CN115741111A - 一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，属于热成形加工制造技术领域；建立成型后的曲面钛板的模型；获得曲面钛板的平面图形；切割出2个该平面图形形状的平面毛坯；对下面板进行刷胶处理，并在下面板的上表面制备凸起区域的轮廓；在下面板的上表面开设通气槽；在凸起区域的轮廓内喷涂阻焊剂；对2个面板的对接缝进行封焊处理；对2个面板进行热压成形和扩散连接；进行超塑成形处理；切除零件的余量；对通气槽的通气口进行补焊；完成曲面钛板成型；本发明拟实现钛合金异形曲面件的快速成形和缩短加工周期及节约成本；本发明将热成形及超塑成形一体化，减少了模具升温时间，缩短加工周期，降低生产成本，提高生产效率。

Description

一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法

技术领域

本发明属于热成形加工制造技术领域，涉及一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法。

背景技术

随着航空航天零部件逐渐向着轻量化、高强度的研究方向发展，对于异形曲面零件，为了提高强度、减轻重量，零件多采用带筋结构。目前，生产异形曲面超塑零件时，一般采用先热压成形，之后再超塑成形零件。此种工艺方法加工周期漫长，降低了高温成形机的利用率，从而严重影响了生产效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，拟实现钛合金异形曲面件的快速成形和缩短加工周期及节约成本；本发明将热成形及超塑成形一体化，减少了模具升温时间，缩短加工周期，降低生产成本，提高生产效率。

本发明解决技术的方案是：

一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，包括：

通过Formingsuit软件建立成型后的曲面钛板的模型；

通过Formingsuit软件将曲面钛板的模型拉成平面，获得曲面钛板的平面图形；切割出2个该平面图形形状的平面毛坯；1个平面毛坯的厚度为0.8mm，定义为上面板；另1个平面毛坯的厚度为1.2mm，定义为下面板；

对2个平面毛坯表面进行清理；

对下面板进行刷胶处理，并在下面板的上表面制备凸起区域的轮廓；

在下面板的上表面开设通气槽；

在凸起区域的轮廓内喷涂阻焊剂；

将上面板放置在下面板上表面，并对2个面板的对接缝进行封焊处理；

对2个面板进行热压成形和扩散连接；上面板和下面板成型曲面结构；

将2个面板放入成型磨具中，进行超塑成形处理，成形零件；

切除零件的余量；对通气槽的通气口进行补焊；

去除表面氧化层，漏出金属光泽，完成曲面钛板成型。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，采用激光切割切割平面毛坯，且切割完成后打磨边缘的毛刺和熔渣。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，对平面毛坯表面进行清理的方法为：

去除2个平面毛坯的氧化皮，并垫放在干净塑料布上。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，采用激光切割的方法进行凸起区域轮廓的刻线；通气槽与所有凸起区域连通。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，阻焊剂为氮化硼。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，采用电焊的方式进行封焊；封焊时保证通气槽畅通。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，热压成形的方法为：

当模具温度升温至700±10℃时，将2个面板放入模具中进行热压成形；合模吨位为50吨；模具继续升温，当模具温度升温至900±10℃时，吨位设置为300吨，保压1小时进行钛合金板材的扩散连接；扩散过程中保证模具温度在890℃-910℃。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，超塑成形的具体过程为：

向通气槽内通入2MPa的氩气，保压1h；温度保持在890℃-910℃；此时上面板对应凸起区域轮廓的位置在磨具中的空腔中凸起；超塑成形完成后，降温至500℃时从炉中取出，自然降温至室温；降温过程中，保持通气状态。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，手工氩弧焊方式对通气口进行补焊时，补焊时采用氩气保护。

在上述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，上面板凸起后，凸起位置的最小厚度为0.64mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明将热成形和超塑成形工序一体成形，减少的操作步骤和操作时间，大大的提高了生产效率，节省成本；

(2)本发明的热成形和超塑成形工序一体成形，减少零件出入炉次数，提高了产品表面质量；

(3)本发明通过Formingsuit软件将曲面钛板的模型拉成平面，获得曲面钛板的平面图形；切割出2个该平面图形形状的平面毛坯；并根据凸起区域的轮廓进行通气，制备上面板凸起，实现了难度较大的板材成形。

附图说明

图1为本发明曲面钛板成型示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，实现钛合金异形曲面件的快速成形和缩短加工周期及节约成本。本发明将热成形及超塑成形一体化，减少了模具升温时间，缩短加工周期，降低生产成本，提高生产效率。

钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，具体包括如下步骤：

通过Formingsuit软件建立成型后的曲面钛板的模型。

通过Formingsuit软件将曲面钛板的模型拉成平面，获得曲面钛板的平面图形；切割出2个该平面图形形状的平面毛坯；1个平面毛坯的厚度为0.8mm，定义为上面板；另1个平面毛坯的厚度为1.2mm，定义为下面板；采用激光切割切割平面毛坯，且切割完成后打磨边缘的毛刺和熔渣。

对2个平面毛坯表面进行清理；对平面毛坯表面进行清理的方法为：

去除2个平面毛坯的氧化皮，并垫放在干净塑料布上。

对下面板进行刷胶处理，并在下面板的上表面制备凸起区域的轮廓；采用激光切割的方法进行凸起区域轮廓的刻线。

在下面板的上表面开设通气槽；通气槽与所有凸起区域连通。

在凸起区域的轮廓内喷涂阻焊剂；阻焊剂为氮化硼。

将上面板放置在下面板上表面，并对2个面板的对接缝进行封焊处理；采用电焊的方式进行封焊；封焊时保证通气槽畅通。

对2个面板进行热压成形和扩散连接；上面板和下面板成型曲面结构。热压成形及扩散连接的方法为：

当模具温度升温至700±10℃时，将2个面板放入模具中进行热压成形；合模吨位为50吨；模具继续升温，当模具温度升温至900±10℃时，吨位设置为300吨，保压1小时进行钛合金板材的扩散连接；扩散过程中保证模具温度在890℃-910℃。

将2个面板放入成型磨具中，进行超塑成形处理，成形零件；超塑成形的具体过程为：

向通气槽内通入2MPa的氩气，保压1h；温度保持在890℃-910℃；此时上面板对应凸起区域轮廓的位置在磨具中的空腔中凸起；上面板凸起后，凸起位置的最小厚度为0.64mm，如图1所示。超塑成形完成后，降温至500℃时从炉中取出，自然降温至室温；降温过程中，保持通气状态。

切除零件的余量；对通气槽的通气口进行补焊；手工氩弧焊方式对通气口进行补焊时，补焊时采用氩气保护。

去除表面氧化层，漏出金属光泽，完成曲面钛板成型。

实施例

该零件的材料为TC4钛合金，尺寸为1560*580mm，下面板为1.2mm，冒筋层为0.8mm。结构为异形曲面双层壁板。

具体步骤如下：

(1)工序件设计

根据零件自身情况，使用UG软件对零件模型四周加部分余量。

(2)模具设计

设计零件热压超塑一体化成形模具及切边模具，模具材料采用ZGCr25Ni20，热压超塑一体化成形模具根据使用温度进行缩放，模具上留有定位凸点，方便零件切割时定位使用，模具上设置进、排气孔，模具上设置通气管避让槽。

(3)仿真模拟

采用Formingsuit软件模拟仿真了零件热压成形过程，采用Abaqus软件模拟仿真了超塑成形过程，结果显示最薄处厚度为0.64mm。

(4)板材下料

利用Formingsuit软件通过成形仿真计算，得到展开坯料(曲面)，坯料设置一个圆孔一个长圆孔，得到下料图形，下料采用激光切割方式进行下料，切割后打磨边缘的毛刺和熔渣。。

(5)表面清理

对两张钛板进行表面清理，去除氧化皮，板材表面处理后，放置时必须垫在干净塑料布之上。

(6)阻焊剂图形制备

对1.2mm钛板进行刷胶，激光切割进行刻线制备(凸起)图形。激光程序由零件模型展开成平板后从冒筋外轮廓提取，为了防止冒筋处被扩散，对冒筋轮廓加宽处理。对1.2mm钛板进行开通气槽，便于超塑时气体进入。之后对轮廓区域内喷涂氮化硼充当阻焊剂，氮化硼喷涂均匀，具有一定厚度，防止两板之间扩散。待阻焊剂干透之后，操作者带手套将其余部位胶揭掉，揭胶时保证喷涂阻焊剂部位不受影响。之后将0.8mm钛板与1.2mm钛板四角对齐使用卡兰夹紧。

