CN113305188A - 一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，在钛合金薄壁型材冷拉弯成形过程采用预拉伸和两次冷拉弯相结合的方式，通过预拉伸过程使型材产生一定的预拉伸变形量，后通过两次冷拉弯变形分别成形出曲率半径为400mm～650mm和局部曲率半径为100mm～180mm的曲面形状，控制型材预拉伸变形量在0.5％～2.5％之间，第一次冷拉弯过程中拉力控制在18MPa～35MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在15～35mm/s之间，第二次冷拉时控制拉力在12MPa～25MPa之间；避免由于拉力和速度过大造成型材断裂，或者由于拉力和速度过低造成型材腹板出现起皱现象；本发明方法工艺流程可控，采用预拉伸和两次冷拉弯相结合的方式成形，可以避免热拉伸带来的型材表面氧化现象。

Description

一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法
技术领域
本发明属于钛合金型材冷变形技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁型材冷 拉弯成形方法。
背景技术
钛合金型材作为一种新型高结构效益材料在先进军用飞机上已获得广泛应 用。国际上，俄罗斯及欧美等钛工业发达国家已具有成熟的钛合金型材生产技 术，其生产的钛合金型材均已普遍应用到飞机上。钛合金型材在苏联的飞机上 主要用于飞机升降副翼、方向舵、发动机短舱结构，其中薄壁精密型材在飞机 上的用量在上世纪八十年代已经占到了钛合金毛料重量的16％，主要包括OT4、 BT5、BT6ч、BT20、BT22等多种牌号合金，涵盖了从688MPa～1080MPa不 同强度级别的钛合金系列。截面形式有“T”、“L”、“Z”和“Π”形等多种形状， 壁厚为1.2mm～5mm。欧美国家主要在大型客机和运输机上大量应用钛合金厚 壁型材和薄壁型材，其中美国最大的钛合金制造商RTI公司生产的钛合金薄壁 型材经热蠕变拉弯成形后，已经成功应用，如B-777上“T”形水平安定面加强筋、 “L”形机翼梁，A-340上“Π”形襟翼滑轨等。在钛合金拉弯成形设备方面，如 法国ACB公司、美国CYRIL BATH公司和LF公司均可以生产满足型材成形的 设备，并且能达到很高的制造精度。2010年，美国CYRILBATH公司对自阻加 热系统进行改进，在周围增加了保温箱，提高零件的加热效率和温度均匀性。
国内钛合金型材研制起步较晚，应用上必需使用型材的部位，往往不得已 用钣金件或厚板机加代替，工艺复杂、零件质量不易保证。国内钛合金薄壁型 材主要应用在飞机发动机舱、起落架舱、尾梁、机尾罩、空调系统、防火系统 等飞机各部位，涉及到的钛合金包括BT20(TA15)和OT4(TC2)两种牌号， 等边L形、不等边L形、T形、锐角L形、Z形等多种规格。钛合金薄壁型材 用于飞机长桁、隔框、隔板以及连接角材等部位时，与机身连接处多为异型曲 面，因此型材装机前需要进行拉弯成形。
国内在进行国产钛合金型材冷拉弯生产过程中，由于型材壁厚尺寸和性能 均匀性差，当采用大变形量或较大的拉伸力时出现局部裂纹甚至断裂情况，当 采用较小变形量或较小的拉伸力时又极易出现局部起皱、回弹大(最大回弹量 30mm左右)、精度不高，无法采用稳定化退火热处理进行矫形(即使采用退火 处理后再进行补拉，回弹依然较大)。另外，国内工厂的成形设备多靠工人的个 人经验，且部分型材的局部小曲率半径成形只能采用工人手工成形，成形后工 件局部翘曲变形、精度差，一定程度上制约了我国型材成形技术的发展。因此， 近年来国内陆续研发了小型拉伸成型设备，通过在型材周围安装加热保温炉， 或通过自阻加热系统利用型材坯料自身电阻产生焦耳热，从而完成型材的热拉 伸成形。但是这种热成形方式，一方面对成形中的加热系统的控温精度和模具 耐热性要求高，模具寿命降低，另一方面型材在加热过程中会发生氧化污染， 影响后续零件精度。因此，急需对现有的冷拉弯工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的是：提出一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，以解决目前 国内的钛合金薄壁型材(尤其是壁厚为1.3mm～2.7mm)厚度不均匀，目标零 件带有大曲率半径和局部小曲率半径的复杂零件的冷拉弯成形难题。
为解决此技术问题，本发明的技术方案是：
一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、准备长度≥3000mm的定尺钛合金薄壁型材，确保型材平直度满足： 任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角不应大于2°，任何平面上横向放置的 直尺与型材表面之间形成的间隙大小不应超过缘板宽度的1％，型材任何表面 (包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度不应大于2mm；转入步骤二；
步骤二、定尺型材固定：
对定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行壁厚测 量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头， 将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型 材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、定尺型材冷拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的 预拉伸变形量，根据测量的壁厚范围，选择如下：
当壁厚在1.3～2.7mm时，变形量控制在0.5％～2.5％之间，拉伸机的拉力控 制在18MPa～35MPa之间；
步骤四、大曲率半径变形：
当壁厚在1.3～2.7mm时，定尺型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在 18MPa～35MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在15～35mm/s之间，避 免由于拉力和速度过大造成型材断裂，或者由于拉力和速度过低造成型材腹板 出现起皱现象，待型材冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型 材大曲率半径处于400mm～650mm之间；
步骤五、冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真空保温- 降温矫形：
将冷拉弯后的型材固定到热处理矫形模具上，将真空电炉加热至350℃
～450℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空后保温30min～60min，随炉升温到550℃～650℃继续保温60min～120min，炉冷到200℃ ～300℃，最后开炉门冷却到20℃～50℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气 中冷却到室温；
步骤六、将热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染。
当目标零件包括局部小角度变形时，所述方法在所述步骤四后还包括对局 部小曲率半径变形控制的步骤，具体如下：
将所述步骤四得到的型材中需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中， 然后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上；
当壁厚在1.3～2.7mm时，第二次冷拉时控制拉力在12MPa～25MPa之间，且保 持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材 局部小曲率半径处于100mm～180mm之间。
所述步骤三中控制型材预拉伸变形量和拉力根据下列规则设置：
根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸，计算型材预拉伸变形量，根 据壁厚的公差选择变形量与拉力，壁厚在公差下偏差时，选择小的变形量和小 的拉力；壁厚在公差上偏差时，选择大的变形量和大的拉力；适用于预拉伸变 形、第一次冷拉弯成形、第二次冷拉弯成形变形量与拉力的选择；
当壁厚在1.5～2.5mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在0.8％～2.0％之间，拉伸机的拉力控制在20MPa～30MPa之间。
当壁厚在1.6～2.2mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在1.0％～1.8％之间，拉伸机的拉力控制在22MPa～28MPa之间。
