CN107457279B - 一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法 - Google Patents

一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，特别涉及一种应用于钛合金圆筒和圆锥筒热圈圆成形的方法，即一种应用于钛合金圆筒和圆锥筒零件热状态下圈圆成形的方法，它适用于热状态下对钛合金坯料压弯圈圆成圆筒或圆锥筒零件，属于钛合金成型技术领域。采用本方法制备钛合金筒体类零件时，能有效避免冷成形时因钛合金自身性能所产生的回弹，提高筒体类零件圈圆成形的效率，改善零件圈圆质量，成形后零件后续加工工序更少，成形过程对零件表面质量影响小，圈圆后零件无褶皱。

Description

一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法
技术领域
本发明涉及一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，特别涉及一种应用于钛合金圆筒和圆锥筒热圈圆成形的方法，即一种应用于钛合金圆筒和圆锥筒零件热状态下圈圆成形的方法，它适用于热状态下对钛合金坯料压弯圈圆成圆筒或圆锥筒零件，属于钛合金成型技术领域。
背景技术
钛合金作为航空航天工业中一种比较常用的金属材料，其冷成形性能差一直是生产试验中面临的重要问题，特别是成形常见的圆筒和锥筒类零件时，常规冷成形后钛合金产生的回弹导致实际发生的塑形变形很小，不得不多道次重复工艺过程，工作时间长，效率低，并且最终成形质量不高。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法。
本发明的技术解决方案是：
一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，该方法的步骤包括：
(1)准备坯料；
所述的坯料包括加工主体和位于加工主体顶端和底端的固定部分，所述的加工主体的形状尺寸与待成型钛合金筒体类零件的展开形状尺寸一致，所述的固定部分是指在坯料的加工主体的顶端和底端高度方向上各预留不小于20mm的余边；
(2)准备模具，所述的模具包括上模具和下模具，所述的下模具带有成型面；
所述的下模具的成型面的弧度与待成型钛合金筒体类零件的成型弧度一致，成型面轴线方向的长度与步骤(1)中准备坯料的高度一致，成型面的宽度与待成型钛合金筒体类零件的一次成型宽度一致；
所述的上模具带有与所述的下模具的成型面相匹配的加压面；
(3)对步骤(1)准备的坯料进行表面处理，对步骤(2)准备的下模具的成型面和上模具的加压面进行表面处理；
(4)对步骤(3)进行了表面处理后的下模具进行加热；
(5)将步骤(3)进行了表面处理后的坯料通过坯料两端的固定部分固定在下模具的成型面上，然后将上模具的加压面闭合到坯料的上面对坯料进行加压，加压结束后完成一次成型过程；
(6)抬起上模具，在宽度方向上调整坯料，对坯料进行下一个一次成型过程，直至在自由状态下，坯料两侧边的距离不大于20mm；
(7)对步骤(6)得到的坯料进行表面处理后进行焊接、校形并切除余量，得到钛合金筒体类零件。
所述的钛合金筒体类零件为钛合金圆筒或是钛合金锥筒，且钛合金筒体类零件的高度不大于1.5m，直径不小于200mm。
所述的步骤(1)中，顶端固定部分和底端固定部分上均开有多个定位缺口，且位于顶端的固定部分上的定位缺口与位于底端的固定部分的定位缺口相对应，且相对应的两个定位缺口为一对定位缺口。
当钛合金筒体类零件的长径比大于等于3时，定位缺口的数量为10-15对。
当钛合金筒体类零件的长径比小于3时，定位缺口的数量为6-9对。
所述的步骤(2)中，下模具的两端带有定位销，坯料通过定位销和定位缺口固定在下模具上。
所述的步骤(3)中，对坯料进行表面处理的方法为：首先进行表面荧光检测，确认无缺陷后在表面喷涂Ti-1溶液，对下模具的成型面进行表面处理的方法为：首先物理清理然后喷涂石墨溶剂。
所述的步骤(4)中，对下模具进行加热的温度为650℃～750℃，保温时间为30-60min。
所述的步骤(5)中，对坯料进行加压时，单次压力为15-40τ，保压时间为15-20min，下模具的温度为650℃～750℃。
所述的步骤(5)和步骤(6)中，将坯料固定在下模具的成型面上以及对坯料进行调整时的顺序即坯料进行圈圆的次序为：首先圈圆坯料一边最边缘的一对定位缺口以及圈圆坯料另一边最边缘的一对定位缺口，然后圈圆坯料最中心的一对定位缺口，最后从最中心的一对定位缺口逐渐向两边的定位缺口逐次进行圈圆。
本发明的优点：采用本方法制备钛合金筒体类零件时，能有效避免冷成形时因钛合金自身性能所产生的回弹，提高筒体类零件圈圆成形的效率，改善零件圈圆质量，成形后零件后续加工工序更少，成形过程对零件表面质量影响小，圈圆后零件无褶皱。
