CN109848277A - 一种钛合金板材热拉伸成形工装及成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于塑性成形加工技术领域，涉及一种钛合金板材热拉伸成形工装及成形方法。该装置包括底板、三角架、夹钳、主轴、三段隔套、卡扣和拉伸半模；三角架对称排布于底板两侧，水平直角边与底板螺纹连接，竖直直角边与主轴配合安装；竖直直角边中部与三段隔套固定连接；卡扣可绕主轴转动；夹钳两端与卡扣的耳板螺栓连接；将的板料端头卡紧于夹钳内；拉伸半模下端为双曲度的凸模，向下运动贴近板料，实现板料的热拉伸成形。本发明属于半模成形，成形模具数量减少一半，夹具有通用性；成形精准度提高，减少回弹量，控制减薄量；省略热处理等繁琐工序，控制环节简化，减少能源和材料的浪费，缩短研制周期，提高产品的质量稳定性。
Description
技术领域
本发明属于塑性成形加工技术领域，涉及一种钛合金板材热拉伸成形工装及成形方法。
背景技术
钛合金对于减轻飞机整体结构重量、提高结构设计效率、改善结构可靠性、提高机体寿命、满足高温和高载以及腐蚀环境要求等方面能够发挥重要作用。钛合金在冷状态成形困难，多采用等温热成形和超塑成形工艺，但对于如图1所示的形状复杂的双曲度的钛合金蒙皮零件，在成形时存在的问题包括：
(1)若采用等温热成形，即为热状态下的冲压或拉深，皆为刚性模具成形，材料受力流动不均匀，产生无法排除的褶皱或者破裂的风险。
(2)采用分段热成形再焊接的方法，成形工装数量多、分段的零件分别进行热成形工序，造成能源和材料浪费；单个零件成形后进行多道曲线焊接工序，焊接工装数量多，边缘焊缝需要精准打磨处理，并需要X光检验保证曲面焊缝的质量；再装夹在热处理工装中进行热处理去除焊接内应力。整个加工周期长，质量稳定性不易控制，成本高。
(3)采用超塑成形又会造成局部减薄率过高的现象。超塑成形具有自身优势，但减薄率的控制仍然是技术难点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种热拉伸成形工装及成形方法，实现双曲度钛合金蒙皮零件的成形，有效避免减薄和褶皱的弊端。通过专用的夹持机构，夹持蒙皮板料两端，依据蒙皮拉伸成形工艺的理论结合钛合金热成形性能，在等温热成形设备均匀的高温条件下实现钛合金蒙皮零件的加热拉伸成形，使零件在高温状态较低的屈服强度下，在拉应力作用下贴模成形。
本发明的技术方案为：
一种钛合金板材热拉伸成形工装，包括底板1、三角架2、夹钳3、主轴4、三段隔套5、卡扣6和拉伸半模8；
所述三角架2为直角三角形形状，共八个，中部镂空，对称排布于底板1两侧，同一侧的三角架2均匀间隔排布，三角架2的水平直角边与底板1螺纹连接，三角架2的竖直直角边上端设有圆孔，主轴4依次穿过圆孔，实现三角架2顶端的固定；三角架2的竖直直角边中部设有通孔，三段隔套5依次穿过通孔，实现固定连接，保证每侧三角架2的间隙和平行度；
所述卡扣6由两卡块构成，卡块上设有中心孔，卡块下端设有带螺纹孔的耳片，两卡块的耳片相对放置，中间用于放置夹钳3；卡扣6卡块的中心孔套在每两个三脚架2之间的主轴4上，可绕主轴4转动；所述夹钳3上设有螺纹孔，两端分别与卡扣6两个卡块的耳片螺栓连接；
在待拉伸的板料7两端增设增厚条9，通过增厚条9上均匀密布的焊点10进行点焊处理；将增厚过的板料7端头稳定卡紧于夹钳3内部；
所述拉伸半模8下端为双曲度的凸模，在设备上平台驱动下进行上下运动，拉伸半模8向下运动贴近板料7时，夹钳3产生反向拉伸力，实现板料7的热拉伸成形。
一种钛合金板材热拉伸成形工装的成形方法，步骤如下：
步骤一，夹钳3稳定夹持预弯板料7的两端，使成形时拉伸半模下行接触板料贴模后产生足够的拉力，令板料发生少量的塑性变形；
步骤二，将拉伸成形所用的拉伸半模8安装于等温热成形设备的上平台，在等温热成形设备均匀的钛合金成形工艺要求的高温环境下，利用设备上平台的向下运动驱动拉伸半模8下行；
步骤三，进行短时蠕变校形，实现热状态在线应力松弛，提高成形精度。
本发明的有益效果：
(1)属于半模成形，成形模具数量减少一半，夹具具有一定通用性。材料在高温下均匀流动贴附于凸模，成形精准度提高，减少回弹量，控制减薄量，提高零件质量。
(2)避免了复杂双曲度零件分段成形后拼焊的弊端，省略热处理等繁琐工序，控制环节简化，可减少能源和材料的浪费，缩短研制周期，提高产品的质量稳定性。
(3)可作为复杂零件的预成形过渡工序，可为终成形提供预制坯，与超塑成形结合，既控制了变薄率，又可成形复杂结构型面，充分发挥各自优势；还可与刚性模具的压制结合，成形局部特征结构。
