CN115673072A - 一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法，所述凸模固定在压力机上平台，凹模固定在压力机下平台，并通过压力机保证凸模的运动与凹模相对应；所述凸模、凸模绝缘隔热层和凸模辅助板由内至外依次连接，所述凹模、凹模绝缘隔热层和凹模辅助板由内至外依次连接，所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法，解决了钛及钛合金圆弧形薄壁构件弯曲成形回弹量大，成形精度低的难题；实现了钛及钛合金圆弧形薄壁弯曲构件的快速加热及保温，避免了成形模具的升温降温过程，提高了成形效率，延长了模具寿命，降低了能源消耗。

Description

一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法

技术领域

本发明涉及钛合金薄壁构件塑性成形技术领域，特别提供了一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法。

背景技术

钛及钛合金由于具有较低的密度、较高的室温高温强度以及良好的抗腐蚀、抗氧化等性能，在航空航天等领域得到了广泛的应用，例如，航空发动机许多冷热端大尺寸圆弧形密封结构件。但是，钛及钛合金室温塑性变形能力差、变形抗力高、成形零件回弹严重，特别是对于具有较小曲率的圆弧形薄壁构件，很难通过简单的模具形状补偿在室温下实现零件的精准成形，并且成形后零件在高温状态下也会由于应力释放导致形状尺寸的变化。

因此，现有钛及钛合金圆弧形薄壁弯曲类零件通常采用热成形的方法，一方面可以实现零件形状尺寸的精准成形，另一方面还可以使零件具有较好的形状尺寸热稳定性。但是，在传统热成形中，模具和成形板坯通常放置在加热炉内，通过热辐射和热传导来达到成形温度。由于钛合金成形温度较高，导致升温与降温周期长，生产效率低，能源消耗大，生产成本高。此外，成形模具长时间暴露在高温环境下，导致其型面表面容易发生氧化现象，氧化皮的脱落会影响成形零件的表面质量，成形过程中反复施加的压应力也容易使模具发生蠕变变形，影响型面的尺寸形状精度，这些不利因素都会使得模具的使用寿命降低。此外，钛合金在热状态下发生塑性变形时，加工硬化现象减弱，摩擦力增加，导致材料流动不足，成形零件的壁厚分布均匀性降低。而对于薄壁件的电流能场辅助热成形过程，由于零件壁厚小，整体热量低，与模具接触后，零件温度快速下降，成形应力提高，回弹量增大，特别是对于小曲率弯曲零件，其成形精度显著降低。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法。针对现有钛合金大尺寸圆弧形弯曲零件在冷成形工艺中存在的回弹量大、成形精度低，在传统热成形中存在的零件壁厚减薄、能源消耗大、模具寿命低，以及在电流能场辅助成形中存在的薄壁板坯与模具接触降温速度快等成形工艺中存在的不足，提出钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法，实现钛合金大尺寸圆弧形弯曲零件高效、高质量、低能耗的精准成形。

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置包括：液压机、压边装置、凸模、凸模绝缘隔热层、凸模辅助板、凹模辅助板、凹模绝缘隔热层、凹模、电极、电源、测温热电偶，压边装置绝缘隔热层和压边装置辅助板；热电偶插在凹模的通孔中，测量板坯温度，其中，所述凸模固定在压力机上平台，所述压边装置连接在压力机另一垂直运动的平台上，压边装置安装在凸模两侧，所述压边装置绝缘隔热层和压边装置辅助板由内至外依次安装在压边装置表面，凹模固定在压力机下平台，并通过压力机保证凸模的运动与凹模相对应；所述凸模、凸模绝缘隔热层和凸模辅助板由内至外依次连接，所述凹模、凹模绝缘隔热层和凹模辅助板由内至外依次连接，测温热电偶放置在凹模的通孔中，实时测量成形板坯温度，所述电极的正电极和负电极分别位于凹模两侧的凹模绝缘隔热层和凹模辅助板之间；正电极和负电极与电源构成电连接，电极的正极安装在凹模一侧，电极的负极安装在凹模的另一侧，通电时，凸模辅助板、凹模辅助板与成形板坯均通过电极形成电流回路。

