CN113878009A - 一种钛合金板材加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空航天技术领域，公开了一种钛合金板材加工方法。所述钛合金板材加工方法包括步骤S1.零件坯料涂覆润滑油；S2.将所述零件坯料放入真空件中，并将真空件内抽真空并封闭，以形成组合件；S3.将所述组合件放置在上模和下模之间，之后将所述组合件加热至预设温度；S4.所述上模和所述下模合模，对所述组合件施加成型力，以将所述零件坯料成型为零件；S5.所述上模和所述下模分离，切割所述真空件，取出所述真空件内所述零件坯料成型后的零件。本发明提供的钛合金板材加工方法解决了在热成型钛合金板材时产生氧扩散层的问题。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种钛合金板材加工方法。
背景技术
钛合金热成型时，即使采用保护气体进行将钛合金与氧气隔离，也不能避免氧扩散层的产生。同时，大量研究成果表明，因钛合金表面的氧扩散层的存在，导致后续利用机械加工的方式去除其表面的氧扩散层的过程中，易出现裂纹并发生扩展；及加热过程中，氧扩散层的厚度会随着加热温度和时间的增加而增厚；以及在使用过程中，易出现疲劳开裂的现象等；上述各个因素均会导致成型后的钛合金件的力学性能(如拉伸性能、弯曲性能)下降，尤其是疲劳性能的下降。因此，航空用的钛合金制品通常采用化学或者物理方法去除，比如正化学铣切工艺(简称“化铣”)、酸洗或者喷砂等，但是上述方法需要耗费大量人工、加工周期，同时有可能导致氢含量超标。
钛合金热成型中主要采用模具加热或者加热炉的加热方式，为了使钛合金材料温度均匀分布，必须增加材料与模具接触时间，因此现有工艺要求模具材料具有良好的抗氧化性、热强度、热硬度、热稳定性等特性。而对于成型钛合金的设备，必须配备加热源和较好的温度控制系统，故目前钛合金设备一般为专用设备和专用工装，造成零件加工成本和周期较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛合金板材加工方法，用于解决在热成型钛合金板材时产生氧扩散层的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种钛合金板材加工方法，包括步骤：
S1.零件坯料涂覆润滑油；
S2.将所述零件坯料放入真空件中，并将真空件内抽真空并封闭，以形成组合件；
S3.将所述组合件放置在上模和下模之间，之后将所述组合件加热至预设温度；
S4.所述上模和所述下模合模，对所述组合件施加成型力，以将所述零件坯料成型为零件；
S5.所述上模和所述下模分离，切割所述真空件，取出所述真空件内所述零件坯料成型后的零件。
作为优选地，还包括步骤：
S6.取出所述零件后，采用蒸汽清洗成型后的所述零件表面。
3.根据权利要求1所述的钛合金板材加工方法，作为优选地，步骤S2还包括：
S21.在所述零件坯料的上表面放置上垫层，所述零件坯料的下表面放置下垫层，并将所述上垫层、所述下垫层和所述零件坯料压平；
S22.焊接所述上垫层和所述下垫层的边缘，并预留开口，以形成所述真空件；
S23.在所述开口处安装用于控制空气进出所述真空件的密封端头。
作为优选地，步骤S21中，所述上垫层和所述下垫层均采用厚度小于0.3mm且与所述零件坯料相同的材料。
作为优选地，所述步骤S2还包括：
步骤S24.利用真空泵连接所述密封端头，对所述真空件抽真空。
作为优选地，步骤S3中利用自阻加热方式加热所述零件坯料和所述真空件。
作为优选地，步骤S3中的预设温度的范围为538℃-704℃。
作为优选地，步骤S5中，取出所述真空件以及成型后的所述零件，静置，使所述真空件和成型后的所述零件的温度下降至室温，切割真空件。
本发明的有益效果：本发明中零件坯料放入真空件内，组合件放在上模和下模之间，之后加热组合件至预设温度，当上模和下模合模，对组合件施加成型力时，因在零件坯料上涂覆润滑油，因此能够减小零件成型过程中，真空件对零件坯料的摩擦力，且能够尽可能减少或者避免因两者摩擦对零件坯料表面造成损伤。且零件坯料和真空件之间不会因加热以及因上模、下模的合模力的作用产生焊接现象，避免零件坯料与真空件之间出现粘连，便于成型后的零件与真空件分离。
另外，零件坯料在加热和成型过程中，零件坯料处于真空件的真空环境中，避免与外界的气体接触，在成型过程中，不会产生氧扩散层，成型后的零件无需去除氧扩散层，减少机械加工工作量，同时也保证零件的力学性能以及疲劳性能。
