CN115889592A

CN115889592A - 一种局部收口圆筒形件热成形模具及制造工艺方法

Info

Publication number: CN115889592A
Application number: CN202211528553.5A
Authority: CN
Inventors: 张天麟; 王政杰; 秦中环; 刘奇; 李保永; 丁科迪; 姚为; 张铁军; 韩维群; 韩冰; 李信
Original assignee: Beijing Hangxing Machinery Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Beijing Hangxing Machinery Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2022-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-04-04

Abstract

本发明涉及一种局部收口圆筒形件热成形模具及制造工艺方法，所述模具包括凹模、凸模、压板；凹模，为环形结构件，环形结构件下端内孔面为圆柱形，上端内孔面为圆台形；凸模，为T型柱状结构件，依次包括大端、直筒段、收口段，大端用作稳固在热成形烘箱的底座；直筒段为圆柱体，外径与收口圆筒形件的直筒段内径相等，实现收口圆筒形件的直筒段成形；收口段为圆台体，其外形与收口圆筒形件的收口段内型面形状相同；直筒段上段以及收口段与凹模内型面相匹配；压板，为圆形板状结构件，与凹模、凸模通过螺栓连接用于固定凹模、凸模之间相对位置，压板的上表面为热成形阶段模具的整体受力面。

Description

一种局部收口圆筒形件热成形模具及制造工艺方法

技术领域

本发明涉及一种局部收口圆筒形件热成形模具及制造工艺方法，属于钣金及热成形技术装备领域。

背景技术

当前，航空航天产品零件正向着更高的效率、更低的低成本、更大的批量方向发展，钛合金因具有质量轻、热强度高、抗蚀性好等优异与其它材料的特点而得到广泛应用。

目前现有的局部收口圆筒形件主要有两种方法：一是采用厚壁管形件机械加工的方式实现直筒段到收口段的过渡，而此种工艺方法加工周期漫长，生产效率极低，材料利用率低下而导致生产成本非常昂贵，不能满足量化生产。二是采用模具热旋压加工薄板的方法。热旋压模具加工成本高，高强度钛合金弹性模量小，材料在成形后存在较大回弹，成形后尺寸不一致，导致局部收口圆筒形件生产合格率低，且为满足尺寸要求，需要重复性操作导致加工时间长，劳动强度大，生产效率不高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，一种局部收口圆筒形件热成形模具及制造工艺方法，采用热成形模具成形，满足局部圆筒形件生产质量要求，提高零件生产效率，降低加工成本。

本发明解决技术的方案是：一种局部收口圆筒形件热成形模具，所述局部收口圆筒形件包括直筒段、收口段，直筒段为圆柱筒状结构，收口段为圆台形筒状结构，收口段大端与直筒段端口连接，直筒段、收口段内部和外部均平滑过渡；所述模具包括凹模、凸模、压板；

凹模，为环形结构件，环形结构件下端内型面为圆柱形，上端内型面为圆台形；

凸模，为T型柱状结构件，依次包括大端、直筒段、收口段，大端用作稳固在热成形烘箱的底座；直筒段为圆柱体，外径与收口圆筒形件的直筒段内径相等，实现收口圆筒形件的直筒段成形；收口段为圆台体，其外形与收口圆筒形件的收口段内型面形状相同；直筒段上段以及收口段与凹模内型面相匹配；

压板，为圆形板状结构件，与凹模、凸模通过螺栓连接用于固定凹模、凸模之间相对位置，压板的上表面为热成形阶段模具的整体受力面。

优选地，所述局部收口圆筒形件采用钛合金材料制成，凹模、凸模、压板选择热缩比大于钛合金材料的材质制成。

优选地，所述凹模、凸模、压板耐高温750℃-800℃。

优选地，所述热成形后，凸模的外型面与凹模的内型面之间为局部收口圆筒形件，同一高度处凸模、局部收口圆筒形件的尺寸满足如下关系式：

D＝d×(1-η)

其中，D为凸模的直径，d为局部收口圆筒形件的内径，η为凸模所选材料的线性膨胀系数。

优选地，所述凸模所用材料的线性膨胀系数为4.5‰～6‰。

优选地，所述凸模和凹模的内型面表面粗糙度为0.8～1.6。

本发明的另一个技术方案是：基于上述模具的一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，该方法包括如下步骤：