所述凸模绝缘隔热层和凹模绝缘隔热层材质为陶瓷材料或石棉垫片。

优选的，所述凸模辅助板为与凸模型面相同的近似等厚金属板，凹模辅助板为与凹模型面相同的近似等厚金属板。

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模、凹模及压边装置表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在5µm~800µm；

步骤三，将凸模安装在液压机的上平台，将凹模安装在液压机的下平台，保证凸模和凹模中心位置对齐；分别将凸模辅助板和凹模辅助板安装在凸模表面和凹模表面；

步骤四，将压边装置安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板安装在压边装置表面；

步骤五：将电极安装在凹模绝缘隔热层和凹模辅助板之间；

步骤六：连接电源及电极，电源的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯安放在凹模辅助板之上，其位置与凸模和凹模对齐。

步骤八：启动液压机，压边装置下移，对成形板坯施加压边力，并使成形板坯发生弯曲变形；

步骤九：凸模下移，使成形板坯在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板、成形板坯和凹模辅助板紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源，通过电流使凸模辅助板、成形板坯以及凹模辅助板升温至600°C~900°C后保温；

步骤十一：保温1min-15min后逐步减小电流值直至数值归零而后关闭电源；

步骤十二：闭电源开关，启动液压机，抬起凸模和压边装置，取出成形零件。

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法，针对现有钛合金圆弧形等截面/非等截面薄壁构件现有成形技术存在的不足，提出利用冷成形的加工硬化效果提高零件壁厚均匀性以及延长模具寿命；利用电流焦耳热效应实现板坯的快速升温以及降低能耗；利用上下辅助金属板实现成形板坯的保温效果；此外，模具内置电极的设计还可以实现成形零件的无余量加工。综合利用冷成形、电流能场辅助热成形的优势，以及对成形加载顺序和模具工装结构的优化设计使得本专利在钛合金大尺寸圆弧形薄壁构件的高效、高质量、低能耗的精准成形领域具有创造性和新颖性。

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置及方法，解决了钛及钛合金圆弧形薄壁构件弯曲成形回弹量大，成形精度低的难题；实现了钛及钛合金圆弧形薄壁弯曲构件的快速加热及保温，避免了成形模具的升温降温过程，提高了成形效率，延长了模具寿命，降低了能源消耗；利用室温成形钛合金加工硬化的现象促进了材料在成形过程中的流动，改善了传统热成形零件的壁厚分布均匀性；内置电极设计避免了软质铜电极的磨损，延长了成形装置的使用周期；实现了电极对复杂截面薄壁弯曲构件的少余量或无余量夹持；避免了高温成形板坯接触成形模具出现的快速降温现象，实现了成形板坯温度的均匀分布。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是成形装置及成形板坯相对位置关系示意图；

图2是图1中A-A截面的剖面示意图；

图3是成形完成时成形装置的结构示意图；

图4是图3中A-A截面的剖面示意图。

其中，1、压边装置；2、凸模；3、凸模绝缘隔热层；4、凸模辅助板；5、成形板坯；6、凹模辅助板；7、凹模绝缘隔热层；8、凹模；9、电极；10、电源；11、测温热电偶；12，压边装置绝缘隔热层；13、压边装置辅助板。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

实施例1

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置包括：液压机、压边装置1、凸模2、凸模绝缘隔热层3、凸模辅助板4、凹模辅助板6、凹模绝缘隔热层7、凹模8、电极9、电源10、测温热电偶11，压边装置绝缘隔热层12和压边装置辅助板13；热电偶插在凹模的通孔中，测量板坯温度，其中，所述凸模2固定在压力机上平台，所述压边装置1连接在压力机另一垂直运动的平台上，压边装置1安装在凸模2两侧，所述压边装置绝缘隔热层12和压边装置辅助板13由内至外依次安装在压边装置表面，凹模8固定在压力机下平台，并通过压力机保证凸模的运动与凹模相对应；所述凸模2、凸模绝缘隔热层3和凸模辅助板4由内至外依次连接，所述凹模8、凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6由内至外依次连接，测温热电偶11放置在凹模8的通孔中，实时测量成形板坯5温度，所述电极9的正电极和负电极分别位于凹模8两侧的凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6之间；正电极和负电极与电源10构成电连接，电极9的正极安装在凹模8一侧，电极9的负极安装在凹模8的另一侧，通电时，凸模辅助板4、凹模辅助板6与成形板坯5均通过电极9形成电流回路。

