CN109622770A - 一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置及方法，装置包括凹模、凸模和脉冲电源，凹模和凸模分别与脉冲电源连接，凹模宽度大于凸模，工作时，装置安装在压力机上，板料的长度大于凹模的宽度，板料置于凹模和凸模之间，高能直流脉冲电源的输出电流流经凸模、板料和凹模构成回路，对板料进行分段渐进加热成形。与现有技术相比，本发明采用高能直流脉冲电源直接给成形坯料加热，无需加热整套模具，加热速度快，减少加热对钛合金板性能恶化和表面氧化的影响，提高钛合金薄板的成形性能，减小钛合金薄板成形后的回弹，与分段渐进成形工艺相结合，能成形大型的钛合金薄壁构件，可以满足直升机桨叶对钛合金整体包边的要求。

Description

一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金薄板成形装置及方法，尤其是涉及一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置及方法。

背景技术

钛合金因具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优异的性能，已经成为航空航天常用的材料。直升机旋翼桨叶越来越多采用复合材料制造，但复合材料桨叶在受到冲击时，容易产生脱层与损伤，因此需要给桨叶前缘包边。桨叶前缘包边的重量及耐蚀性对桨叶的服役寿命影响非常大，使用钛合金代替不锈钢作为直升机桨叶的前缘包边材料已经成为发展趋势。钛合金室温塑性差，室温成形容易出现破裂以及回弹大等缺陷，而采用传统热成形工艺，需要整体加热模具，能耗高，成形效率低，而且表面氧化严重。

直升机复合材料桨叶的钛合金包边具有构件尺寸大、厚度薄、曲面复杂、表面质量高等特点，而且工程上对其制造提出了较高的要求。对复合材料金属包边的成形方法检索发现：南京航空航天大学谢兰生等在625℃对TB8钛合金进行了包边成形，保温10分钟，具有较小的回弹量，此方法需要整体加热模具，能耗高，成形周期长，零件氧化严重(桨叶前缘包铁制造工艺研究，南京航空航天大学硕士学位论文，2013年)。马晓健等人提出了一种用于复合材料叶片金属包边的电解成形方法(申请公布号CN104404613A)，但此方法具有成形时间长，材料利用率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，包括凹模、凸模和脉冲电源，所述的凹模和凸模分别与脉冲电源连接，凹模宽度大于凸模，工作时，所述的装置安装在压力机上，板料的长度大于凹模的宽度，板料置于凹模和凸模之间，高能直流脉冲电源的输出电流流经凸模、板料和凹模构成回路，对板料进行分段渐进加热成形。

所述的凹模和凸模上分别设有铜电极，所述的铜电极与脉冲电源连接。

装置还包括测温装置和计算机，所述的测温装置采集成形过程中板料及板料与模具接触区域的温度变化数据并发送给计算机，所述的计算机控制压力机的下压速率和终止条件。

所述的测温装置为红外测温装置。

所述的凸模、凹模型面均为弧面，弧面形状与直升机旋翼桨叶前缘包边的形状匹配。

所述的凹模位于凸模下方，凹模上设有定位销，用于对板料定位。

一种采用所述的装置进行成形的方法，包括以下步骤：

S1：将所述的装置具安装在压力机上；

S2：将脉冲电源的导线两端通过夹头或其他方式分别连接凸模和凹模上的铜电极；

S3：在所述的压力机旁固定测温装置，将所述的测温装置对准板料的成形区，通过数据线使测温装置与计算机相连，根据测温条件设置测温装置的相关测温参数并校准测温精度；

S4：将板料置于所述的凹模上，板料待成形的一段对准凸模并定位，控制压力机使凸模下行至与板料接触的位置，使凸模、板料与凹模形成闭合回路；

S5：在脉冲电源上调整好电流参数，打开脉冲电流开关，使整个回路通电，对板料预热；

S6：在计算机上调整好压力机下压参数后，启动压力机使其自动稳定下压，整个过程中始终保持板料通电，一次下压过程完成后，保持模具闭合适当时长，对板料保温保压，使其充分变形；

S7：关闭电源，使回路断电，控制压力机回程，凸模抬起，重新定位板料，进行下一段的成形，重复S4～S7，直至板料完成整个区域的成形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)电辅助成形采用高能直流脉冲电源直接给成形坯料加热，无需加热整套模具，节能降耗，加热速度快，减少加热对钛合金板性能恶化和表面氧化的影响，提高钛合金薄板的成形性能，减小钛合金薄板成形后的回弹。

(2)采用分段渐进成形工艺，能成形较大尺寸的构件，可以满足直升机桨叶对钛合金整体包边的要求，避免采用大型加热成形设备和大型模具加工，也可以避免采用焊接工艺产生的焊缝缺陷，加工效率高。

(3)采用计算机控制下压过程，并通过测温装置连通计算机实时检测温度，高能脉冲直流电源输出电压和频率可调整，保证整个成形过程中的成形参数及电流参数稳定可控。

(4)测温装置使用了红外测温装置，红外测温装置置于模具外，不需要将热电偶与模具或板料接触，对电辅助渐进成形过程不产生影响；红外测温装置的测温精度和灵敏度都远高于一般的接触式热电偶测量方法，能更准确捕捉钛合金薄板电辅助分段渐进成形过程中板料的温度变化，建立温度变化与零件成形质量的关系，便于确定合适的电流参数。

