CN113399526A - 用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 - Google Patents
用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113399526A CN113399526A CN202110796373.4A CN202110796373A CN113399526A CN 113399526 A CN113399526 A CN 113399526A CN 202110796373 A CN202110796373 A CN 202110796373A CN 113399526 A CN113399526 A CN 113399526A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium alloy
- die
- hot forming
- shaped surface
- surface part
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000003754 machining Methods 0.000 title claims description 11
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- 206010066054 Dysmorphism Diseases 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
- B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
- B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/10—Die sets; Pillar guides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
- B21D37/20—Making tools by operations not covered by a single other subclass
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Forging (AREA)
- Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
Abstract
本发明提供了用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及热成形模具，包括：将设计的热成形模具放入到热成形机中；对钛合金毛坯表面涂刷保护层；加热成形机，待温度达到700‑750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热；热成形模具上下模进行合模保压，将钛合金毛坯冲压成形；热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件，进行自然冷却；对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，修改热成形模具的型腔。由此设计出的热成形模具能够避免模具与零件的热膨胀系数不同导致的尺寸误差，满足对产品尺寸的要求。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金异形面零件的模具设计及其加工的技术领域，具体涉及用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法以及热成形模具。
背景技术
在航空航天产品上常采用钛合金异形面零件，这类零件形状复杂，成形困难。
一般采用热成形方法成形，零件成形时，需先将模具加热到700℃(根据材质，料厚等因素)左右，再将材料放入到模具中预热一定的时间，模具闭合后保压一定的时间，最后将零件取出。当钛合金零件和模具同时加热时，两者的热膨胀系数不同，随着时间的加长，两者的差距会更加明显，零件冷却后还会出现形状的变化。这导致设计出的模具无法满足对产品尺寸的要求。
同时，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，这也给钛合金异形面零件的模具设计增加了挑战性。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法以及热成形模具，由此设计出的热成形模具能够避免热成形模具与钛合金异形面零件的热膨胀系数不同导致的尺寸误差，满足对产品尺寸的要求。
为此，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法，所述方法包括：
按照钛合金异形面零件的尺寸要求，设计热成形模具；
将设计的热成形模具放入到热成形机中；
对钛合金毛坯表面涂刷保护层；
加热成形机，待温度达到700-750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热，加热时间15-25分钟；
热成形模具上下模进行合模保压，保压时间10-15分钟，将钛合金毛坯冲压成形；
热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件；
自然冷却取出的钛合金异形面零件；
对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；
基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，得到准确的膨胀系数，修改热成形模具的型腔，得到热成形模具。
进一步地，还包括：对钛合金异形面零件的结构形式进行分析，外形落差大于15mm的区域成形时，增加工艺阻流筋。
进一步地，所述阻流筋根据经验值设计。
进一步地，所述阻流筋设置在钛合金异形面零件成形边缘15mm处，所述阻流筋宽度为10mm，高度为5mm。
进一步地，所述热成形模具的材料为1Cr18Ni9Ti。
进一步地，热成形模具的收缩系数为0.0055。
另一方面，本发明还提供了一种根据上述用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法得到的热成形模具。
本发明的优点和积极效果：
上述方案中，在热成形模具和钛合金异形面零件同时加热同时冷却后，测量两者之间尺寸的实际差值，从而解决两者膨胀系数不同导致的误差。通过此方案可以通过一次试模获得准确的膨胀系数差，可以有效地减少生产成本，特别适合精度要求高，型面复杂的零件。
另外，上述方案中，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，模具设计时增加了阻流筋，让材料流动较快的区域流动速度减慢，使其跟流动较慢的区域能够协同形变，最终成形合格的零件。
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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中钛合金异形面零件的轴侧视图；
图2为本发明实施例中钛合金异形面零件的主视图；
图3为本发明实施例中钛合金异形面零件的俯视图；
图4为本发明实施例中钛合金异形面零件的右视图；
图5为本发明实施例中热成形模具的轴侧视图；
图6为本发明实施例中热成形模具的主视图；
图7为本发明实施例中热成形模具的俯视图；
图8为本发明实施例中热成形模具的右视图；
图9为本发明实施例中钛合金零件实物测量数据；
图10为本发明实施例中根据对比数据调整后模具数模图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例采用的钛合金异形面零件的材料是TC1薄板曲面件，待加工的钛合金异形面零件如图1-图4所示，TC1薄板曲面件的厚度为2mm，宽度为94mm，长度为310mm，型面的精度要求0.02mm。