(4)为钣金的成形工艺提出一种新思想，既可以节能增效，丰富现有的工艺手段，又可与现有工艺结合，使高难度零件的成形变为可能，为零件的设计提供更多的空间和余度。
附图说明
图1为双曲度钛合金蒙皮零件示意图；
图2为工装夹具整体结构示意图；
图3为板料两端点焊增厚处理示意图；
图4为板料夹持于夹钳内部示意图；
图中：1底板；2三角架；3夹钳；4主轴；5三段隔套；6卡扣；7板料；8拉伸半模；9增厚条；10焊点。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方案。
如图2所示，一种钛合金板材热拉伸成形工装，包括底板1、三角架2、夹钳3、主轴4、三段隔套5、卡扣6和拉伸半模8；
所述三角架2为直角三角形形状，共八个，中部镂空，对称排布于底板1两侧，同一侧的三角架2均匀间隔排布，三角架2的水平直角边与底板1螺纹连接，三角架2的竖直直角边上端设有圆孔，主轴4依次穿过圆孔，实现三角架2顶端的固定；三角架2的竖直直角边中部设有通孔，三段隔套5依次穿过通孔，实现固定连接，保证每侧三角架2的间隙和平行度；
所述卡扣6由两卡块构成，卡块上设有中心孔，卡块下端设有带螺纹孔的耳片，两卡块的耳片相对放置，中间用于放置夹钳3；卡扣6卡块的中心孔套在每两个三脚架2之间的主轴4上，可绕主轴4转动；所述夹钳3上设有螺纹孔，两端分别与卡扣6两个卡块的耳片螺栓连接；
在待拉伸的板料7两端增设增厚条9，通过增厚条9上均匀密布的焊点10进行点焊处理；将增厚过的板料7端头稳定卡紧于夹钳3内部；
所述拉伸半模8下端为双曲度的凸模，在设备上平台驱动下进行上下运动，拉伸半模8向下运动贴近板料7时，夹钳3产生反向拉伸力，实现板料7的热拉伸成形。
一种钛合金板材热拉伸成形工装的成形方法，步骤如下：
步骤一，夹钳3稳定夹持预弯板料7的两端，使成形时拉伸半模下行接触板料贴模后产生足够的拉力，令板料发生少量的塑性变形；
步骤二，将拉伸成形所用的拉伸半模8安装于等温热成形设备的上平台，在等温热成形设备均匀的钛合金成形工艺要求的高温环境下，利用设备上平台的向下运动驱动拉伸半模8下行；
步骤三，进行短时蠕变校形，实现热状态在线应力松弛，提高成形精度。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种钛合金板材热拉伸成形工装，其特征在于，所述的钛合金板材热拉伸成形工装包括底板(1)、三角架(2)、夹钳(3)、主轴(4)、三段隔套(5)、卡扣(6)和拉伸半模(8)；
所述三角架(2)为直角三角形形状，共八个，中部镂空，对称排布于底板(1)两侧，同一侧的三角架(2)均匀间隔排布，三角架(2)的水平直角边与底板(1)螺纹连接，三角架(2)的竖直直角边上端设有圆孔，主轴(4)依次穿过圆孔，实现三角架(2)顶端的固定；三角架(2)的竖直直角边中部设有通孔，三段隔套(5)依次穿过通孔，实现固定连接，保证每侧三角架(2)的间隙和平行度；
所述卡扣(6)由两卡块构成，卡块上设有中心孔，卡块下端设有带螺纹孔的耳片，两卡块的耳片相对放置，中间用于放置夹钳(3)；卡扣(6)卡块的中心孔套在每两个三脚架(2)之间的主轴(4)上，可绕主轴(4)转动；所述夹钳(3)上设有螺纹孔，两端分别与卡扣(6)两个卡块的耳片螺栓连接；
在待拉伸的板料(7)两端增设增厚条(9)，通过增厚条(9)上均匀密布的焊点(10)进行点焊处理；将增厚过的板料(7)端头稳定卡紧于夹钳(3)内部；
所述拉伸半模(8)下端为双曲度的凸模，在设备上平台驱动下进行上下运动，拉伸半模(8)向下运动贴近板料(7)时，夹钳(3)产生反向拉伸力，实现板料(7)的热拉伸成形。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金板材热拉伸成形工装的成形方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一，夹钳(3)稳定夹持预弯板料(7)的两端，使成形时拉伸半模下行接触板料贴模后产生足够的拉力，令板料(7)发生少量的塑性变形；
步骤二，将拉伸成形所用的拉伸半模(8)安装于等温热成形设备的上平台，在等温热成形设备均匀的钛合金成形工艺要求的高温环境下，利用设备上平台的向下运动驱动拉伸半模(8)下行；
步骤三，进行短时蠕变校形，实现热状态在线应力松弛，提高成形精度。
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