CN106077252B - 铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法及其模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法及其模具，成型方法包括加工直管坯料、胀形弯曲复合成型、将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理及进行直径方向整形和厚度方向整形。采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，成型外观质量良好，无开裂、起皱、划伤等问题，薄壁弧形管零件壁厚成型均匀，且壁厚t偏差小于0.1mm；另外，经过直径方向整形和厚度方向整形，薄壁弧形管零件直径偏差小于2mm，厚度偏差小于0.3mm；克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点。
Description
技术领域
本发明属于固体火箭姿控动力系统零件的加工领域，具体涉及一种铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法及其模具。
背景技术
随着航天防务技术的快速发展，飞行器系统的长期贮存性、免维护性、快速响应性及安全无毒性等要求越来越高。液体姿控动力系统推进剂有毒，且使用前加注、贮存期短等缺陷，制约了装备系统的使用性能，若采用固体姿控替代液体姿控，将大大提升装备系统的使用性能。另外，液体姿控动力系统结构复杂，价格昂贵，采用固体姿控替代液体姿控也是降低成本的方向之一。固体姿控动力系统为飞行器提供俯仰、偏航、滚转、速修姿控动力。固体姿控动力系统采用固体燃气发生剂为工质源，通过固体燃气发生剂燃烧产生高温燃气，高温燃气通过推力器(电磁阀与喷管的组合体)产生姿控动力。
固体姿控动力系统由固体燃气发生器、单向阀、高温高压气瓶、减压阀、分流环组件、推力器、安全阀、管路及连接密封结构等组成。分流环组件主体结构是一个薄壁不大于3mm的空心圆环，薄壁弧形管是构成分流环空心圆环的零件。空心圆环在工作时要承受900℃以上的高温、5MPa以上的压强，且连续工作时间大于360S，使用寿命要求大于2000次。空心圆环上有一个燃气进气接头和多个燃气出气接头。为了使空心圆环保持高温强度和持久的耐疲劳性能，采用高温强度特别高的GH1131铁基高温合金，在900℃的高温抗拉强度可达260MPa。
目前钛合金等具有超塑性的薄壁空心圆环传统的加工方法是采用两个半圆环超塑成型和扩散连接方法。但是，铁基高温合金没有超塑性，而且，连接(或焊接)面是承受应力最大的部位，抗疲劳性差。
另外，空心圆环传统的加工方法还可以采用空心直管弯形后对接焊。但是，对于小直径薄壁的铁基高温合金空心直管，传统的穿管技术无法实现；而且，传统的直管弯形后存在外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点。
发明内容
本发明的目的就是针对上述不足，提供一种简单、快捷的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法及其模具，克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点。
为实现上述目的，本发明所涉及的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，薄壁弧形管为圆环弧形管，D为圆环弧形管的内径、d为圆环弧形管的外径、t为圆环弧形管的壁厚、R为圆环弧形管的中心半径、θ为圆环弧形管的圆心角，60°≤θ≤120°，所述成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料，长度L＝2Rπθ/360°+A、内孔直径D1＝D/B、壁厚其中：A取值20～30mm、B取值1.1～1.5；
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型，其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，芯模圆柱段直径d1小于直管坯料内孔直径D1，芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段的中心半径为R，芯模过渡段直径从d1连续递增至d2；
直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，将芯模固定在成型模具中，推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，且采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法形成圆环弧形管坯料；
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形得到所需的圆环弧形管。
进一步地，所述步骤1)中，直管坯料壁厚t1的偏差小于0.1mm。
进一步地，所述步骤2)中，芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1～0.2mm；芯模校正圆弧段长度L1＝20～30mm，芯模过渡段圆心角β为35°～45°。
进一步地，所述步骤2)中，直管坯料形成圆环弧形管坯料的形成速度为20～60mm/min。
进一步地，所述步骤2)中，芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm，且芯模的表面涂有润滑剂。
进一步地，所述步骤3)中，消除应力热处理的具体过程为：将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980～1020℃、保温时间为30～50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温。
进一步地，所述步骤4中，直径方向整形和厚度方向整形的具体过程为：将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为780～800℃、保温时间为40～60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为780～800℃、保温时间为40～60min,冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。
