CN116423150A - 一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，包括：设计制造热成形模具；周圈预留一定的余量，进行激光切割下料，并喷涂防氧化涂料；将压边圈与模具下模正确装配，压边圈可以在下模的约束下竖直上下移动；对模具进行升温，利用设备顶杆的上升，将压边圈顶起，与下模成形面最高点平齐；开动设备，装有上模的上平台向下移动，上模首先于钛合金毛坯接触；将成型毛坯的余量除去，保证每个零件的圆周角固定；制成一个U形截面的大尺寸钛合金圆环。本发明突破了设备尺寸的限制，分段成形，板材在成形过程中，金属流动更加自由，有效降低了成形过程中的减薄率，使结构更加均匀，强度更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，属于钛合金精密成形加工制造技术领域。
背景技术
钛合金有着优异的物理机械性能，例如耐高温、耐腐蚀、比强度高等优点，广泛应用于航空航天、舰船、生物医用、石油化工等领域。在高温条件下，钛合金的塑性可得到明显的改善，成形性能良好，钛合金深腔件意味着较大的变形，对钛合金的成形性能提出了更高的要求，在成形过程中容易起皱、局部严重减薄、甚至开裂。针对该深腔零件，一般加工方案有型材弯曲方案、超塑成形方案等。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，通过将大尺寸圆环深腔件分为几个相同的部分分别成形，最后焊接的形式，实现了大尺寸圆环深腔件的快速制造。与整体成形相比，该成形方法突破了设备尺寸的限制，分段成形，板材在成形过程中，金属流动更加自由，有效降低了成形过程中的减薄率，使结构更加均匀，强度更好。
本发明解决技术的方案是：
一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，包括：
步骤1，设计制造热成形模具，模具包括上模、下模和压边圈，上模为一个整体，在上模的上方设置有减重槽，侧面设置有长圆槽，用于将上模固定在热成形机上平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋；
下模为一个整体，在下模的下方设置有减重槽，下模侧面设置有长圆槽，用于将下模固定在热成形机下平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋，在下模成形区域两侧加工若干个通孔，用于热成形机顶杆的通过和上下移动；
压边圈为一个平板，中间加工一个与零件圆弧相同的弧形孔，该圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有一定间隙，可以套入其中，并可以竖直上下自由运动，上模和下模之间的相对位置关系靠两个梯形定位结构耦合来实现；
步骤2，根据步骤1中的模具和零件模型，周圈预留一定的余量，进行激光切割下料，并喷涂防氧化涂料；
步骤3，将步骤1加工制造好的模具通过压板的上模固定在热成形机的上平台上，下模固定在热成形机的下平台上，将压边圈与模具下模正确装配，压边圈可以在下模的约束下竖直上下移动；
步骤4，对模具进行升温，利用设备顶杆的上升，将压边圈顶起，与下模成形面最高点平齐，设置顶杆压力，将步骤2激光切割的板材按照定位销位置平放在压边圈上，保温至少10分钟；
步骤5，开动设备，装有上模的上平台向下移动，上模首先于钛合金毛坯接触，钛合金毛坯被上模和压边圈压紧在中间位置，热成形机顶杆与热成形机上平台之间存在至少100吨的压力差，迫使压边圈和上模再压紧钛合金毛坯的情况下，摩擦力的作用相当于钛合金毛坯受到周圈的拉力，一起向下移动，直至合模，零件最终成形，并保温保压至少20分钟；
步骤6，采用铣加工的方式将成型毛坯的余量除去，保证每个零件的圆周角固定；
步骤7，将步骤6铣加工好的零件进行焊接，最终制成一个U形截面的大尺寸钛合金圆环。
进一步的，步骤1中模具材料为中硅钼球墨铸铁或耐高温不锈钢耐热模具材料。
进一步的，步骤1中通孔为3～10个。
进一步的，步骤1中，圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有间隙，间隙为0.5～2mm。
进一步的，步骤2中钛合金厚度为0.5～5mm。
进一步的，步骤4中成形温度，钛合金600～750℃，高温合金800～950℃，铝合金300～400℃。
进一步的，步骤6，圆周角角度为360/n，n为整数，n＝2～6。
进一步的，通孔直径为55-65mm。
进一步的，设置顶杆压力至少50吨。
进一步的，步骤4中，对模具进行升温至700℃。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明将零件均匀的分割为3等分，该种分割方式，焊缝长度最小，能有效的避免焊接热出入带来的变形；
(2)本发明通过合理设置顶杆压力，在成形过程中，零件受约束滑动，通过调整上模和压边圈之间的压力差，可最大程度控制板材的减薄率，减薄率能控制在5％以内。
附图说明
图1为本发明的模具组成；
其中，1-上模，2-下模，3-压边圈；
图2为本发明模具上模；
其中，4-加强筋，5-减重槽，6-长圆槽，7-梯形定位结构；
图3为本发明模具下模；
其中，8-成形面，9-通孔；
图4为本发明钛合金毛坯；
图5为本发明钛合金毛坯放置位置；
图6为本发明钛合金成形毛坯；
图7为本发明大尺寸钛合金圆环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，包括：
步骤1，设计制造热成形模具，模具由上模、下模和压边圈三个部分组成，模具材料为耐高温中硅钼球墨铸铁，根据设计模型铸造后铣加工而成模具如图1所示。
模具上模为一个整体，在模具的上方设置有减重槽，模具侧面设置有长圆槽，用于将模具固定在热成形机上平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋，如图2所示。
模具下模为一个整体，在模具的下方设置有减重槽，模具侧面设置有长圆槽，用于将模具固定在热成形机下平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋，在模具下模成形区域两侧加工10个通孔，直径60mm，用于热成形机顶杆的通过和上下移动，如图3所示。