当壁厚在1.8～2.0mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在1.2％～1.6％之间，拉伸机的拉力控制在24MPa～26MPa之间。
当壁厚在1.5～2.5mm时，所述步骤四中钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中 拉力控制在20MPa～30MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在 20～30mm/s之间。
当壁厚在1.5～2.5mm时，所述步骤五中钛合金型材第二次冷拉弯成形过程中 拉力控制在15MPa～20MPa之间。
所述步骤六中将真空电炉加热至400℃，到温后将固定好的型材和热矫形模 具一起装入炉内，抽真空后保温45min。
所述冷拉弯成形方法适用于壁厚为1.3mm～2.7mm的钛合金薄壁型材，适用 于横截面为直角“L”、锐角“L”、“T”型、“U”型；尤其适用于TC1、TC2、 TC4、TA15、TA21等中、低强度钛合金。
本发明具有的优点和有益效果：
本发明主要针对我国飞机上广泛应用的钛合金型材框梁件，采用预拉伸和 两次冷拉弯相结合的方式开展钛合金薄壁型材冷拉弯成形控制，通过预拉伸过 程使型材产生一定的预拉伸变形量，严格控制型材预拉伸变形量在0.5％～2.5％ 之间。然后采用两次冷拉弯变形分别成形出曲率半径为400mm～650mm和局部 曲率半径为100mm～180mm的曲面形状。第一次拉弯过程中拉力控制在 18MPa～35MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在15～35mm/s之间， 第二次冷拉时控制拉力在12MPa～25MPa之间，且保持拉力恒定不变。拉弯后 的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真空保温-降温矫形，固定好的型 材连同模具一起在350～450℃真空保温30～60min，随炉升温到550～650℃保温 60～120min，炉冷到200～300℃，最后开炉门冷却到20℃～50℃，取出空冷到室 温。
采用该发明已经完成了多批次的国产TC2、TC4和TA15等钛合金不同截面 尺寸的型材拉弯成形，制备的型材框梁表面无褶皱和裂纹、表面质量好,拉弯成 形及稳定化热处理后回弹小、尺寸精度高，批次稳定性高，重复性好。另外， 采用本发明方法工艺参数设定简单，操作方便，工艺流程可控，采用预拉伸和 两次冷拉弯相结合的方式成形，一方面可以避免热拉伸带来的型材表面氧化现 象，另一方面可以避免加热过程中引起晶粒粗化、性能下降情况的发生。冷拉 弯后采用分段式真空热处理矫形的同时完成去应力退火，拉弯成形效率高、生 产成本低。
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 的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例 是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领 域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中， 提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通 技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就 可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更 好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱 离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。
下面结合不同的钛合金型材说明本发明的具体步骤和流程；在下面的描述 中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。
实施例1：制备目标零件典型形状：大曲面半径为638mm、小曲面半径 175mm，具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TC2钛合金薄壁等边L型材，其横截面为等边L型，尺 寸(型材横截面单边宽25.5mm、壁厚1.4mm，两边夹角90°，型材长度3500mm)， 型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角小于2°，任何平面上横向放置的 直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板宽度的1％，型材任何表面(包括腹板) 的任一段1000mm长度上纵向弯曲度小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每 间隔100mm进行壁厚测量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两 侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模 具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸1.35mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为0.5％，拉伸机的拉力控制在18MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在18MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在15mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 630mm～650mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在12MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模 具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于160mm～180mm之 间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至350℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温30min，随炉升温到550℃继续保温60min，炉冷到200℃，最后开炉门冷 却到20℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例2：制备目标零件典型形状：大曲面半径为618mm、小曲面半径 153mm，具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TC2钛合金薄壁等边L型材，其横截面为等边L型，尺 寸(型材横截面单边宽31mm、壁厚1.6mm，两边夹角90°，型材长度3400mm)、 型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角小于2°，任何平面上横向放置的 直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板宽度的1％，型材任何表面(包括腹板) 的任一段1000mm长度上纵向弯曲度小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每 间隔100mm进行壁厚测量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两 侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模 具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸1.55mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为1.0％，拉伸机的拉力控制在22MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在22MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在30mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 