CN102672435A - 一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于钣金及焊接加工领域，涉及一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法。目的是为了克服现有技术加工的零件外形受限或工序及成本较高的缺点，并有效地保证非规则外形薄壁构件的精密成形。该方法包括如下步骤：确定分型面；下料；预成形：通过压弯模具或折弯机将板材由平板状态压弯成圆弧；焊接；热成形：在常温下，将热成形模具放入组焊后的零件内部，靠模具自重将零件撑紧并放在热成形机内加热；当零件被加热到材料软化状态，压力机给热成形模具施压，使零件达到所需尺寸。本方法综合利用了各工艺的优点，只需两道焊缝即可获得大尺寸异型曲面钛合金薄壁零件，零件表面质量较高。

Description

一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法及模具

技术领域

本发明属于钣金及焊接加工领域，涉及一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法及模具，适用于航空航天用钛合金等金属材料异型曲面结构零件的精密成形。

背景技术

钛合金等金属材料由于具有强度高、耐高温、耐腐蚀等突出优点，已成为航空航天尖端领域中的理想结构材料。当前，航空航天产品零部件正向轻量化、集成化方向发展，越来越多的采用大尺寸复杂异型曲面薄壁构件，该类零件结构呈不规则外形，如多边形或异型曲面。由于钛合金性能特点，冷压成形后回弹严重；由于该类零件非规则外形结构特点，无法用常规卷圆、旋压等工艺方法解决；而采用普通热冲压方法成形时需要用到多套耦合模具，并且只能分段成形，各部分组焊后还需进行热校形保证尺寸精度，加工成本较高，效率较低。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术加工的零件外形受限或工序及成本较高的缺点，提供一种能有效地保证非规则外形薄壁构件的精密成形的异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法及模具。

本发明所采用的技术方案是：

一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，包括如下步骤：

第一步确定分型面：根据待加工零件形状及尺寸确定分型面，把零件分成两部分，并确定组焊部位；

第二步下料：计算得到两部分的展开尺寸，采用数控冲或激光切割方法下组件料，并去除毛刺；

第三步预成形：通过压弯模具或折弯机将板材由平板状态压弯成圆弧；

第四步焊接：将压弯后的两块圆弧组件装配在焊接卡具上，采用激光焊焊纵缝，焊成整体零件；

第五步热成形：在常温下，将热成形模具放入组焊后的零件内部，靠模具自重将零件撑紧并放在热成形机内加热；当零件被加热到材料软化状态，压力机给热成形模具施压，使零件达到所需尺寸。

如上所述的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，其中：所述热成形模具由第一模块、第二模块、第三模块、第四模块和芯模组成，四个模块构成的结构与零件内型面相同；芯模位于四个模块构成的结构内，用于调节四个模块间的间隙。

如上所述的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，其中：所述第五步热成形中，把热成形模具的四个模块按顺序放入组焊后的零件内部，把芯模放入组合的四个模块中间，依靠芯模的重力把组合的四个模块撑开从而把零件撑紧，撑紧时使零件的直线段与四个模块无间隙；当零件被加热到材料软化状态，用压力机给芯模施压，从而撑开四个模块，获得所需尺寸的零件后取出芯模，再取出四个模块。

本发明的有益效果是：

1.本方法能克服现有技术加工的零件外形受限或工序及成本较高的缺点，有效地保证非规则外形薄壁构件的精密成形。加工出的零件质量可控性和稳定性好，通用性强，加工合格率高。

2.通过采用坯料分两半预成形→激光焊组焊→热成形兼校形的方法，综合利用了各工艺的优点，只需两道焊缝即可获得大尺寸异型曲面钛合金薄壁零件，零件表面质量较高。

3.钛合金两段坯料采用激光焊进行组焊，焊后变形量小，满足后续热成形模具的装配及强度和精度要求。

4.本发明只采用一套可活动的分瓣成形模即可获得最终零件，降低了模具成本。

5.通过控制芯模压下量与保压时间，对组焊后的零件同时进行热成形兼热校形，减少了热加工工序及时间，并保证了异型曲面零件焊后去应力和各部位尺寸要求。

附图说明

图1为本发明提供的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体热成形模具及零件装配图；

图2为异型曲面零件的正视图；

图3为异型曲面零件的侧视图；

图4为异型曲面零件的仰视图；

图5为坯料展开尺寸(按图2中A段展开料)；

图6为坯料展开尺寸(按图2中B段展开料)；

其中，1、第一模块，2、第二模块，3、第三模块，4、第四模块和5、芯模。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法进行介绍：

一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，包括如下步骤：

第一步确定分型面：根据待加工零件形状及尺寸确定分型面，把零件分成两部分，并确定组焊部位，组焊部位避免在拐角部位即可；

第二步下料：计算得到两部分的展开尺寸，采用数控冲或激光切割方法下组件料，并去除毛刺；

第三步预成形：通过压弯模具或折弯机将板材由平板状态压弯成圆弧；

第四步焊接：将压弯后的两块圆弧组件装配在焊接卡具上，采用激光焊焊纵缝，焊成整体零件；

第五步热成形：在常温下，将热成形模具放入组焊后的零件内部，靠模具自重将零件撑紧并放在热成形机内加热；当零件被加热到材料软化状态，压力机给热成形模具施压，使零件达到所需尺寸。零件加热温度根据零件材料种类设定。