此外，本发明不需要专用设备以及专用的热成型模具，大大降低对零件成型条件的要求，同时加工周期短，易操作，成本低。
附图说明
图1是本发明的钛合金板材成型工装的剖视图；
图2是本发明的钛合金板材成型工装的等轴测视图。
图中：1、零件坯料；2、真空件；21、上垫层；22、下垫层；3、上模；4、下模；5、密封端头。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
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、完整地描述，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图2所示，本发明提供了一种钛合金板材加工方法，主要用于成型航空用钛合金板材件。目的是解决钛合金板材件在成型过程中，完全避免在钛合金表面产生氧扩散层。
上述钛合金板材加工方法包括步骤：
S1.零件坯料1涂覆润滑油；
S2.将零件坯料1放入真空件2中，并将真空件2内抽真空并封闭，以形成组合件。具体地，此步骤中，零件坯料1放入真空件2中后，并在真空间2内被抽真空之前，零件坯料1的上表面和下表面均与真空件2对应位置的内表面贴合接触；
S3.将组合件放置在上模3和下模4之间，之后将组合件加热至预设温度；
S4.上模3和下模4对组合件施加成型力，以将零件坯料成型为零件；
S5.上模3和下模4分离，切割真空件2，取出真空件2内零件坯料1成型后的零件。
本实施例中零件坯料1放入真空件2内，组合件放在上模3和下模4之间，之后加热组合件至预设温度，当上模3和下模4合模，对组合件施加成型力时，因在零件坯料1上涂覆润滑油，因此能够减小零件成型过程中，真空件2对零件坯料1的摩擦力，且能够尽可能减少或者避免因两者摩擦对零件坯料1表面造成损伤。且零件坯料1和真空件2之间不会因加热以及因上模3、下模4的合模力的作用产生焊接现象，避免零件坯料1与真空件2之间出现粘连，便于成型后的零件与真空件2分离。
另外，零件坯料1在加热和成型过程中，零件坯料1处于真空件2的真空环境中，避免与外界的气体接触，在成型过程中，不会产生氧扩散层，成型后的零件无需去除氧扩散层，减少机械加工工作量，同时也保证零件的力学性能以及疲劳性能。
此外，本发明不需要专用设备以及专用的热成型模具，大大降低对零件成型条件的要求，同时加工周期短，易操作，成本低。
优选地，本实施例中的零件坯料1为钛合金板材。
进一步优选地，上述钛合金板材加工方法还包括：
步骤S6.取出零件后，采用蒸汽清洗成型后的零件表面。利用上述钛合金板材加工方法成型后的零件表面不会产生氧扩散层，因此，只需要去除零件表面的润滑油即可，利用蒸汽除油的方式，保证零件在除油过程中，加热温度不会过高，零件不会在表面除油的过程中产生氧扩散层。另外，采用蒸汽除油的方式成本低，操作安全。
具体地，步骤S2还包括：
S21.在零件坯料1的上表面放置上垫层21，零件坯料1的下表面放置下垫层22，并将上垫层21、下垫层22和零件坯料1压平；
S22.焊接上垫层21和下垫层22的边缘，并预留开口，以形成真空件2；
S23.在开口处安装防止空气进入真空件2的密封端头5。
上述步骤中，上垫层21和下垫层22的边缘焊接后，并预留安装密封端头5的开口，采用焊接的方法直接将涂覆有润滑油的零件坯料1封闭在上垫层21和下垫层22之间。真空件2经上垫层21和下垫层22焊接后成型，成型工序简单。且零件坯料1成型为零件后，上述焊接形式便于真空件2与成型后的零件的拆卸。
另外，因每次成型零件时，均需要在零件坯料1外焊接真空件2，且成型零件时，零件坯料1和真空件2同时变形，当再次成型下一个零件时，真空件2不能够重复使用，因此，采用上、下垫层22直接焊接后作为真空件2使用，成本低。
进一步具体地，步骤S21中，上垫层21和下垫层22均采用厚度小于0.3mm且与零件坯料1相同的材料，避免零件坯料1在成型过程中，上垫层21和下垫层22的材质对零件坯料1造成污染。且因在成型零件坯料1时，真空件2也同步变形，设置上垫层21和下垫层22的厚度均小于0.3mm，以减小步骤S4中上模3和下模4在成型零件时的合模力，降低加工难度。
优选地，上垫层21和下垫层22的尺寸大于零件坯料1的尺寸，便于步骤S22中上垫层21和下垫层22的焊接。
优选地，步骤S2还包括：
步骤S24.利用真空泵连接密封端头5，对真空件2抽真空。