附图说明

图1为本实施例成形装置的结构示意图；

图2为本实施例模具的局部俯视示意图；

图3为本实施例成形方法的流程图。

附图标记：

1-上模座，2-下模座，3-上绝缘垫板，4-下绝缘垫板，5-凸模，6-凹模，7-钛合金板料，8-板料定位销，9-铜电极，10-大载流导线，11-高能直流脉冲电源，12-导套，13-导柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1、2所示，为钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，在本实施例中，使用加工的模具和相应的钛合金薄板进行实验，来验证实际生产中大型钛合金板料的电辅助分段渐进成形过程，成形装置包括：上模座1、下模座2、上绝缘垫板3、下绝缘垫板4、凸模5、凹模6、钛合金板料7、板料定位销8、铜电极9、大载流导线10、高能直流脉冲电源11、导套12和导柱13。

其中，上模模块和下模模块通过导柱13相连，合模时对钛合金板料7进行成形，测温装置对板料及板料与模具接触区域进行测温。

上模模块包括：上模座1和设置于上模座1下方的凸模5，以及凸模5上的铜电极9。

下模模块包括：下模座2和设置于下模座2上方的凹模6，以及凹模6上的铜电极9。

测温装置包括：红外热像仪、数据线和计算机，其中：红外热像仪和计算机通过数据线相连。

板料定位销8固定在凹模6上，用于限制钛合金板料7的位置。导柱13上滑动设置有导套12。

如图3所示，所述成形装置进行大型钛合金薄板电辅助分段渐进成形的方法，通过以下步骤实现：

S1：将成形装置安装于压力机上；

S2：将高能脉冲直流电源11的大载流导线10两端的夹头分别连接凸模5和凹模6上的铜电极9；

S3：在压力机旁(距离0.5m)利用三脚架固定红外热像仪，将红外热像仪的镜头轴线对准钛合金板料7的成形区，通过数据线使热像仪与计算机相连，根据测温条件设置红外热像仪的相关测温参数并校准测温精度；

S4：将钛合金板料7(尺寸为95mm×60mm×0.5mm)置于凹模5上，控制压机使凸模6下行至与钛合金板料7接触的位置，使凸模6、钛合金板料7与凹模5形成闭合回路，电源输出的脉冲电流的电压和频率可手动调节；

S5：在高能脉冲直流电源11上调整好电流参数，打开脉冲电流开关，使整个回路通电，对板料进行适当时间的预热；

S6：在计算机上调整好压力机下压参数后，启动压力机使其自动下压，整个过程中始终保持板料通电，一次下压过程完成后，保持模具闭合适当时长，对钛合金板料7起保温保压作用，使其变形充分；

S7：关闭电源脉冲输出，使回路断电，控制压力机回程，凸模抬起，将钛合金板料7从凹模5取出，重新定位钛合金板料7，进行下一步循环操作。

本实施例集成了测温功能，可根据测量温度和板料成形效果的变化调节电源电压及脉冲频率的大小，保证渐进成形过程温度合适，成形效果稳定。

本发明不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均属于本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，包括凹模、凸模和脉冲电源，所述的凹模和凸模分别与脉冲电源连接，凹模宽度大于凸模，工作时，所述的装置安装在压力机上，板料的长度大于凹模的宽度，板料置于凹模和凸模之间，高能直流脉冲电源的输出电流流经凸模、板料和凹模构成回路，对板料进行分段渐进加热成形。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，所述的凹模和凸模上分别设有铜电极，所述的铜电极与脉冲电源连接。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，还包括测温装置和计算机，所述的测温装置采集成形过程中板料及板料与模具接触区域的温度变化数据并发送给计算机，所述的计算机控制压力机的下压速率和终止条件。

4.根据权利要求3所述的一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，所述的测温装置为红外测温装置。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，所述的凸模、凹模型面均为弧面，弧面形状与直升机旋翼桨叶前缘包边的形状匹配。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金薄板电辅助分段渐进成形装置，其特征在于，所述的凹模位于凸模下方，凹模上设有定位销，用于对板料定位。

7.一种采用如权利要求1～6任一所述的装置进行成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将所述的装置具安装在压力机上；

S2：将脉冲电源的导线两端通过夹头或其他方式分别连接凸模和凹模上的铜电极；

S3：在所述的压力机旁固定测温装置，将所述的测温装置对准板料的成形区，通过数据线使测温装置与计算机相连，根据测温条件设置测温装置的相关测温参数并校准测温精度；

S4：将板料置于所述的凹模上，板料待成形的一段对准凸模并定位，控制压力机使凸模下行至与板料接触的位置，使凸模、板料与凹模形成闭合回路；

S5：在脉冲电源上调整好电流参数，打开脉冲电流开关，使整个回路通电，对板料预热；

S6：在计算机上调整好压力机下压参数后，启动压力机使其自动稳定下压，整个过程中始终保持板料通电，一次下压过程完成后，保持模具闭合适当时长，对板料保温保压，使其充分变形；

S7：关闭电源，使回路断电，控制压力机回程，凸模抬起，重新定位板料，进行下一段的成形，重复S4～S7，直至板料完成整个区域的成形。