(7)封焊

对钛合金板材进行封焊，焊接方式为点焊，防止焊接变形，通气口及管路对接处采用垫丝方式保证气路通畅。管子焊接前需要进行气密检查，焊后检查钛合金坯料气密性。

(8)入炉准备

检查模具气路，保证所有管子通气切不漏气。之后用酒精擦拭模具型面，对型面喷涂氮化硼，要求氮化硼喷涂均匀、充分，见不到模具表面金属色。氮化硼风干后无凸起硬点。将封焊后的钛合金坯料及钢袋表面使用酒精清理干净，之后对表面喷涂氮化硼，要求氮化硼喷涂均匀、充分，见不到零件表面金属色，氮化硼风干后无凸起硬点。将钛板坯料装入超塑成形模具中，钛板坯料的管路同真空泵相连，模具管路同氩气瓶相连，使用流量表。

(9)热压成形、扩散连接

坯料随炉升温，升温至扩散完成期间，钛合金坯料中始终保持真空环境，防止氧化影响扩散质量。当模具温度升温至700±10℃时，进行热压成形，模具合模，合模吨位50吨，模具继续升温。当模具温度升温至900±10℃时，平台吨位设置300吨，保压1小时进行钛合金板材的扩散连接。扩散过程中保证模具温度在900±10℃之间。

(10)超塑成形

扩散连接完成后，停止钛合金坯料内抽真空，向零件内通入2Mpa氩气，保压1小时，超塑成形过程中保证模具温度在900±10℃之间，每15分钟检查一次管路气密性。当超塑成形完成后，设备降温至500℃，取出零件，降温过程中，模具管路中的氩气保护气体始终保持通入状态。

(11)切边

对成形后的零件按照零件模型使用五轴加工中心的方式进行余量加工。零件成形后放于切边工装上。机加工装与成形后零件的定位方式采用两个圆销及零件上的定位点定位。

(12)补焊通气孔

零件切边完成后，对通气口处进行补焊，采用手工氩弧焊方式，补焊前保证清理到位，补焊时采用氩气保护。

(13)表面清理

去除表面氧化层，漏出金属光泽。

(14)质量检测

检验零件轮廓切割尺寸，型面贴胎间隙，表面质量。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：包括：

通过Formingsuit软件建立成型后的曲面钛板的模型；

通过Formingsuit软件将曲面钛板的模型拉成平面，获得曲面钛板的平面图形；切割出2个该平面图形形状的平面毛坯；1个平面毛坯的厚度为0.8mm，定义为上面板；另1个平面毛坯的厚度为1.2mm，定义为下面板；

对2个平面毛坯表面进行清理；

对下面板进行刷胶处理，并在下面板的上表面制备凸起区域的轮廓；

在下面板的上表面开设通气槽；

在凸起区域的轮廓内喷涂阻焊剂；

将上面板放置在下面板上表面，并对2个面板的对接缝进行封焊处理；

对2个面板进行热压成形和扩散连接，上面板和下面板成型曲面结构；

将2个面板放入成型磨具中，进行超塑成形处理，成形零件；

切除零件的余量；对通气槽的通气口进行补焊；

去除表面氧化层，漏出金属光泽，完成曲面钛板成型。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：采用激光切割切割平面毛坯，且切割完成后打磨边缘的毛刺和熔渣。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：对平面毛坯表面进行清理的方法为：

去除2个平面毛坯的氧化皮，并垫放在干净塑料布上。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：采用激光切割的方法进行凸起区域轮廓的刻线；通气槽与所有凸起区域连通。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：阻焊剂为氮化硼。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：采用电焊的方式进行封焊；封焊时保证通气槽畅通。

7.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：热压成形及扩散连接的方法为：

当模具温度升温至700±10℃时，将2个面板放入模具中进行热压成形；合模吨位为50吨；模具继续升温，当模具温度升温至900±10℃时，吨位设置为300吨，保压1小时进行钛合金板材的扩散连接；扩散过程中保证模具温度在890℃-910℃。

8.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：超塑成形的具体过程为：

向通气槽内通入2MPa的氩气，保压1h；温度保持在890℃-910℃；此时上面板对应凸起区域轮廓的位置在磨具中的空腔中凸起；超塑成形完成后，降温至500℃时从炉中取出，自然降温至室温；降温过程中，保持通气状态。

9.根据权利要求1所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：手工氩弧焊方式对通气口进行补焊时，补焊时采用氩气保护。

10.根据权利要求8所述的一种钛合金异形曲面件热压超塑一体化成形方法，其特征在于：上面板凸起后，凸起位置的最小厚度为0.64mm。

Images