CN101947596A - 钛合金拉伸机床及成形的方法 - Google Patents

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许季昌
王鹏
宣柏康
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Abstract

本发明公开了一种钛合金拉伸机床及成形的方法，拉伸机床包括控制***、模具和两个移动构件，移动构件上设置有拉力传感器和位移传感器，拉力传感器和位移传感器与控制***相连接。该方法的步骤为：A.在常温下，利用两个移动构件对钛合金工件进行预拉伸，使钛合金工件的两端被夹紧；B.继续施加拉力，使钛合金工件产生一个预定的塑性变形量，控制***读取此时的拉力值作为控制依据，并控制两个移动构件在整个塑性变形过程中保持该拉力值不变；C.控制***控制两个移动构件的运动，使钛合金工件与模具逐步贴合并最终拉伸成形。本发明成功实现了钛合金材料的冷拉伸成形，可以极大地促进钛合金材料在飞机制造等领域的应用。

Description

钛合金拉伸机床及成形的方法
技术领域
本发明涉及一种拉伸成型机床及拉伸成形的方法，具体涉及一种可以用于钛合金冷拉伸的机床及成形的方法。
背景技术
拉伸成型机床是一种公知的设备，如中国发明专利申请200910067216.9公开了一种板材拉形机，主要由机架、左右两侧各一排多个拉料机构和夹料机构组成，每个拉料机构由2-3个液压缸组成，液压缸的一端分别与机架活动联接，另一端共同与夹料机构活动联接。
飞行器制造人员都知道如果能采用钛合金蒙皮和钛合金型材焊接成整体壁板，取代铝合金整体壁板，材料布置科学，战斗机机身重量可大幅减轻，性能也能大幅提高，远超过铝合金整体壁板机身的战斗机。且钛合金的延伸率与铝合金相当，所以铝合金能成形的零件，钛合金理应也能成形。世界各国对钛合金材料作过拉伸试验，皆以断裂告终，这就是钛合金材料至今未能大量应用在战斗机机身制造的原因。
国外专家们在试验失败后，得出了钛合金材料是不可能冷拉伸成形的(不科学的)结论。至今，全世界都认定钛合金材料不可能冷拉成形。现有的拉伸成型机，比如美国HUFFORD拉伸成型机，都不具备直接冷拉成形钛合金零件的能力。
中国发明专利申请200680040245.0公开了一种钛拉伸成形设备和方法，可以实现对钛或钛合金材料的热拉伸成形，这种钛拉伸成形设备包括：a)模具，其具有带有预选非矩形横截面轮廓的工作面，所述轮廓适于接纳和成形细长金属工件，其中至少所述工作面包括隔热材料；b)加热构件，其用于将所述工件电阻加热到工作温度；以及c)移动构件，其用于使所述模具和工件相对于彼此移动，致使造成所述工件抵靠着所述工作面延伸和弯曲。这种拉伸成形方法的步骤为：a)提供具有预选非矩形横截面轮廓的细长金属工件；b)提供具有与所述横截面轮廓互补的工作面的模具，其中至少所述工作面包括隔热材料；c)使电流穿过所述工件而将所述工件电阻加热到工作温度；d)在所述工件处于所述工作温度的同时，通过造成所述工件和所述模具相对于彼此移动而抵靠着所述工作面成形所述工件，进而造成所述工件塑性延伸并弯曲且将所述工件塑形成预选的最终形状。由于采用热拉伸成形，设备中需要配置加热构件，使设备的结构变得复杂，也增加了控制的难度，同时采用热拉伸也不利于节能环保。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种可以用于钛合金冷拉伸的机床，以克服现有技术的上述缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种钛合金拉伸机床，包括控制***、模具和设置在所述模具两侧的两个移动构件，每个移动构件上均设置有拉力传感器和位移传感器，所述拉力传感器和位移传感器与所述控制***相连接。