一种如上述所述成型方法而设计的铁基高温合金薄壁弧形管整体成型模具，包括成型模具、直径整形模具及厚度整形模具，所述成型模具包括推板、与推板后端相连的液压缸、固定推板和液压缸的基座及芯模，所述芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，芯模圆柱段的一端穿过推板的前端固定在基座上，且推板的行程L1大于直管坯料长度L，其中：芯模圆柱段直径d1小于直管坯料内孔直径D1，芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段的中心半径为R，芯模过渡段直径从d1连续递增至d2。
进一步地，所述直径整形模具包括直径上模、直径上模板、直径下模、第一直径导向组件和直径下模板，所述直径上模和所述直径下模合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同。
进一步地，所述厚度整形模具包括厚度上模、厚度上模板、厚度下模、第二直径导向组件和厚度下模板，所述厚度上模和所述厚度下模合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，成型外观质量良好，无开裂、起皱、划伤等问题，薄壁弧形管零件壁厚成型均匀，且壁厚t偏差小于0.1mm；另外，经过直径方向整形和厚度方向整形，薄壁弧形管零件直径偏差小于2mm，厚度偏差小于0.3mm；克服了铁基高温合金采用传统半环对接焊抗疲劳性差、无法采用传统穿管技术加工内孔及传统的直管弯形后外壁受拉减薄和内壁受压增厚造成壁厚不均匀的缺点；该成型方法不仅适用于固体姿控动力系统分流环空心圆环零件的加工，也适用于其他类似产品的加工。
附图说明
图1为本发明实施例中铁基高温合金薄壁弧形管零件示意图；
图2为本发明实施例中直管坯料示意图；
图3为本发明实施例中芯模结构示意图；
图4为本发明实施例中成型模具结构示意图；
图5为本发明实施例中直径整形模具结构示意图；
图6为本发明实施例中厚度整形模具结构示意图。
其中：圆环弧形管1、直管坯料2、芯模3(其中：芯模圆柱段3.1、芯模过渡段3.2、芯模校正圆弧段3.3)、锁紧销4、推板5、基座6、液压缸7、直径上模8、直径上模板9、直径下模10、第一直径导向组件11、直径下模板12、厚度上模13、厚度上模板14、厚度下模15、第二直径导向组件16、厚度下模板17。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
如图1所示为某型号固体发动机姿控系统分流环铁基高温合金薄壁弧形管零件，为四分之一圆环弧形管1，圆环弧形管1内径D＝40mm、为圆环弧形管1外径d＝43mm、圆环弧形管1壁厚t＝1.5mm、圆环弧形管1中心半径R＝205mm、圆环弧形管1圆心角θ＝90°。成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料2，如图2所示，直管坯料2采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/4+20mm＝342mm、内孔直径D1＝D/1.25＝32mm、壁厚 (根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料2壁厚t1偏差小于0.1mm。
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：如图3所示，成型模具的芯模3包括芯模圆柱段3.1、芯模校正圆弧段3.3及连接芯模圆柱段3.1和芯模校正圆弧段3.3的芯模过渡段3.2，本实施例中芯模3采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段3.1直径d1比直管坯料2内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段3.3直径d2＝D+Δ＝0.02mm，芯模校正圆弧段3.3长度L1＝20mm，且芯模校正圆弧段3.3的中心半径为R；芯模过渡段3.2直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段3.2圆心角β为35°。
为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段3.1长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。
同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料2之前，在芯模3的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料2套置在芯模的芯模圆柱段3.1上，结合图4所示，芯模圆柱段3.1的一端穿过成型模具推板5的前端通过锁紧销4固定在成型模具的基座6上，从而将芯模3固定在成型模具中，推板5后端连接液压缸7，且推板5的行程L2大于直管坯料2长度L。液压缸7的活塞推动推板5，推板5推动直管坯料2使直管坯料2滑出芯模圆柱段3.1，松开锁紧销4，卸下芯模3，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为30mm/min。
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980℃、保温时间为30min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：
将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为780℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为780℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。
实施例2
针对某型号固体发动机姿控系统分流环铁基高温合金薄壁弧形管零件，为三分之一圆环弧形管，圆环弧形管内径D＝40mm、为圆环弧形管外径d＝43mm、圆环弧形管壁厚t＝1.5mm、圆环弧形管中心半径R＝205mm、圆环弧形管圆心角θ＝120°。成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/3+20mm＝449mm、内孔直径D1＝D/1.25＝32mm、壁厚 (根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.02mm，芯模校正圆弧段长度L1＝20mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为35°。