600mm～630mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在16MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模 具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于150mm～160mm之 间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至400℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温30min，随炉升温到600℃继续保温90min，炉冷到250℃，最后开炉门冷 却到30℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例3：制备目标零件典型形状：大曲面半径586mm、小曲面半径146mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TC2钛合金薄壁等边L型材，其横截面为等边L型，尺 寸(型材横截面单边宽27mm、两边壁厚分别为1.6mm和2.1mm，两边夹角90°， 型材长度3200mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角小于2°，任何 平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板宽度的1％，型材任 何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度小于2mm，转入步骤 二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，以厚度为1.6mm的边为缘板，从型 材中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行缘板壁厚测量，并在型材缘边外 侧进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长 度中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉 伸机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸1.68mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为1.5％，拉伸机的拉力控制24MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在24MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在28mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 560mm～600mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在18MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模 具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于130mm～160mm之 间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至450℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温60min，随炉升温到650℃继续保温120min，炉冷到300℃，最后开炉门 冷却到30℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例4：
制备目标零件典型形状：大曲面半径450mm、小曲面半径125mm，具体 步骤如下：
步骤一、原始型材：TC4钛合金薄壁不等边L型材，其横截面为不等边L 型，尺寸(型材横截面两边分别宽22mm和52mm、壁厚为1.8mm，两边夹角90°， 型材长度3000mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角小于2°，任何 平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板宽度的1％，型材任 何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度小于2mm，转入步骤 二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每 间隔100mm进行壁厚测量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两 侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模 具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸1.92mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为1.6％，拉伸机的拉力控制26MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在26MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在22mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 440mm～470mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在20MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模 具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于100mm～130mm之 间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至420℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温45min，随炉升温到620℃继续保温100min，炉冷到280℃，最后开炉门 冷却到50℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例5：制备目标零件典型形状：大曲面半径480mm、小曲面半径150mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TA15钛合金薄壁锐角L型材，其横截面为锐角L型， 尺寸(型材横截面两边分别宽38mm和42mm、两边壁厚分别为2.0mm和2.5mm， 两边夹角82°，型材长度3000mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转 角小于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板 宽度的1％，型材任何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度 小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，以厚度为2.0mm的边为缘板，从型材 中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行缘板壁厚测量，并在型材缘边外侧 进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度 中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸 机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸2.1mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为1.8％，拉伸机的拉力控制在28MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在28MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在26mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 470mm～500mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在20MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模 