CN108188245A - 一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法 - Google Patents

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Abstract

一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法属于塑性成形加工领域。制备超塑成形模具的上模、下模，其型面尺寸通过工艺仿真确定；采用超塑成形模具进行唇口零件超塑成形，工艺为：在钛合金板料两面与超塑成形模具的工作面涂覆止焊剂；将钛合金板料放置于下模上，将上模放置于钛合金板料上，通过导向板定位合模；加热模具至400℃，并充入氩气，继续加热至920℃，对上下模加压；通过下模通气孔b充入氩气，进行预成形；再通过上模通气孔充入氩气，零件终成形；停止加热，待模具温度降低到400℃以下，停止充入氩气，开炉取件；冷却后，制取唇口零件外形。本发明方法简单，整个生产周期缩短，提高生产效率，降低成本，提供质量。

Description

一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法
技术领域
本发明属于塑性成形加工技术领域，涉及一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法。
背景技术
航空、航天等工业部门现已广泛应用具有优异综合性能的钛合金板材。钛合金薄壁件由于冷加工难成形，而多采用等温热成形法。等温热成形是将金属材料加热至再结晶温度以下，利用金属材料在高温下塑性提高、变形抗力降低的特点制造零件的一种压力加工技术。
TC4钛合金为椭圆结构零件，如图1、图2所示，其唇口直径约1170mm，口宽190mm，壁厚要求0.5mm～0.7mm，开口的深度约180mm。现阶段，通常采用如下方法制造：
(1)整体钛合金板材热成形。由于零件曲率太大，在开口和底部都将产生严重的褶皱，成形可能性极小。
(2)分段热成形--拼焊--稳定校形的工艺方法。焊缝位置要求平行于飞机轴线方向，如果热成形工艺分4段成形，在唇口内缘会出现较多褶皱，无法排除，分段过多又会造成焊接过程定位困难，且焊接变形较大，后续的稳定热处理校形困难。
(3)凹模超塑成形。凹模直接超塑成形的模拟仿真结果显示零件底部减薄严重，无法达到设计要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种先反向预成形再正向终成形零件的超塑成形模具及成形方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法，包括以下步骤：
第一步，制备超塑成形模具
超塑成形模具包括上模、下模，上模用于预成形，下模用于终成形，上模、下模的型面具体尺寸通过工艺仿真确定。
所述的上模包括通气孔a、测温孔a、压边梗a；通气孔a位于钛合金板料最终贴模的圆角处，用于钛合金板料超塑预成形贴模时排气和终成形时充入氩气；测温孔a用于监测模具温度；压边梗a用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载。
所述的下模包括导向板、起料槽、通气孔b、测温孔b、压边梗b；通气孔b用于钛合金板料超塑预成形贴模时充入氩气和终成形时排气；测温孔b用于监测模具温度；压边梗b8用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载；导向板安装在下模外侧，用于控制合模定位的准确度；起料槽用于零件成形后翘取出零件。
所述的上模、下模材料为ZG35Cr24Ni7SiN，导向板材料为1Cr18Ni9Ti。
第二步，采用超塑成形模具进行唇口零件超塑成形，其工艺包括：
2.1)清理厚度为1mm的钛合金板料表面至干净无油污，在钛合金板料两面与超塑成形模具的工作面涂覆止焊剂。
2.2)将钛合金板料放置于下模上，将上模放置于钛合金板料上，通过导向板定位合模；
上模型面用于使钛合金板料先向上预成形，增大钛合金板料面积，并用上模凸凹的型面控制钛合金板料的厚度分布，使钛合金板料预成形后较厚的部位对应钛合金板料向下成形时减薄剧烈的部位，使钛合金板料预成形后较薄的部位对应钛合金板料向下成形时减薄较少的部位，作为终成形的坯料。
下模型面是钛合金板料最终成形贴模的型面。将型面对应的零件的底部朝上，外侧周围是供钛合金板料流动的工艺补充型面，使成形过程中钛合金板料先接触零件底部，摩擦力使钛合金板料在该处不再减薄，确保底部的料厚。然后通过材料的流动和减薄来成形开口边缘，使整个零件的壁厚均匀，满足设计要求。
2.3)在超塑成形机中加热超塑成形模具至400℃，通过外部气压加载控制***充入高纯氩气保护钛合金板料防止其氧化；继续加热至成形温度920℃，压力机对上下模加压，通过下模的通气孔b充入氩气，加载压力1.7MPa，时间1h，使钛合金板料贴附于上模型面，进行预成形；再通过上模的通气孔a充入氩气，加载压力1.8MPa，时间2.5h，使钛合金板料贴附于下模型面，零件终成形。
2.4)气压加载结束后，完成整个超塑成形过程，停止加热，把气压逐渐降低，保护钛合金板料防止其氧化；待超塑成形模具温度降低到400℃以下，停止充入氩气，开炉取件；冷却后，制取唇口零件外形。
本发明的有益效果为：
唇口零件成形工艺难度降低，工序减少，无需分段成形、焊接、稳定热处理等，整个生产周期缩短，提高生产效率；模具数量少，设计制造周期随之减少，材料和能源利用率提高，一次热循环完成预成形和终成形，成本降低；零件整体性好，制造精准度提高，无焊缝，质量全面提高，强度和刚度提高，增强机体使用寿命和可靠性等。
附图说明
图1为唇口内侧结构示意图。
图2为唇口外侧结构示意图。
图3为上模结构示意图。
图4为下模结构示意图。
图5为合模剖面结构示意图。
图中：1通气孔a；2测温孔a；3压边梗a；4导向板；5起料槽；6通气孔b；7测温孔b；8压边梗b。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
第一步，制备超塑成形模具
超塑成形模具包括上模、下模，上模、下模的型面具体尺寸通过工艺仿真确定。
所述的上模包括通气孔a1、测温孔a2、压边梗a3；通气孔a1位于钛合金板料最终贴模的圆角处，用于钛合金板料超塑预成形贴模时排气和终成形时充入氩气；测温孔a2用于监测模具温度；压边梗a3用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载。
所述的下模包括导向板4、起料槽5、通气孔b6、测温孔b7、压边梗b8；通气孔b6用于钛合金板料超塑预成形贴模时充入氩气和终成形时排气；测温孔b7用于监测模具温度；压边梗b8用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载；导向板4安装在下模外侧，用于控制合模定位的准确度；起料槽5用于零件成形后翘取出零件。
所述的上模、下模材料为ZG35Cr24Ni7SiN，导向板4材料为1Cr18Ni9Ti。
第二步，采用超塑成形模具进行唇口零件超塑成形，其工艺包括：
2.1)清理厚度为1mm的钛合金板料表面至干净无油污，在钛合金板料两面与超塑成形模具的工作面涂覆止焊剂。
2.2)将钛合金板料放置于下模上，将上模放置于钛合金板料上，通过导向板4定位合模；
上模型面用于使钛合金板料先向上预成形，增大钛合金板料面积，并用上模凸凹的型面控制钛合金板料的厚度分布，使钛合金板料预成形后厚的部位对应钛合金板料向下成形时减薄剧烈的部位，使钛合金板料预成形后薄的部位对应钛合金板料向下成形时减薄较少的部位，作为终成形的坯料。
下模型面是钛合金板料最终成形贴模的型面。将型面对应的零件的底部朝上，外侧周围是供钛合金板料流动的工艺补充型面，使成形过程中钛合金板料先接触零件底部，摩擦力使钛合金板料在该处不再减薄，确保底部的料厚。然后通过材料的流动和减薄来成形开口边缘，使整个零件的壁厚均匀，满足设计要求。
2.3)在超塑成形机中加热超塑成形模具至400℃，通过外部气压加载控制***充入高纯氩气保护钛合金板料防止其氧化；继续加热至成形温度920℃，压力机对上下模加压，通过下模的通气孔b6充入氩气，加载压力1.7MPa，时间1h，使钛合金板料贴附于上模型面，进行预成形；再通过上模的通气孔a1充入氩气，加载压力1.8MPa，时间2.5h，使钛合金板料贴附于下模型面，零件终成形。
2.4)气压加载结束后，完成整个超塑成形过程，停止加热，把气压逐渐降低，保护钛合金板料防止其氧化；待超塑成形模具温度降低到400℃以下，停止充入氩气，开炉取件；冷却后，制取唇口零件外形。