为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。
同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为60mm/min。
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1000℃、保温时间为45min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：
将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为790℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为790℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。
实施例3
针对某型号固体发动机姿控系统分流环铁基高温合金薄壁弧形管零件，为四分之一圆环弧形管，圆环弧形管内径D＝54mm、为圆环弧形管外径d＝60mm、圆环弧形管壁厚t＝3mm、圆环弧形管中心半径R＝220mm、圆环弧形管圆心角θ＝90°。成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/4+30mm＝376mm、内孔直径D1＝D/1.25＝42mm、壁厚 (根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.03mm，芯模校正圆弧段长度L1＝30mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为45°。
为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。
同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为30mm/min。
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1020℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：
将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为800℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为800℃、保温时间为60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。
实施例4
针对某型号固体发动机姿控系统分流环铁基高温合金薄壁弧形管零件，为六分之一圆环弧形管，圆环弧形管内径D＝54mm、为圆环弧形管外径d＝60mm、圆环弧形管壁厚t＝3mm、圆环弧形管中心半径R＝220mm、圆环弧形管圆心角θ＝60°。成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料，直管坯料采用圆棒加工，长度L＝2Rπ/6+30mm＝260mm、内孔直径D1＝D/1.25＝42mm、壁厚 (根据长度不变、体积不变和面积相等的数学模型，且按照简化的工程计算公式)，为了保证成型良好，控制直管坯料壁厚t1偏差小于0.1mm。
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料放入成型模具中成型。其中：成型模具的芯模包括芯模圆柱段、芯模校正圆弧段及连接芯模圆柱段和芯模校正圆弧段的芯模过渡段，本实施例中芯模采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm。芯模圆柱段直径d1比直管坯料内孔直径D1小0.1mm，以保证成型阻力较小；芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ＝0.03mm，芯模校正圆弧段长度L1＝30mm，且芯模校正圆弧段的中心半径为R；芯模过渡段直径从d1连续递增至d2，且芯模过渡段圆心角β为40°。
为了保证胀形弯曲复合成型时芯模的刚性，缩短芯模圆柱段长度，采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法，具体为当前一个零件成型后，卸下芯模，在芯模的芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，再进行下一个直管坯料的成型时并将前一个成型零件推出芯模。
同时，为了保证胀形弯曲复合成型顺利，在套装直管坯料之前，在芯模的表面涂常规的石墨锂基脂润滑，以减少成型阻力；然后将步骤1)中的直管坯料套置在芯模的芯模圆柱段上，芯模圆柱段的一端穿过成型模具推板的前端通过锁紧销固定在成型模具的基座上，从而将芯模固定在成型模具中，推板后端连接液压缸，且推板的行程L2大于直管坯料长度L。液压缸的活塞推动推板，推板推动直管坯料使直管坯料滑出芯模圆柱段，松开锁紧销，卸下芯模，在芯模圆柱段套上下一个直管坯料，安装芯模，拧紧锁紧销，进行下一个直管坯料成型时将前一个成型零件依次沿芯模过渡段和芯模校正圆弧段滑出形成圆环弧形管坯料，且为了保证胀形弯曲复合成型良好，变形抗力较小，成型速度为20mm/min。
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理，为了消除室温胀形弯曲复合成型产生的变形应力，将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为1020℃、保温时间为40min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形，具体过程如下：
将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中进行直径方向整形，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为800℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中进行高度方向整形，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为800℃、保温时间为50min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温得到所需的圆环弧形管。