具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于130mm～160mm之 间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至380℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温50min，随炉升温到620℃继续保温80min，炉冷到260℃，最后开炉门冷 却到40℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例6：制备目标零件典型形状：大曲面半径600mm、小曲面半径176mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TA15钛合金薄壁锐角L型材，其横截面为锐角L 型，尺寸(型材横截面两边分别宽38mm和42mm、两边壁厚分别为2.0mm和 2.5mm，两边夹角82°，型材长度3200mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵 轴的扭转角小于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙 小于缘板宽度的1％，型材任何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵 向弯曲度小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，以厚度为2.5mm的边为缘板，从型材 中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行缘板壁厚测量，并在型材缘边外侧 进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度 中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸 机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸2.42mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为2.0％，拉伸机的拉力控制在30MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在30MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在20mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于590mm～620mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在18MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小角度的曲率半 径与模具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于 160mm～180mm之间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至400℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温60min，随炉升温到600℃继续保温90min，炉冷到250℃，最后开炉门冷 却到25℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例7：制备目标零件典型形状：大曲面半径620mm、小曲面半径166mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TC2钛合金薄壁锐角L型材，其横截面为锐角L型， 尺寸(型材横截面两边分别宽38mm和42mm、两边壁厚分别为2.0mm和2.5mm， 两边夹角82°，型材长度3300mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转 角小于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板 宽度的1％，型材任何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度 小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，以厚度为2.5mm的边为缘板，从型材 中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行缘板壁厚测量，并在型材缘边外侧 进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度 中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸 机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸2.62mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为2.3％，拉伸机的拉力控制在32MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在32MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在32mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 600mm～640mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在23MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小角度的曲率半 径与模具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于 155mm～180mm之间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至420℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温45min，随炉升温到580℃继续保温75min，炉冷到220℃，最后开炉门冷 却到20℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例8：制备目标零件典型形状：大曲面半径650mm、小曲面半径180mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TC4钛合金薄壁锐角L型材，其横截面为锐角L型， 尺寸(型材横截面两边分别宽38mm和42mm、两边壁厚分别为2.0mm和2.5mm， 两边夹角82°，型材长度3600mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转 角小于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板 宽度的1％，型材任何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度 小于2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，以厚度为2.5mm的边为缘板，从型材 中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行缘板壁厚测量，并在型材缘边外侧 进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度 中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸 机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸2.7mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为2.5％，拉伸机的拉力控制在35MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在35MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在35mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 640mm～660mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在25MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小角度的曲率半 径与模具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于 170mm～185mm之间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至450℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温60min，随炉升温到650℃继续保温120min，炉冷到300℃，最后开炉门 冷却到50℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