S1、利用激光切割机进行平板下料，得到毛坯平板，然后利用自动两辊圈圆机将毛坯平板进行圈圆处理，同时使圆周直线边最小化；

S2、利用自动氩弧焊机将圈圆处理后的平板焊接成圆筒形件；

S3、截断圆筒形件，去除圆筒形件两端焊道起弧、收弧段，保留有效焊道；

S4、将截断的圆筒形件从凸模的收口段套在凸模上，圆筒形件底部接触凸模的大端，装配到位之后，装入凹模，凹模下端套合在圆筒形件外，凹模上端被圆筒形件支撑；

S5、用螺栓连接压板和凸模、凹模，固定凹模、凸模之间相对位置，之后拆除压板与凸模的连接，进行热成形处理，热成形过程中，随着圆筒形件的热变形，凹模逐渐与凸模贴合，最终在凸模的外型面与凹模的内型面之间形成圆筒形件的局部收口；

S6、脱模取件，得到局部收口圆筒形件；

S7、切削余量：将脱模后的局部收口圆筒形件安装到车床上，切削掉预留的成形余量。

优选地，所述步骤S4执行之前，在截断的圆筒形件外表面上均匀涂抹防氧化剂。

优选地，所述步骤S5热成形方法的具体步骤为：

S5.1、将带有模具的圆筒形件放入箱式炉；

S5.2、箱式炉升温至600℃～650℃，并保持模具和圆筒形件保温时间1.8小时～2小时；

S5.3、采用冲压设备给模具压板持续施加压力300KN～400KN，保压30分钟～35分钟；

S5.4、固定压板和凹模、凸模，继续保持箱式炉600℃～650℃持续2小时～2.5小时固形。

优选地，所述脱模取件为：将压板取下，向上提起凹模，从凸模上取出局部收口圆筒形件。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用热成形模具加工成形，消除材料本身回弹影响，有效保障零件整体尺寸要求，且容易推进量化生产，与常规加工方法相比本发明可显著提高零件的合格率，降低成本。

(2)、本发明提供的局部收口圆筒形件制造工艺方法，采用热成形模具成形，实现了局部收口圆筒形件高质高效成形。相比现有技术的厚壁管形件机械加工和热旋压加工薄板，在满足产品高精度要求的前提下，简化了生产过程。

(3)、本发明通过整体工艺设计热成型模具，加工产品精度明显提高，从而解决现有成形方法的成本高、生产效率低、合格率不高等问题。

(4)、本发明模具操作简化，降低了劳动强度，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例热成形模具的示意图；

图2(a)为本发明实施例毛坯平板示意图；

图2(b)为本发明实施例截断的圆筒形件示意图。

图2(c)为本发明实施例凸模示意图；

图2(d)为本发明实施例局部收口圆筒形件示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例：

本发明某一具体实施例中，提供了一种局部收口圆筒形件热成形模具，所述局部收口圆筒形件包括直筒段、收口段，直筒段为圆柱筒状结构，收口段为圆台形筒状结构，收口段大端与直筒段端口连接，直筒段、收口段内部和外部均平滑过渡。

本实施例中提供了一种局部收口圆筒形件，该局部收口圆筒形件材料为TA15钛合金，局部收口圆筒形件直筒段直径尺寸为Φ130mm±0.15mm*180mm，厚度为1.5mm，局部收口段最小直径尺寸Φ123±0.15mm。

如图1所示，所述模具包括凹模2、凸模1、压3；凹模、凸模表面均采用精加工制成。

所述局部收口圆筒形件采用钛合金材料制成，凹模、凸模、压板选择热缩比大于钛合金材料的材质制成。例如，耐高温不锈钢316L。

所述凹模、凸模、压板耐高温750℃-800℃。

本发明需要设计工装模具，其中包含模具材料、模具尺寸、模具表面粗糙度。

首先，根据零件尺寸计算热成形模具外形尺寸：

所述热成形后，凸模的外型面与凹模的内型面之间为局部收口圆筒形件，同一高度处凸模、局部收口圆筒形件的尺寸满足如下关系式：

D＝d×(1-η)

所述凸模所用材料的线性膨胀系数为4.5‰～6‰。

所述凸模和凹模的内型面表面粗糙度为0.8～1.6。

如图2(a)～图2(d)所示，基于上述模具，本发明还提供了一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，给方法包括如下步骤：