针对上述成型方法而设计的铁基高温合金薄壁弧形管整体成型模具，包括成型模具、直径整形模具及厚度整形模具，如图4所示，成型模具包括推板5、与推板5后端相连的液压缸7、固定推板5和液压缸7的基座6及芯模3，芯模3包括芯模圆柱段3.1、芯模校正圆弧段3.3及连接芯模圆柱段3.1和芯模校正圆弧段3.3的芯模过渡段3.2，芯模圆柱段3.1的一端穿过推板5的前端固定在基座6上，且推板5的行程L2大于直管坯料2长度L，其中：芯模圆柱段直径d1小于直管坯料内孔直径D1，芯模校正圆弧段直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段的中心半径为R，芯模过渡段直径从d1连续递增至d2。
如图5所示，直径整形模具包括直径上模8、直径上模板9、直径下模10、第一直径导向组件11和直径下模板12，直径上模8和直径下模9合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同；如图6所示，厚度整形模具包括厚度上模13、厚度上模板14、厚度下模15、第二直径导向组件16和厚度下模板17，厚度上模13和厚度下模15合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同。
Claims (10)
1.一种铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，薄壁弧形管为圆环弧形管(1)，D为圆环弧形管的内径、d为圆环弧形管的外径、t为圆环弧形管的壁厚、R为圆环弧形管的中心半径、θ为圆环弧形管的圆心角，60°≤θ≤120°，其特征在于：所述成型方法包括如下步骤：
1)加工直管坯料(2)，长度L＝2Rπθ/360°+A、内孔直径D1＝D/B、壁厚其中：A取值20～30mm、B取值1.1～1.5；
2)胀形弯曲复合成型，采用室温成型工艺将直管坯料(2)放入成型模具中成型，其中：成型模具的芯模(3)包括芯模圆柱段(3.1)、芯模校正圆弧段(3.3)及连接芯模圆柱段(3.1)和芯模校正圆弧段(3.3)的芯模过渡段(3.2)，芯模圆柱段(3.1)直径d1小于直管坯料(2)内孔直径D1，芯模校正圆弧段(3.3)直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料(2)内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段(3.3)的中心半径为R，芯模过渡段(3.2)直径从d1连续递增至d2；
直管坯料(2)套置在芯模(3)的芯模圆柱段(3.1)上，将芯模(3)固定在成型模具中，推动直管坯料(2)使直管坯料(2)滑出芯模圆柱段(3.1)，且采用后一个直管坯料成型时推前一个成型零件直至前一个成型零件从芯模上滑出的方法形成圆环弧形管坯料；
3)将圆环弧形管坯料进行消除应力热处理；
4)对经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料进行直径方向整形和厚度方向整形得到所需的圆环弧形管。
2.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤1)中，直管坯料(2)壁厚t1的偏差小于0.1mm。
3.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，芯模圆柱段(3.1)直径d1比直管坯料(2)内孔直径D1小0.1～0.2mm；芯模校正圆弧段(3.3)长度L1＝20～30mm，芯模过渡段(3.2)圆心角β为35°～45°。
4.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，直管坯料(2)形成圆环弧形管坯料的形成速度为20～60mm/min。
5.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，芯模(3)采用超高强度钢，其硬度为46～50HRC、表面粗糙度Ra值不大于1.6μm，且芯模的表面涂有润滑剂。
6.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，消除应力热处理的具体过程为：将圆环弧形管坯料放置在真空炉中进行固溶处理，其加热温度为980～1020℃、保温时间为30～50min，冷却到300℃以下后出真空炉空冷至室温。
7.根据权利要求1所述的铁基高温合金薄壁弧形管的成型方法，其特征在于：所述步骤4)中，直径方向整形和厚度方向整形的具体过程为：将经过步骤3)处理的圆环弧形管坯料放入直径整形模具中，采用真空热压机加热和加压，直径整形温度为780～800℃、保温时间为40～60min，冷却到300℃以下后出炉空冷至室温；经过直径方向整形的圆环弧形管坯料放入厚度整形模具中，采用真空热压机加热和加压，厚度整形温度为780～800℃、保温时间为40～60min,冷却到300℃以下后出炉空冷至室温。
8.一种为权利要求1所述成型方法而设计的铁基高温合金薄壁弧形管整体成型模具，包括成型模具、直径整形模具及厚度整形模具，其特征在于：所述成型模具包括推板(5)、与推板(5)后端相连的液压缸(7)、固定推板(5)和液压缸(7)的基座(6)及芯模(3)，所述芯模(3)包括芯模圆柱段(3.1)、芯模校正圆弧段(3.3)及连接芯模圆柱段(3.1)和芯模校正圆弧段(3.3)的芯模过渡段(3.2)，芯模圆柱段(3.1)的一端穿过推板(5)的前端固定在基座(6)上，且推板(5)的行程L2大于直管坯料(2)长度L，其中：芯模圆柱段(3.1)直径d1小于直管坯料(2)内孔直径D1，芯模校正圆弧段(3.3)直径d2＝D+Δ，Δ为直管坯料(2)内孔直径的弹性伸长量，芯模校正圆弧段(3.3)的中心半径为R，芯模过渡段(3.2)直径从d1连续递增至d2。
9.根据权利要求8所述的铁基高温合金薄壁弧形管整体成型模具，其特征在于：所述直径整形模具包括直径上模(8)、直径上模板(9)、直径下模(10)、第一直径导向组件(11)和直径下模板(12)，所述直径上模(8)和所述直径下模(10)合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同。
10.根据权利要求8所述的铁基高温合金薄壁弧形管整体成型模具，其特征在于：所述厚度整形模具包括厚度上模(13)、厚度上模板(14)、厚度下模(15)、第二直径导向组件(16)和厚度下模板(17)，所述厚度上模(13)和所述厚度下模(15)合模后形成的型腔内型面与圆环弧形管坯料形状相同。
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