所述凸模绝缘隔热层3和凹模绝缘隔热层7材质为陶瓷材料或石棉垫片。

优选的，所述凸模辅助板4为与凸模2型面相同的近似等厚金属板，凹模辅助板6为与凹模8型面相同的近似等厚金属板。

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯5切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模2、凹模8及压边装置1表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在5µm~800µm；

步骤三，将凸模2安装在液压机的上平台，将凹模8安装在液压机的下平台，保证凸模2和凹模8中心位置对齐；分别凸模辅助板4和凹模辅助板6安装在凸模2表面和凹模8表面；

步骤四，将压边装置1安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板13安装在压边装置1表面；

步骤五：将电极9安装在凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6之间；

步骤六：连接电源10及电极9，电源10的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯5安放在凹模8之上，其位置与凸模2和凹模8对齐；

步骤八：启动液压机，压边装置1下移，对成形板坯5施加压边力，并使成形板坯5发生弯曲变形；

步骤九：凸模2下移，使成形板坯5在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源10，通过电流使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6升温至600°C~900°C后保温；

步骤十一：保温1min-15min后逐步减小电流值直至数值归零而后关闭电源10；

步骤十二：闭电源10开关，启动液压机，抬起凸模2和压边装置1，取出成形零件。

实施例2

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯5切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模2、凹模8及压边装置1表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在5µm~50µm；

步骤三，将凸模2安装在液压机的上平台，将凹模8安装在液压机的下平台，保证凸模2和凹模8中心位置对齐；分别将凸模辅助板4和凹模辅助板6安装在凸模2表面和凹模8表面；

步骤四，将压边装置1安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板13安装在压边装置1表面；

步骤五：将电极9安装在凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6之间；

步骤六：连接电源10及电极9，电源10的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯5安放在凹模辅助板6之上，其位置与凸模2和凹模8对齐；

步骤八：启动液压机，压边装置1下移，对成形板坯5施加压边力，并使成形板坯5发生弯曲变形；

步骤九：凸模2下移，使成形板坯5在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源10，通过电流使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6升温至600°C~900°C后保温；

步骤十一：保温1min-15min后逐步减小电流值直至数值归零而后关闭电源10；

步骤十二：闭电源10开关，启动液压机，抬起凸模2和压边装置1，取出成形零件。

实施例3

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯5切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模2、凹模8及压边装置1表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在700µm~800µm；

步骤三，将凸模2安装在液压机的上平台，将凹模8安装在液压机的下平台，保证凸模2和凹模8中心位置对齐；分别将凸模辅助板4和凹模辅助板6安装在凸模2表面和凹模8表面；

步骤四，将压边装置1安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板13安装在压边装置1表面；

步骤五：将电极9安装在凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6之间；

步骤六：连接电源10及电极9，电源10的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯5安放在凹模辅助板6之上，其位置与凸模2和凹模8对齐；

步骤八：启动液压机，压边装置1下移，对成形板坯5施加压边力，并使成形板坯5发生弯曲变形；

步骤九：凸模2下移，使成形板坯5在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源10，通过电流使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6升温至800°C~900°C后保温；

步骤十一：保温1min-15min后逐步减小电流值直至数值归零而后关闭电源10；

步骤十二：闭电源10开关，启动液压机，抬起凸模2和压边装置1，取出成形零件。

实施例4

所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯5切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模2、凹模8及压边装置1表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在100µm~300µm；

步骤三，将凸模2安装在液压机的上平台，将凹模8安装在液压机的下平台，保证凸模2和凹模8中心位置对齐；分别将凸模辅助板4和凹模辅助板6安装在凸模2表面和凹模8表面；