附图说明
图1为实施例中坯料的形状尺寸示意图；
图2为实施例中下模具的结构示意图。
具体实施方式
一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，所述的钛合金筒体类零件为钛合金圆筒或是钛合金锥筒，该方法的步骤包括：
步骤一，下料过程，根据零件尺寸计算所需要的坯料尺寸，成形零件高度在1.5m以下，直径在200mm以上的圆筒或圆锥筒零件，坯料两端高度方向相应各预留25mm余量，对于长径比δ大于等于3的零件，定位缺口的数量应在12对左右，对于长径比小于3的零件，定位缺口的数量应在9对左右；
步骤二，准备过程，按照计算尺寸下坯料并进行表面荧光检测，确认无缺陷后清理零件表面并喷涂Ti-1溶液，清理模具表面并喷涂石墨溶剂；
步骤三，升温过程，加热模具到650℃～750℃，到温后保温模具30min以上，模具需要多点测温，保证模具温度均匀，圈圆过程持续保持加热；
步骤四，压弯圈圆成形过程，将坯料两端对应的定位缺口套入模具定位销后闭合上下模具并加压，单次压力在15-40τ，保温保压时间为15-20min，保压结束后调整坯料，让另一对定位缺口套入模具定位销，重复合模加压过程，直到自由状态下，毛坯料两端距离不大于20mm；
步骤五，温度保持过程，如果圈圆过程模具温度降低，重新加热模具并在到温后保温30min；
步骤六，圈圆次序要求，坯料先压弯坯料两侧定位缺口对应的区域，然后从中间定位缺口逐渐向两侧逐次压弯圈圆；
步骤七，后处理过程，成形完成后清理热圈圆后筒体零件表面后对圆筒碱崩酸洗，焊接后校形并切除余量。
下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
实施例
钛合金锥形筒零件的材料为TA15钛合金，圆锥筒两端直径分别为280mm和320mm，零件高度为800mm，壁厚2mm，要求圈圆后零件表面不产生裂纹、划痕，坯料不产生褶皱，最终自由状态下坯料两端距离不大于20mm；
具体实时方式按如下工艺步骤进行：
(1)准备坯料；
所述的坯料包括加工主体和位于加工主体顶端和底端的固定部分，所述的加工主体的形状尺寸与待成型钛合金筒体类零件的展开形状尺寸一致，所述的固定部分是指在坯料的加工主体的顶端和底端高度方向上各预留不小于20mm的余边；设计定位缺口的数量为9对，如图1所示；按照计算得到坯料尺寸激光切割出坯料；
(2)准备模具，所述的模具包括上模具和下模具，所述的下模具带有成型面，成型面上带有与定位缺口相匹配的定位销；
如图2所示，所述的下模具的成型面的弧度与待成型钛合金筒体类零件的成型弧度一致，成型面的长度与步骤(1)中准备坯料的高度一致，成型面的宽度与待成型钛合金筒体类零件的一次成型宽度一致；
所述的上模具带有与所述的下模具的成型面相匹配的加压面；
(3)对步骤(1)准备的坯料表面进行荧光检测，确认无缺陷后，用酒精清理零件表面并喷涂Ti-1溶液，防止零件氧化，对步骤(2)准备的下模具的成型面和上模具的加压面用酒精清理表面并喷涂石墨溶剂，要求取出模具表面硬点，石墨溶剂中不能含有直径超过1.5mm颗粒物；
(4)对步骤(3)进行了表面处理后的下模具进行加热到750℃，到温后保温下模具30min以上，下模具多位置插热电偶测温，圈圆过程持续保持加热；
(5)压弯圈圆成形过程：将步骤(3)进行了表面处理后的坯料通过坯料两端的固定部分的定位缺口1套入下模具的定位销上后缓慢闭合上下模具并加压，单次压力为30τ，保温保压时间为15min；
(6)保压结束后抬起上模具，在宽度方向上调整坯料，将定位缺口2套入下模具的定位销上后缓慢闭合上下模具并加压，单次压力为30τ，保温保压时间为15min，对坯料进行下一个一次成型过程，然后依次按照定位缺口3-4-5-6-7-8-9的顺序对坯料进行压弯圈圆成型过程，压弯圈圆成型过程结束后坯料在自由状态下，坯料两侧边的距离为18mm；
(7)对步骤(6)得到的坯料进行表面碱崩酸洗处理后焊接纵缝然后校形并切除余量，得到钛合金筒体类零件，得到的零件表面未产生裂纹、划痕且坯料未产生褶皱。
如图2所示，所述的步骤(2)中的下模具为一圆柱体，圆柱体的顶面加工成与待成型的钛合金锥形筒零件的成型弧度一致的弧面，且在该弧面的两端各有一个定位销；圆柱体的中心加工出一个横截面为“C”型的空洞，该“C”型的空洞用于在坯料进行调整过程中坯料的盛放空间，且该“C”型的空洞的开口端使用一块体进行封口，当对坯料进行加工时该块体封住该“C”型的空洞的开口端，使坯盛放料在该“C”型的空洞和块体之间的空间内，当对坯料进行压弯圈圆结束后，将块体从该“C”型的空洞的开口端取下，然后将加工成型后的坯料从该下模具上沿该“C”型的空洞的开口端取下。