下面对本发明实施例中提供的一种用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法进行说明，钛合金异形面零件，按照热成形的方法，考虑到产品要求，模具材料的收缩系数，模具材料选择1Cr18Ni9Ti。该方法包括以下步骤：
S101、按照钛合金异形面零件的尺寸要求，设计热成形模具；
S102、将设计热成形模具放入到热成形机中；
S103、对钛合金毛坯表面涂刷保护层；
S104、加热成形机，待温度达到700-750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热，加热时间15-25分钟；
在750℃的条件下，模具材料与零件材料膨胀系数的不同，选择的模具收缩系数为0.0055。先将模具加热到750℃，将涂覆好保护膜的毛坯料加热20分钟，放入到模具中进行冲压。
S105、热成形模具上下模进行合模保压，保压时间10-15分钟，将钛合金毛坯冲压成形；
S106、热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件；
S107、自然冷却取出的钛合金异形面零件；
S108、对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；
零件冷却后，对其进行实际数据测量。
S109、基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，得到准确的膨胀系数，修改热成形模具的型腔，得到热成形模具。
实际成型零件的数模同原数模对比，偏差最大处为0.039，最小处为0.002。根据差异调整模具型腔尺寸，从而冲压出合格的产品。
得到的热成形模具如图5-图8所示。
上述实施例方案中，在热成形模具和钛合金异形面零件同时加热同时冷却后，测量两者之间尺寸的实际差值，从而解决两者膨胀系数不同导致的误差。通过此方案可以通过一次试模获得准确的膨胀系数差，可以有效地减少生产成本，特别适合精度要求高，型面复杂的零件。
在另一实施例中，考虑到外形落差大于15mm的区域成形时材料流动的速度较慢容易开裂，落差小的区域材料流动较快容易起皱，所以首先对钛合金异形面零件结构形式进行分析，在外形落差大于15mm的区域成形时，增加工艺阻流筋，让材料流动速度均匀进行。
阻流筋可以根据经验值设计，本发明实施例中，阻流筋设置在钛合金异形面零件成形边缘15mm处，阻流筋宽度为10mm，高度为5mm。
上述实施例方案中，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，模具设计时增加了阻流筋，让材料流动较快的区域流动速度减慢，使其跟流动较慢的区域能够协同形变，最终成形合格的零件。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (7)
1.一种用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法，其特征在于，所述方法包括：
按照钛合金异形面零件的尺寸要求，设计热成形模具；
将设计的热成形模具放入到热成形机中；
对钛合金毛坯表面涂刷保护层；
加热成形机，待温度达到700-750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热，加热时间15-25分钟；
热成形模具上下模进行合模保压，保压时间10-15分钟，将钛合金毛坯冲压成形；
热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件；
自然冷却取出的钛合金异形面零件；
对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；
基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，得到准确的膨胀系数，修改热成形模具的型腔，得到热成形模具。
2.根据权利要求1所述的一种用于加工钛合金异形面零件的模具设计方法，其特征在于，还包括：对钛合金异形面零件的结构形式进行分析，外形落差大于15mm的区域成形时，增加工艺阻流筋。
3.根据权利要求2所述的一种用于加工钛合金异形面零件的模具设计方法，其特征在于，所述阻流筋根据经验值设计。
4.根据权利要求3所述的一种用于加工钛合金异形面零件的模具设计方法，其特征在于，所述阻流筋设置在钛合金异形面零件成形边缘15mm处，所述阻流筋宽度为10mm，高度为5mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于加工钛合金异形面零件的模具设计方法，其特征在于，所述热成形模具的材料为1Cr18Ni9Ti。
6.根据权利要求1所述的一种用于加工钛合金异形面零件的模具设计方法，其特征在于，热成形模具的收缩系数为0.0055。
7.一种根据权利要求1至6任一项所述的用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法得到的热成形模具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110796373.4A CN113399526B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110796373.4A CN113399526B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113399526A true CN113399526A (zh) | 2021-09-17 |
| CN113399526B CN113399526B (zh) | 2022-08-05 |
Family
ID=77686429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110796373.4A Active CN113399526B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113399526B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101713979A (zh) * | 2009-11-03 | 2010-05-26 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种成形件尺寸的控制方法 |
| CN201534184U (zh) * | 2009-11-09 | 2010-07-28 | 广东兴发铝业有限公司 | 冷藏集装箱用铝型材挤压模具 |
| CN102082319A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-01 | 西北工业大学 | 一种天线罩成型模具型面修正方法 |
| JP2011153039A (ja) * | 2010-01-26 | 2011-08-11 | Olympus Corp | 光学素子成形用金型の面精度補正方法および光学素子成形方法 |
| CN104608402A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 哈尔滨新科锐工艺装备制造有限公司 | 飞机用复合材料型面精准成型变形补偿方法 |
| CN108088407A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-05-29 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃制品形貌偏差校正方法及系统 |
| CN108296402A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-20 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法 |
| CN109815527A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-05-28 | 上海赛科利汽车模具技术应用有限公司 | 一种热冲压模具的模面优化方法 |