S1、利用激光切割机进行平板下料，得到毛坯平板，然后利用自动两辊圈圆机将毛坯平板进行圈圆处理，同时使圆周直线边最小化；如图2(a)所示。

本实施例中，下料尺寸为：1.5mm*498mm*180mm,精度要求±0.15mm。

S2、利用自动氩弧焊机将圈圆处理后的平板焊接成圆筒形件，焊缝连续均匀，不允许打磨。

S3、截断圆筒形件，去除圆筒形件两端焊道起弧、收弧段，保留有效焊道；以保证局部收口圆筒形件直筒段和收口段成形长度；如图2(b)所示。

在截断的圆筒形件外表面上均匀涂抹防氧化剂，，检查零件和凹、凸模具表面有无硬质点。

本实施例中，钛合金成形方法中TA15钛合金板材加热温度为650℃，箱式炉升温至650℃，模具装入烘箱，保证零件在烘箱中均匀受热，设定好保温温度650℃和时间2小时。冲压设备给模具压板压力30吨,保压30分钟，固定压板和凹、凸模，复回箱式炉650℃保温2小时固形。

S6、脱模取件，得到局部收口圆筒形件；所述脱模取件的具体步骤为：将压板取下，向上提起凹模，从凸模上取出局部收口圆筒形件。如图2(d)所示。

本发明采取热成形模具，不同材料的涨缩比不同，且零件和胀胎模具之间无相对运动，使得常温冷却的零件易于脱模。

本实施例中，测量直筒段尺寸均在Φ130±0.15mm，收口端直径Φ123±0.15mm，圆度0.15，满足精度要求。

所述步骤S5热成形方法的具体步骤为：

S5.1、将带有模具的圆筒形件放入箱式炉；

使用本实例的局部收口圆筒形件制造工艺方法，零件成形合格率提高30％，此外，比现有的机械加工方法材料利用率提高50％，制造成本降低50％，加工效率提高30％。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明通过整体工艺设计热成形模具，材料利用率提高50％，零件成形合格率提高30％。

(2)、本发明采用热成形模具加工成形，消除材料本身回弹影响，有效保障零件整体尺寸要求，加工产品精度明显提高。

(3)、本发明模具操作简化，缩短了加工周期，降低了劳动强度，提高了工作效率，有利于推进量产。

(4)、本发明通过整体工艺设计热成型模具，制造成本降低50％，加工效率提高30％，降低了生产成本。

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

1.一种局部收口圆筒形件热成形模具，所述局部收口圆筒形件包括直筒段、收口段，直筒段为圆柱筒状结构，收口段为圆台形筒状结构，收口段大端与直筒段端口连接，直筒段、收口段内部和外部均平滑过渡；其特征在于所述模具包括凹模、凸模、压板；

2.根据权利要求1所述的一种局部收口圆筒形件热成形模具，其特征在于所述局部收口圆筒形件采用钛合金材料制成，凹模、凸模、压板选择热缩比大于钛合金材料的材质制成。

3.根据权利要求2所述的一种局部收口圆筒形件热成形模具，其特征在于所述凹模、凸模、压板耐高温750℃-800℃。

4.根据权利要求1所述的一种局部收口圆筒形件热成形模具，其特征在于所述热成形后，凸模的外型面与凹模的内型面之间为局部收口圆筒形件，同一高度处凸模、局部收口圆筒形件的尺寸满足如下关系式：

D＝d×(1-η)

5.根据权利要求1所述的一种局部收口圆筒形件热成形模具，其特征在于所述凸模所用材料的线性膨胀系数为4.5‰～6‰。

6.根据权利要求1所述的一种局部收口圆筒形件热成形模具，其特征在于所述凸模和凹模的内型面表面粗糙度为0.8～1.6。

7.基于权利要求1所述模具的一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，其特征在于包括如下步骤：

S6、脱模取件，得到局部收口圆筒形件；

8.基于权利要求7所述的一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，其特征在于所述步骤S4执行之前，在截断的圆筒形件外表面上均匀涂抹防氧化剂。

9.根据权利要求7所述的一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，其特征在于所述步骤S5热成形方法的具体步骤为：

S5.1、将带有模具的圆筒形件放入箱式炉；

10.根据权利要求1所述的一种局部收口圆筒形件制造工艺方法，其特征在于所述脱模取件为：将压板取下，向上提起凹模，从凸模上取出局部收口圆筒形件。