Claims (4)

1.一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)准备坯料；
所述的坯料包括加工主体和位于加工主体顶端和底端的固定部分，所述的加工主体的形状尺寸与待成型钛合金筒体类零件的展开形状尺寸一致，所述的固定部分是指在坯料的加工主体的顶端和底端高度方向上各预留不小于20mm的余边；
(2)准备模具，所述的模具包括上模具和下模具，所述的下模具带有成型面；
所述的下模具的成型面的弧度与待成型钛合金筒体类零件的成型弧度一致，成型面轴线方向的长度与步骤(1)中准备坯料的高度一致，成型面的宽度与待成型钛合金筒体类零件的一次成型宽度一致；
所述的上模具带有与所述的下模具的成型面相匹配的加压面；
(3)对步骤(1)准备的坯料进行表面处理，对步骤(2)准备的下模具的成型面和上模具的加压面进行表面处理；
(4)对步骤(3)进行了表面处理后的下模具进行加热；
(5)将步骤(3)进行了表面处理后的坯料通过坯料两端的固定部分固定在下模具的成型面上，然后将上模具的加压面闭合到坯料的上面对坯料进行加压，加压结束后完成一次成型过程；
(6)抬起上模具，在宽度方向上调整坯料，对坯料进行下一个一次成型过程，直至在自由状态下，坯料两侧边的距离不大于20mm；
(7)对步骤(6)得到的坯料进行表面处理后进行焊接、校形并切除余量，得到钛合金筒体类零件；
所述的步骤(1)中，顶端固定部分和底端固定部分上均开有多个定位缺口，且位于顶端的固定部分上的定位缺口与位于底端的固定部分的定位缺口相对应，且相对应的两个定位缺口为一对定位缺口；
所述的步骤(2)中，下模具的两端带有定位销，坯料通过定位销和定位缺口固定在下模具上；
所述的步骤(3)中，对坯料进行表面处理的方法为：首先进行表面荧光检测，确认无缺陷后在表面喷涂Ti-1溶液，对下模具的成型面进行表面处理的方法为：首先物理清理然后喷涂石墨溶剂；
所述的步骤(4)中，对下模具进行加热的温度为650℃～750℃，保温时间为30-60min；
所述的步骤(5)中，对坯料进行加压时，单次压力为15-40吨，保压时间为15-20min，下模具的温度为650℃～750℃；
所述的步骤(5)和步骤(6)中，将坯料固定在下模具的成型面上以及对坯料进行调整时的顺序即坯料进行圈圆的次序为：首先圈圆坯料一边最边缘的一对定位缺口以及圈圆坯料另一边最边缘的一对定位缺口，然后圈圆坯料最中心的一对定位缺口，最后从最中心的一对定位缺口逐渐向两边的定位缺口逐次进行圈圆。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，其特征在于：所述的钛合金筒体类零件为钛合金圆筒或是钛合金锥筒，且钛合金筒体类零件的高度不大于1.5m，直径不小于200mm。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，其特征在于：当钛合金筒体类零件的长径比大于等于3时，定位缺口的数量为10-15对。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金筒体类零件热圈圆成形方法，其特征在于：当钛合金筒体类零件的长径比小于3时，定位缺口的数量为6-9对。
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