CN108296402A - 一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于塑性成形加工技术领域,提供一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法。首先,将拼焊蒙皮零件型面合并形成一个大型的型面,对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真,预判板料成形质量;其次,参照优化的型面设计整体等温热成形模具,等温热成形模具包括上模A和下模B;再次,根据选择的模具材料的热膨胀系数,确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸;最后,采用等温热成形模具制造零件。本发明方法简单,采用本发明制备飞机钛合金零件,能够降低成本、缩短周期、提高质量。
Description
技术领域
本发明属于塑性成形加工技术领域,涉及一种拼焊蒙皮整体等温热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。
后机身的大型TC2钛合金蒙皮组合件尺寸长达2450mm,如图1所示,由4个等温热成形零件即零件a1、零件b2、零件c3和零件d4焊接成形。小型零件的成形降低了对于设备规模的要求和技术难度,但是带来了成本高、周期长和质量差等问题。每个等温热成形零件分别要进行下料、打磨、清洗、成形、制外形、铣切孔、酸洗的制造流程。该过程中需要4套等温热成形模、4套检验模。成形后,还需要再经过三道焊接工序,通过焊缝a、b、c将四块蒙皮拼焊成形。该过程中需要使用1套大型装配检验夹具进行焊前装配定位,需要使用3套焊接调整夹具进行曲面焊接,存在焊接合格率的问题,降低整体强度和刚度。焊接后,要进行X光检验焊缝质量。最后需要热处理去除焊接应力,该工序需要使用1套大型热处理工装。
现阶段生产过程主要存在的缺点如下:
(1)成本高:需要4套等温热成形工装,4套敲检模,1套装配检验夹具,3套焊接调整夹具,1套热处理工装,共计13套工装,仅工装成本约为100万,并且材料利用率低,能源浪费多,生产成本高昂。
(2)周期长:由于工装数量多,设计制造周期长;零件制造工序多,等温热成形工艺流程就需要4次,焊接3次,每条焊缝需要X光检验,并且进行热处理,传递环节多,效率低,整个生产周期成倍增长。
(3)质量差:零件数量多,制造过程精准度不易控制,累积误差大,曲面焊接工序多,工艺难度要求高,焊缝多,产生缺陷概率大,零件质量难以控制。
发明内容
针对现有技术存在的问题及不足,本发明提供一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法,把原来的拼焊组合件作为一个大型零件直接进行一次等温热成形,替代原有的4次等温热成形和3次焊接流程,省略热处理去除焊接应力工序,克服原有生产过程中存在的问题。
为了达到上述目的,本发明的技术方案为:
一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法,包括以下步骤:
第一步,根据拼焊蒙皮结构特点,采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并,形成一个大型的型面,该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点。
第二步,采用模拟软件对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真,预判板料成形质量:若板料成形仿真结果符合检验要求,则进行详细模具设计;若成形效果不佳,则优化模具型面,直到型面合理。仿真结果同时提供优化的成形压力。
第三步,参照优化的型面设计整体等温热成形模具,等温热成形模具包括上模A和下模B;所述的上模A通过安装在侧面的导向板实现与下模B的精确合模加压,下模B安装圆柱销用于板料的初始定位;所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽用于与设备连接,同时侧面设有吊装棒和测温孔。
第四步,根据选择的模具材料的热膨胀系数,确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸。计算公式如下:
Lcm=Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)
式中,Lcm为常温下的型面尺寸,Lcj为常温下的零件要求尺寸,△t为成形温度与常温的差值,αj为零件材料的高温热膨胀系数,αm为模具材料的高温热膨胀系数。
等温热成形模具的材料选用铸造性能良好的XZ19-4N合金钢。
第五步,采用等温热成形模具制造飞机钛合金零件
1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料,打磨板料边缘去除毛刺,表面粗糙度为Ra6.3。
2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污,并清洗等温热成形模具,在板料和等温热成形模具的型面上均匀涂抹润滑剂石墨。
3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度,把板料放入模具中预热到成形温度,合模成形零件。成形温度:650℃,预热时间:10~15分钟,合模加压:500KN,保压时间:15~20分钟;零件起模,置于石棉垫上冷却。
4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗等后续工序。
本发明方法简单,其有益效果:
(1)成本降低:工装数量减少60%,粗略估计工装成本节省至少30万,后机身有2件,仅工装成本节省60万;材料和能源利用率提高,人力物力随之减少,按一件大型蒙皮节省10万算,即一架份节省20万。由此推算,该种大型整体蒙皮大批量生产后企业将节省巨额成本。
(2)周期缩短:由于工装数量减少,设计制造周期随之减少;原有四道等温热成形工序简化为一次整体等温热成形,成形后的制取外形、表面处理等工序也减少2/3;原有的三道曲面零件装配焊接工序取消,工艺难度降低;整个生产周期至少缩短50%,提高生产效率。