模具压边圈为一个平板，中间加工一个与零件圆弧相同的弧形孔，该圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有0.5mm间隙，可以套入其中，并可以竖直上下自由运动，模具上模和下模之间的相对位置关系靠两个梯形定位结构耦合来实现。
步骤2，根据步骤1中的模具和零件模型，周圈预留一定的余量，进行激光切割下料，并喷涂防氧化涂料，钛合金毛坯厚度为4mm，形状如图4所示。
步骤3，将步骤1加工制造好的模具通过压板的上模固定在热成形机的上平台上，下模固定在热成形机的下平台上，将压边圈与模具下模正确装配，压边圈可以在下模的约束下竖直上下移动。
步骤4，对模具进行升温至700℃，利用设备顶杆的上升，将压边圈顶起，与下模成形面最高点平齐，设置顶杆压力50吨，将步骤2激光切割的板材按照定位销位置平放在压边圈上，放置位置如图5所示，保温10分钟。
步骤5，开动设备，装有上模的上平台向下移动，设定压力150吨，上模首先于钛合金毛坯接触，钛合金毛坯被上模和压边圈压紧在中间位置，热成形机顶杆与热成形机上平台之间存在100吨的压力差，迫使压边圈和上模再压紧钛合金毛坯的情况下，摩擦力的作用相当于钛合金毛坯受到周圈的拉力，一起向下移动，直至合模，零件最终成形，并保温保压20分钟，成形后的毛坯如图6所示。
步骤6，采用铣加工的方式将成型毛坯的余量除去，保证每个零件的圆周角为120°。
步骤7，将步骤6铣加工好的零件进行焊接，最终制成一个U形截面的大尺寸钛合金圆环，如图7所示。
步骤1中模具材料为中硅钼球墨铸铁、耐高温不锈钢等耐热模具材料。
步骤1中通孔3～10个。
步骤1中，圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有间隙，0.5～2mm。
步骤2中，材料为钛合金，铝合金、高温合金等材料
步骤2中钛合金厚度0.5～5mm。
步骤4中成形温度，钛合金600～750℃，高温合金800～950℃，铝合金300～400℃。
步骤6，圆周角角度为360/n，n为整数，n＝2～6。
本发明将零件均匀的分割为3等分，该种分割方式，焊缝长度最小，能有效的避免焊接热出入带来的变形；
本发明通过合理设置顶杆压力，在成形过程中，零件受约束滑动，通过调整上模和压边圈之间的压力差，可最大程度控制板材的减薄率，减薄率能控制在5％以内。
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)
1.一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，包括：
步骤1，设计制造热成形模具，模具包括上模、下模和压边圈，上模为一个整体，在上模的上方设置有减重槽，侧面设置有长圆槽，用于将上模固定在热成形机上平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋；
下模为一个整体，在下模的下方设置有减重槽，下模侧面设置有长圆槽，用于将下模固定在热成形机下平台上，在圆弧形的内侧设置有加强筋，在下模成形区域两侧加工若干个通孔，用于热成形机顶杆的通过和上下移动；
压边圈为一个平板，中间加工一个与零件圆弧相同的弧形孔，该圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有一定间隙，可以套入其中，并可以竖直上下自由运动，上模和下模之间的相对位置关系靠两个梯形定位结构耦合来实现；
步骤2，根据步骤1中的模具和零件模型，周圈预留一定的余量，进行激光切割下料，并喷涂防氧化涂料；
步骤3，将步骤1加工制造好的模具通过压板的上模固定在热成形机的上平台上，下模固定在热成形机的下平台上，将压边圈与模具下模正确装配，压边圈可以在下模的约束下竖直上下移动；
步骤4，对模具进行升温，利用设备顶杆的上升，将压边圈顶起，与下模成形面最高点平齐，设置顶杆压力，将步骤2激光切割的板材按照定位销位置平放在压边圈上，保温至少10分钟；
步骤5，开动设备，装有上模的上平台向下移动，上模首先于钛合金毛坯接触，钛合金毛坯被上模和压边圈压紧在中间位置，热成形机顶杆与热成形机上平台之间存在至少100吨的压力差，迫使压边圈和上模再压紧钛合金毛坯的情况下，摩擦力的作用相当于钛合金毛坯受到周圈的拉力，一起向下移动，直至合模，零件最终成形，并保温保压至少20分钟；
步骤6，采用铣加工的方式将成型毛坯的余量除去，保证每个零件的圆周角固定；
步骤7，将步骤6铣加工好的零件进行焊接，最终制成一个U形截面的大尺寸钛合金圆环。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤1中模具材料为中硅钼球墨铸铁或耐高温不锈钢耐热模具材料。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤1中通孔为3～10个。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤1中，圆弧孔外形尺寸与下模的成形面外形尺寸之间有间隙，间隙为0.5～2mm。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤2中钛合金厚度为0.5～5mm。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤4中成形温度，钛合金600～750℃，高温合金800～950℃，铝合金300～400℃。
7.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤6，圆周角角度为360/n，n为整数，n＝2～6。
8.根据权利要求1或3所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，通孔直径为55-65mm。
9.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，设置顶杆压力至少50吨。
10.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金圆环深腔件引伸成形方法，其特征在于，步骤4中，对模具进行升温至700℃。
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