如图1所示，在零件热成形时，可制作如下方式的分瓣模具：

热成形模具由第一模块1、第二模块2、第三模块3、第四模块4和芯模5组成，模块1～4构成的结构与零件内型面相同；芯模5位于四个模块构成的结构内，用于调节四个模块间的间隙。

在热成形时，把模块1～4按顺序放入组焊后的零件内部，把芯模5放入组合的四个模块中间，依靠芯模5的重力把组合的四个模块撑开从而把零件撑紧，撑紧时使零件的直线段与四个模块无间隙；当零件被加热到材料软化状态，用压力机给芯模5施压，从而撑开四个模块，获得所需尺寸的零件后取出芯模，再取出四个模块。

以如图2-4所示的钛合金梯形截面的尾喷口零件为例具体说明，材料为1.8mm厚的TA15钛合金，圆弧半径分别为R80mm和R40mm，大端面尺寸为948×641mm，小端面尺寸为660×400mm。

具体工艺步骤如下：

第一步确定分型面：根据异型曲面零件形状及尺寸把零件分成两部分，如图2中A、B所示。

第二步下料：计算得到两部分的展开尺寸，如图5、6所示分别为A、B段展开料尺寸，采用数控冲或激光切割方法下组件料，并去除毛刺。

第三步预成形：在压力机上通过压弯模具将板材在所需位置由平板状态压弯成初步圆弧，由于钛合金冷成形后回弹较严重，此时圆弧半径尺寸约为R80～R100mm，离零件最终尺寸要求尚有较大差距。

第四步激光焊接纵缝：焊接前对压弯后的两块工件和焊丝酸洗，清洗干净后置于烘干炉中100～150℃下烘干20～30分钟。用旋转钢丝刷及刮刀对焊接区打磨，并用丙酮擦洗干净，焊前保持焊接区清洁。将工件装配在卡具上压紧使纵缝和焊枪行走轨迹重合。启动保护气体，根据装配情况在焊缝上均匀点固3～4点，施焊，保证焊缝成型良好过渡光滑，把两块工件焊成封闭的锥形零件。

第五步热成形兼校形：在焊好的异型零件上均匀涂防氧化保护涂料Ti-1^#，将热成形分瓣模按编号配套。如图1所示，在常温下将分瓣的热成形模块1～4及芯模5按顺序放入组焊后的零件6内部，靠模具自重将零件撑紧，此时组合模块1～4端面平行，芯模5高出组合模块1～4端面约20mm。放入热成形机内加热，当零件被加热到750℃达到软化状态，此时压力机压下，对中间的芯模5施加压力从而撑开分瓣的热成形模块1～4，使零件6达到图2-4所示的尺寸要求。

Claims (4)

1.一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，包括如下步骤：

第一步确定分型面：根据待加工零件形状及尺寸确定分型面，把零件分成两部分，并确定组焊部位；

第二步下料：计算得到两部分的展开尺寸，采用数控冲或激光切割方法下组件料，并去除毛刺；

第三步预成形：通过压弯模具或折弯机将板材由平板状态压弯成圆弧；

第四步焊接：将压弯后的两块圆弧组件装配在焊接卡具上，采用激光焊焊纵缝，焊成整体零件；

第五步热成形：在常温下，将热成形模具放入组焊后的零件内部，靠模具自重将零件撑紧并放在热成形机内加热；当零件被加热到材料软化状态，压力机给热成形模具施压，使零件达到所需尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，其特征在于：所述热成形模具由第一模块(1)、第二模块(2)、第三模块(3)、第四模块(4)和芯模(5)组成，模块(1～4)构成的结构与零件内型面相同；芯模(5)位于模块(1～4)构成的结构内，用于调节模块(1～4)间的间隙。

3.根据权利要求2所述的一种异型曲面钛合金薄壁零件整体成形方法，其特征在于：所述第五步热成形中，把热成形模具的模块(1～4)按顺序放入组焊后的零件(6)内部，把芯模(5)放入组合的模块(1～4)中间，依靠芯模(5)的重力把组合的模块(1～4)撑开从而把零件(6)撑紧，撑紧时使零件(6)的直线段与模块(1～4)无间隙；当零件被加热到材料软化状态，用压力机给芯模(5)施压，从而撑开模块(1～4)，获得所需尺寸的零件后取出芯模(5)，再取出模块(1～4)。

4.一种异型曲面钛合金薄壁零件热成形模具由第一模块(1)、第二模块(2)、第三模块(3)、第四模块(4)和芯模(5)组成，模块(1～4)构成的结构与零件内型面相同；芯模(5)位于模块(1～4)构成的结构内，用于调节模块(1～4)间的间隙。

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