CN113770647A - 一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法 - Google Patents

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韩兴
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Abstract

本发明提供了一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其成形步骤包括下料、锥筒制备、真空热成形;下料是将钛合金板料参照曲面筒段的展开尺寸的基础上切割成的坯料;锥筒制备是将钛合金坯料通过卷板机卷成锥形,通过焊接的方式将纵缝焊接使锥筒封闭;真空热成形是将焊接后的锥筒通过模具利用真空热成形的方法实现钛合金变曲母线喷管的制备。本发明的方法在真空环境下可避免钛合金表面氧化,同时通过模具的膨胀使得钛合金筒段与模具紧密贴合,提高了成形精度。

Description

一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法
技术领域
本发明涉及金属成形领域,具体地,涉及一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法。
背景技术
钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能好、使用温度范围宽等特点,在航空航天、船舶、化工、医疗等领域有广泛应用。随着国内航天事业的不断发展,钛合金在航天领域的应用空间不断拓展,所需要的钛合金零件也不断扩展,由于钛合金在高温下有良好的疲劳强度和组织稳定性,因此将钛合金材料应用于发动机喷管,对于减轻火箭质量,增加有效载荷,具有十分重要的意义。
钛合金冷成形时塑性变形能力较差、回弹严重,因此钛合金多采用热成形,利用钛合金在加热状态下的软化与蠕变性能,提高塑性,以改善成形性、避免开裂、减少回弹。目前,钛合金薄壁件的热成形方式主要有挤压成形、冲压成形、超塑成形等方式,其中挤压成形、冲压成形适用于结构简单的薄壁件,零件成形精度较低;超塑成形方式需要将钛合金原料做密封处理,同时外部接入充气装置,过程复杂,成形效率较低。
对于发动机喷管这种大尺寸、曲面精度要求高的薄壁件的加工,不适合采用挤压成形、冲压成形和超塑成形等方式,而采用旋压工艺易出现表面裂纹、鼓包以及贴膜情况不好等尺寸精度问题。因此,迫切需要寻找大尺寸钛合金喷管的高精度、低成本的成形方式。
发明内容
本发明的目的是克服传统大尺寸、薄壁类钛合金喷管的成形精度问题,提出了一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,提高了成形精度,避免了钛合金成形过程的氧化。
本发明所采用的技术方案是:一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,包括步骤如下:
计算钛合金变曲母线喷管相应的板料面积,并根据卷板工艺确定坯料尺寸,通过激光切割裁剪成钛合金扇形坯料;
利用卷板机将钛合金扇形坯料卷成锥筒,并通过激光焊或氩弧焊的方式焊接锥筒纵缝;
将锥筒与成形模具装配;将装配后的锥筒与成形模具整体放置于真空炉内,当真空度达到10-3Pa时开始加热,当锥筒温度到达720~750℃时,通过真空炉内的压头对胀芯施加压力,使得胀瓣向外移动,锥筒在胀瓣的作用下逐渐变形,当压头到达指定位置后停止加压,使得锥筒与胀瓣贴合,在设定的时间段内保温,之后成形模具与锥筒随炉冷却,完成钛合金变曲母线喷管成形。
成形模具包括胀芯、胀瓣和底座;底座为圆环形,上表面沿周向均匀加工若干个定位槽,每个定位槽沿底座的径向形成滑道;各胀瓣通过下方凸台与底座上的定位槽连接,沿底座的周向分布;胀芯安装在各胀瓣中间,胀芯通过上下移动,使得胀瓣在定位槽内沿径向移动。
胀芯和胀瓣的材料为耐热不锈钢。
胀芯为中空结构,沿周向加工有与胀瓣数量对应的斜面。
胀瓣外表面加工有与钛合金变曲母线喷管内形面一致的曲面,内表面加工与胀芯相匹配的斜面。
锥筒与成形模具装配的方法如下:
将各胀瓣安装在底座上,将锥筒套在胀瓣外侧,并通过胀瓣上的凸台定位锥筒的位置;将胀芯通过吊装的方式装配至各胀瓣围成的圆筒中间,使胀芯上的斜面与对应的胀瓣上的斜面贴合。
本发明与现有技术相比的优点在于:
本发明提供了一种钛合金变曲母线喷管的真空热成形方法,将卷板、焊接后的钛合金锥筒通过胀芯-胀瓣式模具,并在高真空、高温环境下,通过对模具胀芯的加压,实现钛合金锥筒与模具形面的紧密贴合,进而实现钛合金变曲母线喷管的高精度成形。
钛合金喷管在真空环境下热成形,保证了钛合金喷管的成形精度和表面质量,胀芯-胀瓣式成形模具便于成形前钛合金锥筒的装配和成形后钛合金变曲母线喷管的取出。
附图说明
图1为本发明的钛合金变曲母线喷管真空热成形模具结构示意图。
图2为本发明的钛合金变曲母线喷管真空热成形模具装配图。
图3为本发明的钛合金变曲母线喷管真空热成形过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明所涉及的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,包括步骤如下:下料、锥筒制备和真空热成形。
下料:是将钛合金变曲母线锥筒展开,计算相应的板料面积,并结合卷板工艺确定坯料尺寸,通过激光切割的方式裁剪成扇形坯料。