优选地，所述移动构件包括拉伸油缸和连接在拉伸油缸末端的夹头，所述拉伸油缸通过控制阀与液压泵相连接，所述控制阀、液压泵均与所述控制***相连接。
更优地，所述拉力传感器设置在拉伸油缸与夹头的连接处。
更优地，所述位移传感器设置在拉伸油缸上。
更优地，所述拉伸油缸为双作用油缸。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种钛合金拉伸成形的方法。
该方法包括以下步骤：
A.在常温下，利用两个移动构件对钛合金工件进行预拉伸，使钛合金工件的两端被两个移动构件夹紧，不会产生滑动；
B.继续施加拉力，使钛合金工件产生一个预定的塑性变形量，根据拉力传感器反馈的拉力信号，控制***读取此时的拉力值作为控制依据，并控制两个移动构件在整个塑性变形过程中保持该拉力值不变；
C.控制***控制两个移动构件的运动，使钛合金工件与模具逐步贴合并最终拉伸成形。
优选地，所述移动构件包括拉伸油缸和连接在拉伸油缸末端的夹头，所述拉伸油缸通过控制阀与液压泵相连接，所述控制阀、液压泵均与所述控制***相连接。
优选地，在所述控制***中预置各种钛合金材料的牌号和规格，在拉伸前，只要输入钛合金工件的材料牌号、规格尺寸和预定塑性变形量，控制***即可自动计算出所需要的预拉力。
优选地，所述步骤B中预定的塑性变形量为1％～1.2％。
本发明的有益效果是成功实现了钛合金材料的冷拉伸成形，特别是对于飞机制造业来讲，具有非常重大的意义，可以极大地促进钛合金材料在飞机制造等领域的应用。利用本发明，可以制造出飞机上用的钛合金蒙皮和钛合金型材，进而焊接成整体壁板，可以大幅减轻机身重量，使飞机性能大幅提高，超过所有铝合金飞机。如果数量庞大的民航客机也大量改用钛合金后，就可以达到人们追求节能环保的低碳目标。
附图说明
图1是本发明钛合金拉伸机床的示意图。
图2是利用本发明拉伸机床对钛合金进行拉伸成形时的一种状态示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种钛合金拉伸机床包括控制***(图中未示出)、模具1和设置在模具1两侧的两个移动构件10，每个移动构件10包括拉伸油缸5和连接在拉伸油缸末端的夹头3，拉伸油缸5为双作用油缸并通过控制阀7与液压泵8相连接，所述控制阀7、液压泵8均与控制***相连接。在拉伸油缸5与夹头3的连接处设有拉力传感器4，用于感测移动构件10施加在钛合金工件2上的拉力；在拉伸油缸5上设有位移传感器6，拉力传感器4和位移传感器6在移动构件10上的位置并不是唯一的。拉力传感器4和位移传感器6均与所述控制***相连接。
下面介绍利用上述拉伸机床进行钛合金拉伸成形的方法。
本发明拉伸成形的方法的主要构思是设定钛合金塑性区的某一塑性点所对应的拉力，控制***就自动地将钛合金材料拉伸到所设定的塑性点，并在整个成形过程始终保持此塑性点所对应的拉力不变。具体步骤如下：该方法包括以下步骤：
A.将钛合金工件2的两端分别夹持在两个夹头3内，在常温下，利用两个移动构件10对钛合金工件2进行预拉伸，使钛合金工件2的两端被两个移动构件的夹头3夹紧，不会产生滑动，提高控制精度和成形质量的一致性；
B.预拉伸完成后，两个移动构件10继续对钛合金工件2施加拉力，使钛合金工件2产生一个预定的塑性变形量，比如将一根10米长的坯料拉伸至10.1米，根据拉力传感器4反馈的拉力信号，控制***读取此时的拉力值作为控制依据，并控制两个移动构件10在整个塑性变形过程中保持该拉力不变；