实施例9：制备目标零件典型形状：大曲面半径400mm、小曲面半径100mm， 具体步骤如下：
步骤一、原始型材：TA15钛合金薄壁不等边L型材，其横截面为不等 边L型，尺寸(型材横截面两边分别宽22mm和52mm、壁厚为1.8mm，两边 夹角90°，型材长度3000mm，型材任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角小 于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙小于缘板宽度 的1％，型材任何表面(包括腹板)的任一段1000mm长度上纵向弯曲度小于 2mm，转入步骤二；
步骤二、对步骤一中转入的定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每 间隔100mm进行壁厚测量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两 侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模 具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、型材拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸 变形量，根据步骤二中测量的型材缘边最小壁厚尺寸1.86mm，计算型材预拉伸 变形量，严格控制型材预拉伸变形量为1.4％，拉伸机的拉力控制在25MPa；
步骤四、钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在25MPa，拉伸机两 端夹头同步移动速度控制在25mm/s，避免型材断裂或者出现起皱现象，待型材 冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于 390mm～420mm之间；
步骤五、将步骤四的型材需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然 后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上。第二次 冷拉时控制拉力在20MPa，且保持拉力恒定不变，待型材局部小角度的曲率半 径与模具一致时卸载，此时得到的型材局部小角度的曲率半径处于 90mm～110mm之间；
步骤六、步骤五中冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真 空保温-降温矫形。将冷拉弯后的型材固定到专用的热处理矫形模具上，将真空 电炉加热至350℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空 后保温30min，随炉升温到550℃继续保温60min，炉冷到200℃，最后开炉门冷 却到25℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤七、步骤六中热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染等。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明 的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖 在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、准备长度≥3000mm的定尺钛合金薄壁型材，确保型材平直度满足：任一段1000mm长度上围绕纵轴的扭转角不大于2°，任何平面上横向放置的直尺与型材表面之间形成的间隙大小不超过缘板宽度的1％，型材表面的任一段1000mm长度上纵向弯曲度不大于2mm；
步骤二、定尺型材固定：
对定尺型材，从型材中心点向两侧沿长度方向每间隔100mm进行壁厚测量，并在型材缘边外侧进行划线标记位置，再在型材两侧点焊拉弯专用夹头，将型材腹板一侧以长度中心点为基准点，固定到普通模具钢制备的模座中，型材两侧固定到型材拉伸机的夹头中；
步骤三、定尺型材冷拉弯成形前采用预拉伸的方式使型材内部产生一定的预拉伸变形量，变形量控制在0.5％～2.5％之间，拉伸机的拉力控制在18MPa～35MPa之间；
步骤四、大曲率半径变形：
定尺型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在18MPa～35MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在15～35mm/s之间，待型材冷变形后大曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材大曲率半径处于400mm～650mm之间；
步骤五、冷拉弯后的型材采用热矫形定位模具进行分段式加热-真空保温-降温矫形：
将冷拉弯后的型材固定到热处理矫形模具上，将真空电炉加热至350℃～450℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空后保温30min～60min，随炉升温到550℃～650℃继续保温60min～120min，炉冷到200℃～300℃，最后开炉门冷却到20℃～50℃，将型材和热矫形模具一起取出在空气中冷却到室温；
步骤六、将热处理矫形后的型材采用酸洗的方式消除表面的污染。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当目标零件包括局部小曲率半径变形时，所述方法在所述步骤四后还包括对局部小曲率半径控制的步骤，具体如下：
将所述步骤四得到的型材中需要局部成形的一段固定到拉伸机的夹头中，然后在型材沿长度方向的中心位置通过工装局部加紧固定到成形模具上；
第二次冷拉时控制拉力在12MPa～25MPa之间，且保持拉力恒定不变，待型材局部小曲率半径与模具一致时卸载，此时得到的型材局部小曲率半径处于100mm～180mm之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当壁厚在1.5～2.5mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在0.8％～2.0％之间，拉伸机的拉力控制在20MPa～30MPa之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当壁厚在1.6～2.2mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在1.0％～1.8％之间，拉伸机的拉力控制在22MPa～28MPa之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当壁厚在1.8～2.0mm时，所述步骤三中控制型材预拉伸变形量在1.2％～1.6％之间，拉伸机的拉力控制在24MPa～26MPa之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当壁厚在1.5～2.5mm时，所述步骤四中钛合金型材第一次冷拉弯成形过程中拉力控制在20MPa～30MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在20～30mm/s之间。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当壁厚在1.5～2.5mm时，所述第二次冷拉弯成形过程中拉力控制在15MPa～20MPa之间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中将真空电炉加热至400℃，到温后将固定好的型材和热矫形模具一起装入炉内，抽真空后保温45min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中型材和热矫形模具随炉升温到600℃继续保温60min～120min。
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