锥筒制备:是利用卷板机将钛合金扇形坯料卷成锥筒1,并通过激光焊或氩弧焊的方式将锥筒纵缝焊接。
所述真空热成形:是将钛合金锥筒1与成形模具装配,其中成形模具包括胀芯3、胀瓣4和底座2,胀瓣4与底座2通过卡槽连接,将钛合金锥筒1放置于胀瓣4外侧,通过调整胀芯3和胀瓣4位置,使钛合金锥筒1在定位槽内,以保证成形精度。然后将装配好的锥筒1与成形模具整体放置于真空炉内,当真空度达到10-3Pa时开始加热,当锥筒温度到达720~750℃时,通过真空炉内的压头对胀芯3施加压力,使得胀瓣4向外移动,锥筒1在胀瓣4的作用下逐渐变形,当压头的到达指定位置后停止加压,此时锥筒1与胀瓣4紧密贴合,保温一段时间后,模具与锥筒1随炉冷却,钛合金变曲母线喷管成形完成。
本发明提供了一种钛合金变曲母线喷管的真空热成形方法,将卷板、焊接后的钛合金锥筒通过胀芯-胀瓣式模具,并在高真空、高温环境下,通过对模具胀芯的加压,实现钛合金锥筒与模具形面的紧密贴合,进而实现钛合金变曲母线喷管的高精度成形。
图1为钛合金变曲母线喷管真空热成形模具结构示意图,成形模具包括底座2、胀芯3和胀瓣4。
所述底座2为圆环形,上表面沿周向均匀加工若干定位槽,每个定位槽沿底座的径向形成滑道,本实施例中为24个定位槽,24个胀瓣4通过下方凸台与底座2上的槽连接,胀芯3在24个胀瓣4中间,胀芯3可通过上下移动,使得胀瓣4可在槽内沿径向移动。其中胀芯3和胀瓣4的材料为耐热不锈钢,胀芯3加工为中空结构,沿周向加工有24个斜面,胀瓣4外表面加工有与喷管形面相近的曲面,内表面加工与胀芯3相匹配的斜面。
图2为钛合金变曲母线喷管真空成形模具装配图。
钛合金锥筒1是通过计算展开后的钛合金变曲母线喷管尺寸得到的钛合金毛坯尺寸,利用激光切割方式裁剪钛合金板材,用卷板机将钛合金毛坯卷成锥筒,并通过激光焊的方式将纵缝焊接而成。首先胀瓣4与底座2装配好,之后将钛合金锥筒1套在胀瓣外侧,并通过胀瓣4上的凸台定位钛合金锥筒1的位置,然后将胀芯3通过吊装的方式装配,使胀芯3上的24个斜面与对应的胀瓣4上的斜面贴合,钛合金锥筒1与模具装配好之后即可进行真空热成形。
图3为钛合金变曲母线喷管真空成形过程示意图。
所述真空热成形过程是将真空炉抽真空至10-3Pa,之后加热至模具到达720~750℃时,通过真空炉内的压头对胀芯3施加压力,使胀芯3下降,并带动胀瓣4沿底座2上的槽向外移动、膨胀,同时钛合金锥筒1与胀瓣4的外形曲面逐渐贴合,当胀芯3下降到制定位置时,压头停止施加压力,保温一段时间后,模具随炉冷却,即完成钛合金变曲母线喷管的真空热成形。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已,并不用以限制本发明创造,凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,包括步骤如下:
计算钛合金变曲母线喷管(5)相应的板料面积,并根据卷板工艺确定坯料尺寸,通过激光切割裁剪成钛合金扇形坯料;
利用卷板机将钛合金扇形坯料卷成锥筒(1),并通过激光焊或氩弧焊的方式焊接锥筒纵缝;
将锥筒(1)与成形模具装配;将装配后的锥筒(1)与成形模具整体放置于真空炉内,进行真空热成形,得到钛合金变曲母线喷管(5)。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,成形模具包括胀芯(3)、胀瓣(4)和底座(2);底座(2)为圆环形,上表面沿周向均匀加工若干个定位槽,每个定位槽沿底座的径向形成滑道;各胀瓣(4)通过下方凸台与底座(2)上的定位槽连接,沿底座(2)的周向分布;胀芯(3)安装在各胀瓣(4)中间,胀芯(3)通过上下移动,使得胀瓣(4)在定位槽内沿径向移动。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,胀芯(3)和胀瓣(4)的材料为耐热不锈钢。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,胀芯(3)为中空结构,沿周向加工有与胀瓣(4)数量对应的斜面。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,胀瓣(4)外表面加工有与钛合金变曲母线喷管(5)内形面一致的曲面,内表面加工与胀芯(3)相匹配的斜面。
6.根据权利要求5所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,锥筒(1)与成形模具装配的方法如下:
将各胀瓣(4)安装在底座(2)上,将锥筒(1)套在胀瓣(4)外侧,并通过胀瓣(4)上的凸台定位锥筒(1)的位置;将胀芯(3)通过吊装的方式装配至各胀瓣(4)围成的圆筒中间,使胀芯(3)上的斜面与对应的胀瓣(4)上的斜面贴合。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金变曲母线喷管真空热成形方法,其特征在于,真空热成型的方法如下:
当真空度达到10-3Pa时开始加热,当锥筒(1)温度到达720~750℃时,通过真空炉内的压头对胀芯(3)施加压力,使得胀瓣(4)向外移动,锥筒(1)在胀瓣(4)的作用下逐渐变形,当压头到达指定位置后停止加压,使得锥筒(1)与胀瓣(4)贴合,在设定的时间段内保温后,成形模具与锥筒(1)随炉冷却,完成钛合金变曲母线喷管(5)成形。
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