步骤四，将压边装置1安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板13安装在压边装置1表面；

步骤五：将电极9安装在凹模绝缘隔热层7和凹模辅助板6之间；

步骤六：连接电源10及电极9，电源10的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯5安放在凹模辅助板6之上，其位置与凸模2和凹模8对齐；

步骤八：启动液压机，压边装置1下移，对成形板坯5施加压边力，并使成形板坯5发生弯曲变形；

步骤九：凸模2下移，使成形板坯5在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源10，通过电流使凸模辅助板4、成形板坯5和凹模辅助板6升温至700°C~800°C后保温；

步骤十一：保温1min-15min后逐步减小电流值直至数值归零而后关闭电源10；

步骤十二：闭电源10开关，启动液压机，抬起凸模2和压边装置1，取出成形零件。

Claims (3)

1.一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置，其特征在于：所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置包括：液压机、压边装置（1）、凸模（2）、凸模绝缘隔热层（3）、凸模辅助板（4）、凹模辅助板（6）、凹模绝缘隔热层（7）、凹模（8）、电极（9）、电源（10）、测温热电偶（11），压边装置绝缘隔热层（12）和压边装置辅助板（13）；其中，所述凸模（2）固定在压力机上平台，所述压边装置（1）连接在压力机另一垂直运动的平台上，压边装置（1）安装在凸模（2）两侧，所述压边装置绝缘隔热层（12）和压边装置辅助板（13）由内至外依次安装在压边装置表面，凹模（8）固定在压力机下平台，所述凸模（2）、凸模绝缘隔热层（3）和凸模辅助板（4）由内至外依次连接，所述凹模（8）、凹模绝缘隔热层（7）和凹模辅助板（6）由内至外依次连接，测温热电偶（11）放置在凹模（8）的通孔中，所述电极（9）的正电极和负电极分别位于凹模（8）两侧的凹模绝缘隔热层（7）和凹模辅助板（6）之间；电极（9）的正电极和负电极与电源（10）构成电连接，凸模辅助板（4）、凹模辅助板（6）与成形板坯（5）均通过电极（9）形成电流回路。

2.按照权利要求1所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火装置，其特征在于：所述凸模辅助板（4）为与凸模（2）形状相同的等厚金属板，凹模辅助板（6）为与凹模（8）形状相同的等厚金属板。

3.一种钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法，其特征在于：所述钛合金圆弧形薄壁件双层板辅助成形退火方法具体步骤如下：

步骤一，将成形板坯（5）切割成待加工的形状和尺寸；

步骤二，对凸模（2）、凹模（8）及压边装置（1）表面进行绝缘隔热涂层处理，绝缘隔热层厚度在5µm~800µm；

步骤三，将凸模（2）安装在液压机的上平台，将凹模（8）安装在液压机的下平台，保证凸模（2）和凹模（8）中心位置对齐；分别将凸模辅助板（4）和凹模辅助板（6）安装在凸模（2）表面和凹模（8）表面；

步骤四，将压边装置（1）安装在液压机另一垂直运动的平台上，压边装置辅助板（13）安装在压边装置（1）表面；

步骤五：将电极（9）安装在凹模绝缘隔热层（7）和凹模辅助板（6）之间；

步骤六：连接电源（10）及电极（9），电源（10）的电流值范围在0A~30000A；

步骤七：将钛合金成形板坯（5）安放在凹模辅助板（6）之上，其位置与凸模（2）和凹模（8）对齐；

步骤八：启动液压机，压边装置（1）下移，对成形板坯（5）施加压边力，并使成形板坯（5）产生弯曲变形；

步骤九：凸模（2）下移，使成形板坯（5）在室温下成形，在成形力和压边力的共同作用下，使凸模辅助板（4）、成形板坯（5）和凹模辅助板（6）紧密贴合，同时提供电极与三层板的压紧力；

步骤十：启动电源（10），通过电流使凸模辅助板（4）、成形板坯（5）以及凹模辅助板（6）升温至600°C~900°C后保温；

步骤十一：保温1min~15min，后逐步减小电流值直至数值归零，而后关闭电源（10）；

步骤十二：闭电源（10）开关，启动液压机，抬起凸模（2）和压边装置（1），取出成形零件。

Images