C.如图2所示，控制***控制两个移动构件10的运动，无论拉伸油缸5的运动方向如何改变，都保证工件的实际拉力始终稳定不变，使钛合金工件2与模具1逐步贴合并最终拉伸成形。
在本发明中，在控制***中可以预置各种钛合金材料的牌号和规格，在拉伸前，只要输入钛合金工件的材料牌号、规格尺寸和预定塑性变形量，控制***即可自动计算出所需要的预拉力。当机床预拉调整到位后，再继续对钛合金工件2进行直线拉伸，根据位移传感器6的位移，判断是否达到了预定的塑性变形量。当达预定的塑性变形量后，控制***读取当前的实际拉力值，记住此数值并以此数值为依据监控液压***，并在后面的整个塑性变形过程中保持该拉力不变。
在实际操作时，操作者先在控制***中设定塑性区的某一塑性变形量，一般在1％～1.2％之间，然后将工件材料的牌号和尺寸输入控制***中，最后装夹工件，按启动按钮，拉伸机床即可自动完成拉伸过程。
在本发明中，控制***按输入值控制机床运动，使每个工件始终在操作者输入的塑性变形量下成形，成形拉力保持恒定，从根本上解决了钛合金零件的拉断问题，并保证所有工件完全一致。
本发明成功实现了钛合金材料的冷拉伸成形，既可用于改造美国HUFFORD类型机床，也可用于新机床的制造。
以上所述仅为本发明其中的一种实施方式，并非用来限制本发明的保护范围，凡是依照本发明权利要求所做的变换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钛合金拉伸机床，包括控制***、模具(1)和设置在所述模具两侧的两个移动构件(10)，其特征是，每个移动构件(10)上均设置有拉力传感器(4)和位移传感器(6)，所述拉力传感器(4)和位移传感器(6)与所述控制***相连接。
2.根据权利要求1所述的钛合金拉伸机床，其特征是，所述移动构件(10)包括拉伸油缸(5)和连接在拉伸油缸末端的夹头(3)，所述拉伸油缸(5)通过控制阀(7)与液压泵(8)相连接，所述控制阀(7)、液压泵(8)均与所述控制***相连接。
3.根据权利要求2所述的钛合金拉伸机床，其特征是，所述拉力传感器(4)设置在拉伸油缸(5)与夹头(3)的连接处。
4.根据权利要求2所述的钛合金拉伸机床，其特征是，所述位移传感器(6)设置在拉伸油缸(5)上。
5.根据权利要求2所述的钛合金拉伸机床，其特征是，所述拉伸油缸(5)为双作用油缸。
6.一种利用权利要求1所述机床进行钛合金拉伸成形的方法，其特征是包括以下步骤：
A.在常温下，利用两个移动构件对钛合金工件进行预拉伸，使钛合金工件的两端被两个移动构件夹紧，不会产生滑动；
B.继续施加拉力，使钛合金工件产生一个预定的塑性变形量，根据拉力传感器反馈的拉力信号，控制***读取此时的拉力值作为控制依据，并控制两个移动构件在整个塑性变形过程中保持该拉力值不变；
C.控制***控制两个移动构件的运动，使钛合金工件与模具逐步贴合并最终拉伸成形。
7.根据权利要求6所述的钛合金拉伸成形的方法，其特征是，所述移动构件包括拉伸油缸和连接在拉伸油缸末端的夹头，所述拉伸油缸通过控制阀与液压泵相连接，所述控制阀、液压泵均与所述控制***相连接。
8.根据权利要求6所述的钛合金拉伸成形的方法，其特征是，在所述控制***中预置各种钛合金材料的牌号和规格，在拉伸前，只要输入钛合金工件的材料牌号、规格尺寸和预定塑性变形量，控制***即可自动计算出所需要的预拉力。
9.根据权利要求6所述的钛合金拉伸成形的方法，其特征是，所述步骤B中预定的塑性变形量为1％～1.2％。
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