(3)质量提高:零件整体化后,制造精准度提高,协调环节简化,焊缝减少,降低质量风险,提高机体使用寿命和可靠性,使飞机钛合金零件大型化、整体化精准制造技术提升一个高度。
附图说明
图1为钛合金拼焊蒙皮组合件结构示意图。
图2为钛合金拼焊蒙皮整体成形模具结构示意图。
图中:1零件a;2零件b;3零件c;4零件d;5导向板;6圆柱销;7压板槽;8吊装棒;9测温孔;10焊缝a、11焊缝a;12焊缝c;A上模;B下模。
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。
一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法,包括以下步骤:
第一步,根据拼焊蒙皮结构特点,采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并,形成一个大型的型面,该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点。
第二步,采用模拟软件对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真,预判板料成形质量:若板料成形仿真结果符合检验要求,则进行详细模具设计;若成形效果不佳,则优化模具型面,直到型面合理。仿真结果同时提供优化的成形压力。
第三步,参照优化的型面进行整体成形模具的详细设计,整体成形模具即为等温热成形模具,包括上模A和下模B;所述的上模A通过安装在侧面的导向板5实现与下模B的精确合模加压,下模B安装圆柱销6用于板料的初始定位;所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽7用于与设备连接,同时侧面设有吊装棒8和测温孔9。
第四步,根据选择的模具材料的热膨胀系数,确定常温下即缩放后的最终模具型面尺寸。计算公式如下:
Lcm=Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)
式中,Lcm为常温下的模具型面尺寸,Lcj为常温下的零件要求尺寸,△t为成形温度与常温的差值,αj为零件材料的高温热膨胀系数,αm为模具材料的高温热膨胀系数。
等温热成形模具的材料选用铸造性能良好的XZ19-4N合金钢铸造及加工。
第五步,制造飞机钛合金零件
1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料,打磨板料边缘去除毛刺,表面粗糙度为Ra6.3。
2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污,并清洗等温热成形模具,在板料和模具型面上均匀涂抹润滑剂石墨。
3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度,把板料放入模具中预热到成形温度,合模成形零件。成形温度:650℃,预热时间:13分钟,合模加压:500KN,保压时间:18分钟;零件起模,置于石棉垫上冷却。
4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗等后续工序。
Claims (2)
1.一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法,其特征在于以下步骤:
第一步,根据拼焊蒙皮结构特点,采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并,形成一个大型的型面,该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点;
第二步,对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真,预判板料成形质量:若板料成形仿真结果符合检验要求,则进行详细模具设计;若成形效果不佳,则优化模具型面,直到型面合理;仿真结果同时提供优化的成形压力;
第三步,参照优化的型面设计整体等温热成形模具,等温热成形模具包括上模A和下模B;所述的上模A通过安装在侧面的导向板实现与下模B的精确合模加压,下模B安装圆柱销用于板料的初始定位;所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽用于与设备连接,同时侧面设有吊装棒和测温孔;
第四步,根据选择的模具材料的热膨胀系数,确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸;计算公式如下:
Lcm=Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)
式中,Lcm为常温下的型面尺寸,Lcj为常温下的零件要求尺寸,△t为成形温度与常温的差值,αj为零件材料的高温热膨胀系数,αm为模具材料的高温热膨胀系数;
第五步,采用等温热成形模具制造飞机钛合金零件
1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料,打磨板料边缘去除毛刺,表面粗糙度为Ra6.3;
2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污,并清洗等温热成形模具,在板料和等温热成形模具的型面上均匀涂抹润滑剂石墨;
3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度,把板料放入模具中预热到成形温度,合模成形零件;成形温度:650℃,预热时间:10~15分钟,合模加压:500KN,保压时间:15~20分钟;零件起模,置于石棉垫上冷却;
4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗后续工序。
2.根据权利要求1所述的一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法,其特征在于,所述的等温热成形模具的材料选用XZ19-4N合金钢。
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