在密封端头5处连接真空泵，以对上垫层21和下垫层22焊接后形成的真空件2进行抽真空，以排空真空件2内的空气。抽真空后，关闭密封端头5的开关，以保证真空件2内零件坯料1处于真空环境中。在成型完零件后，密封端头5能够从真空件2上拆下再次重复使用，降低生产成本。且利用真空泵对真空件2抽真空，快速，高效。对真空件2抽真空的过程中，真空件2的内表面与零件坯料1的上下表面能够均匀接触，保证在成型过程中，零件坯料1的位置不会在真空件2内出现较大的位置变动，而快速成型出合格的零件。
进一步优选地，步骤S3中利用自阻加热方式加热组合件。本实施例中，因采用将零件坯料1放置于真空件2内成型，零件坯料1不会与空气接触，因此本实施例中零件坯料1能够采用自阻加热的方式使真空件2和零件坯料1同时升温至预设温度，在升温过程中，不会产生氧扩散层。因零件坯料1采用真空成型的加工方式，因此也进一步简化了零件坯料1的加热方式，从而进一步降低了加工成本。
进一步优选地，步骤S3中的预设温度的范围为538℃-704℃。
具体地，现有技术中，钛合金零件在538℃以上成型或者校形后，在清洗或者去除氧化皮后，仍然需要按照表1去除氧扩散层。
表1热成型或校形后去除的最小氧化层材料
本实施例中上述表1中，说明如果在538℃以上进行成型或校形的钛合金零件，在按照《工艺规范ZPS09290-00000-钛的加工》进行清洗或者去除氧化皮后，还应按照表1中的标准去除氧扩散层。
本实施例中因零件坯料1在真空件2内成型，完全避免产生氧扩散层，因此，无需按照表1中所示的标准再去除氧扩散层，减少了氧扩散层的生成，减少加工工序，更重要的是，保证了成型后钛合金件的力学性能和疲劳性能。
进一步具体地，步骤S5中，取出真空件2以及成型后的零件，静置，使真空件2和成型后的零件的温度下降至室温，沿真空件2的在步骤S22中的焊接形成的焊缝切割真空件2。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钛合金板材加工方法，其特征在于，包括步骤：
S1.零件坯料涂覆润滑油；
S2.将所述零件坯料放入真空件中，并将真空件内抽真空并封闭，以形成组合件；
S3.将所述组合件放置在上模和下模之间，之后将所述组合件加热至预设温度；
S4.所述上模和所述下模合模，对所述组合件施加成型力，以将所述零件坯料成型为零件；
S5.所述上模和所述下模分离，切割所述真空件，取出所述真空件内所述零件坯料成型后的零件。
2.根据权利要求1所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，还包括步骤：
S6.取出所述零件后，采用蒸汽清洗成型后的所述零件表面。
3.根据权利要求1或2所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，步骤S2还包括：
S21.在所述零件坯料的上表面放置上垫层，所述零件坯料的下表面放置下垫层，并将所述上垫层、所述下垫层和所述零件坯料压平；
S22.焊接所述上垫层和所述下垫层的边缘，并预留开口，以形成所述真空件；
S23.在所述开口处安装用于控制空气进出所述真空件的密封端头。
4.根据权利要求3所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，步骤S21中，所述上垫层和所述下垫层均采用厚度小于0.3mm且与所述零件坯料相同的材料。
5.根据权利要求3所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
步骤S24.利用真空泵连接所述密封端头，对所述真空件抽真空。
6.根据权利要求1或2所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，步骤S3中利用自阻加热方式加热所述零件坯料和所述真空件。
7.根据权利要求1或2所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，步骤S3中的预设温度的范围为538℃-704℃。
8.根据权利要求3所述的钛合金板材加工方法，其特征在于，步骤S5中，取出所述真空件以及成型后的所述零件，静置，使所述真空件和成型后的所述零件的温度下降至室温，切割真空件。
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