Claims (3)

1.一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法，其特征在于以下步骤：
第一步，制备超塑成形模具
超塑成形模具包括上模、下模，上模、下模的型面具体尺寸通过工艺仿真确定；
所述的上模包括通气孔a(1)、测温孔a(2)、压边梗a(3)；通气孔a(1)位于钛合金板料最终贴模的圆角处，用于钛合金板料超塑预成形贴模时排气和终成形时充入氩气；测温孔a(2)用于监测模具温度；压边梗a(3)用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载；
所述的下模包括导向板(4)、起料槽(5)、通气孔b(6)、测温孔b(7)、压边梗b(8)；通气孔b(6)用于钛合金板料超塑预成形贴模时充入氩气和终成形时排气；测温孔b(7)用于监测模具温度；压边梗b(8)用于密封钛合金板料和模具，确保气压的加载；导向板(4)安装在下模外侧，用于控制合模定位的准确度；起料槽(5)用于零件成形后翘取出零件；
第二步，采用超塑成形模具进行唇口零件超塑成形，其工艺包括：
2.1)清理厚度为1mm的钛合金板料表面至干净无油污，在钛合金板料两面与超塑成形模具的工作面涂覆止焊剂；
2.2)将钛合金板料放置于下模上，将上模放置于钛合金板料上，通过导向板(4)定位合模；
上模型面用于使钛合金板料先向上预成形，增大钛合金板料面积，并用上模凸凹的型面控制钛合金板料的厚度分布，使钛合金板料预成形后厚的部位对应钛合金板料向下成形时减薄剧烈的部位，使钛合金板料预成形后薄的部位对应钛合金板料向下成形时减薄较少的部位，作为终成形的坯料；
下模型面是钛合金板料最终成形贴模的型面；将型面对应的零件的底部朝上，外侧周围是供钛合金板料流动的工艺补充型面，使成形过程中钛合金板料先接触零件底部，摩擦力使钛合金板料在该处不再减薄，确保底部的料厚；通过材料的流动和减薄来成形开口边缘，使整个零件的壁厚均匀，满足设计要求；
2.3)在超塑成形机中加热超塑成形模具至400℃，通过外部气压加载控制***充入高纯氩气保护钛合金板料防止其氧化；继续加热至成形温度920℃，压力机对上下模加压，通过下模的通气孔b(6)充入氩气，加载压力1.7MPa，时间1h，使钛合金板料贴附于上模型面，进行预成形；再通过上模的通气孔a(1)充入氩气，加载压力1.8MPa，时间2.5h，使钛合金板料贴附于下模型面，零件终成形；
2.4)气压加载结束后，完成整个超塑成形过程，停止加热，把气压逐渐降低，保护钛合金板料防止其氧化；待超塑成形模具温度降低到400℃以下，停止充入氩气，开炉取件；冷却后，制取唇口零件外形。
2.根据权利要求1所述的一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法，其特征在于，所述的上模、下模材料为ZG35Cr24Ni7SiN。
3.根据权利要求1或2所述的一种飞机进气道唇口超塑成形模具的成形方法，其特征在于，所述的导向板(4)材料为1Cr18Ni9Ti。
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