| CN111659842A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-09-15 | 四川工程职业技术学院 | 一种变截面钛合金框类锻件模锻加工方法 |
-
2021
- 2021-07-14 CN CN202110796373.4A patent/CN113399526B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101713979A (zh) * | 2009-11-03 | 2010-05-26 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种成形件尺寸的控制方法 |
| CN201534184U (zh) * | 2009-11-09 | 2010-07-28 | 广东兴发铝业有限公司 | 冷藏集装箱用铝型材挤压模具 |
| JP2011153039A (ja) * | 2010-01-26 | 2011-08-11 | Olympus Corp | 光学素子成形用金型の面精度補正方法および光学素子成形方法 |
| CN102082319A (zh) * | 2010-12-14 | 2011-06-01 | 西北工业大学 | 一种天线罩成型模具型面修正方法 |
| CN104608402A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-05-13 | 哈尔滨新科锐工艺装备制造有限公司 | 飞机用复合材料型面精准成型变形补偿方法 |
| CN108088407A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-05-29 | 成都光明光电股份有限公司 | 光学玻璃制品形貌偏差校正方法及系统 |
| CN108296402A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-20 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法 |
| CN109815527A (zh) * | 2018-12-07 | 2019-05-28 | 上海赛科利汽车模具技术应用有限公司 | 一种热冲压模具的模面优化方法 |
| CN111659842A (zh) * | 2020-05-27 | 2020-09-15 | 四川工程职业技术学院 | 一种变截面钛合金框类锻件模锻加工方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘强等: "中厚板成形的回弹量与模面优化设计", 《模具工业》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113399526B (zh) | 2022-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Armillotta et al. | SLM tooling for die casting with conformal cooling channels | |
| CN1938148B (zh) | 由热塑性材料制造成型体的方法 | |
| Park et al. | Design of conformal cooling channels for an automotive part | |
| CN103381440B (zh) | 一种钛合金曲面零件的热成形方法 | |
| CN108285263A (zh) | 曲面玻璃的制造方法 | |
| CN113399526B (zh) | 用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具 | |
| CN207362050U (zh) | 一种不易发生形变3d曲面玻璃盖板热弯石墨模具 | |
| CN104907521A (zh) | 手机中框制造工艺 | |
| CN110576602A (zh) | 一种聚醚醚酮的3d打印方法及其打印样件 | |
| Dimla et al. | Thermal comparison of conventional and conformal cooling channel designs for a non-constant thickness screw cap | |
| CN107825725A (zh) | 多嵌模零接缝生产工艺 | |
| CN104646976A (zh) | 飞机用复合材料薄壳模具型面快速制造方法 | |
| Godec et al. | Optimisation of mould design for injection moulding–numerical approach | |
| Pancholi et al. | Design and analysis of die casting die with conformal cooling channel | |
| Hussain et al. | Comparative study of cooling systems for vacuum forming tool | |
| CN103522475B (zh) | 一种精密三维热压成型的方法 | |
| CN109604409A (zh) | 用于轨道交通的铝合金异形钣金件制备方法和加工模具 | |
| Kuo et al. | A cost-effective approach for rapid fabricating cooling channels with smooth surface | |
| CN109383059A (zh) | 一种pu鞋模具注塑生产工艺 | |
| Hofstätter et al. | Evolution of additively manufactured injection molding inserts investigated by thermal simulations | |
| CN104968453B (zh) | 制造用于板坯的连续铸造的具有板的结晶器的方法以及由此获得的结晶器 | |
| Soete et al. | Simulation of the effects of using conformal cooling channels in SLM produced plastic extrusion calibrators | |
| CN113458260B (zh) | 一种大曲率金属厚板精确预成型方法 | |
| CN210705567U (zh) | 基于金属3d打印的具有随形管道的鞋底成型模具 | |
| CN107962360A (zh) | 一种航空发动机封严叶片加工工艺及成型模具 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 22 Fuquan North Road, Dalian Economic and Technological Development Zone, Liaoning Province, 116600 Patentee after: Dalian Changzhilin Technology Development Co.,Ltd. Country or region after: Zhong Guo Address before: No.22 Fuquan North Road, economic and Technological Development Zone, Dalian City, Liaoning Province, 116000 Patentee before: DALIAN C&L TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd. Country or region before: Zhong Guo |
|
| CP03 | Change of name, title or address |