤如下：

步骤一，第一段应力松弛结束后，压头继续下行，带动扭转模具1仍以同样恒定速率转动15°，中间停歇15s，进行第二段应力松弛；

步骤二，第二段应力松弛结束后，压头继续带动扭转模具1转动15°，中间停歇20s，进行第三段应力松弛；

步骤三，完成第三段应力松弛后，扭转模具1继续转动10°，热扭转过程结束；

步骤四，待炉内温度冷却至300℃时，打开炉门，将叶片迅速夹持到特制随形冷却架上空冷。

本发明还提供一种钛合金叶片扭转组件，用于所述一种钛合金叶片热扭转方法，所述扭转组件包括：底座5，以及设置在底座5上的可旋转地扭转固定件；

进一步地，所述底座5包括设置在底座5两侧板上的滚子轴承8，以及连接着底座5两侧滚子轴承8的滚子圆轴；所述扭转固定件包括上压块3，连杆2以及扭转模具1；

具体地，所述底座5由一块平板和焊接在顶面两侧的侧板构成，两侧所述侧板用于为扭转模具1转动提供支持，所述连杆2的两端分别开设有上通孔和下通孔，所述上通孔内设置有可转动地压块圆轴6并且与上压块3相连接，所述下通孔内设置有可转动地扭转圆轴7并且与扭转模具1相连接，所述扭转模具1通过滚珠圆轴与底座5相连接，轴孔间隙为0.5mm～0.7mm，在轴孔间隙中充填足量的高温润滑石墨；

所述扭转模具1为圆板结构，所述扭转模具1侧面开设有夹持型腔4，用于夹持胚料叶片尖端部分，且型腔与胚料叶片的夹持深度至少40mm。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种钛合金空心叶片的热扭转成形方法，其特征在于，所述热扭转成形方法包括：

至少两个夹持装置对放入炉内的钛合金空心叶片进行固定；对钛合金叶片进行至少两次的高温扭转过程；其中所述高温扭转过程为钛合金叶片扭转一定角度后进行一定时间的应力松弛；

对钛合金叶片进行至少两次的高温扭转过程步骤包括：

S1:待炉内温度稳定在750~800℃后，等待10分钟，通过液压机的压头推动扭转模具（1）运动，使得扭转模具（1）以小于1°/min的速率转动15°，中间停歇10s，进行应力松弛;

S2:第一段应力松弛结束后，压头继续下行，带动扭转模具（1）仍以同样恒定速率转动15°，中间停歇15s，进行第二段应力松弛；

S3:第二段应力松弛结束后，压头继续带动扭转模具（1）转动15°，中间停歇20s，进行第三段应力松弛；

S4:完成第三段应力松弛后，扭转模具（1）继续转动10°，热扭转过程结束；

所述热扭转成形方法还包括：

基于高温扭转过程后的钛合金空心叶片，进行冷却；

至少两个夹持装置对放入炉内的钛合金空心叶片进行固定的步骤包括：

通过预设工装对钛合金空心叶片胚料根部进行刚性固定，以及扭转模具对钛合金叶片的叶尖部位进行固定；

所述扭转模具对钛合金叶片的叶尖部位进行固定的步骤包括：

叶尖夹持部位卡合在扭转模具型腔中，并且叶尖夹持部位卡合在扭转模具型腔中的宽度方向上具有0.5-0.7mm的间隙。

2.根据权利要求1所述的热扭转成形方法，其特征在于：基于高温扭转过程后的钛合金空心叶片，进行冷却的步骤包括：

待炉内温度冷却至300℃时，打开炉门，将叶片迅速夹持到特制冷却架上空冷。

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