一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具及方法技术

一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形装置及方法，根据零件尺寸计算零件毛坯尺寸，将毛坯圈圆焊接成筒坯，将模具镶块、加强筋和密封完成的圆筒放入型腔，并在模具上布置密封圈，合模后加温，超塑过程结束后，加强筋和筒体完全贴合进行扩散连接过程，冷却脱模，得到带加强筋的筒形零件，本发明专利技术采用超塑成形/扩散连接一体化成形工艺成形带加强筋的钛合金筒形零件，解决了钛及钛合金冷成形困难的问题，保证成形零件无回弹、外形准确、加工余料少；提高了材料的利用率，有效减轻了零构件重量，减少了装配连接的工序和成本；模具型腔与零钱内腔的独立密封，进一步减少了零件所需工序，降低了成本，提高了零件加工的时间效益。

Integrated forming mold and method for superplastic forming, diffusion forming and connecting parts with stiffeners

A reinforcement device and method of forming parts of superplastic diffusion bonding is integrated with strengthening, calculation of blank size according to the size of parts, blank circle welded tube blank, cylinder mould insert, reinforcement and seal finish into the cavity, and the sealing ring is arranged in the mold, mold after heating, super the process of plastic after reinforcement and the cylinder completely fit the diffusion bonding process, cooling and demoulding, with strengthening cylindrical parts reinforcement, the invention adopts the superplastic forming and diffusion bonding integration forming belt shaped parts of titanium alloy tube to strengthen the tendons, solve the difficult problem of forming titanium and titanium alloy cold no, ensure parts forming springback and shape processing accuracy, little more than expected; improve the utilization rate of materials, reduce the weight of components, reducing the process cost and the assembly; and the mould cavity The independent sealing of the inner cavity of the small change part further reduces the required working procedure of the parts, reduces the cost and improves the time benefit of the part processing.

【技术实现步骤摘要】
一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具及方法
本专利技术涉及一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具及方法，特别设计一种钛及钛合金在高温密封状态下超塑成形/扩散连接一体化成形模具和方法，它适用于成形尺寸精度、型面精度以及表面质量要求较高，并且外表面需要连接加强筋进行区域增强的筒形零件。
技术介绍
钛合金具有高比强度、良好的抗腐蚀性和耐热稳定性，广泛应用在航空航天、轨道交通、武器装备等领域中，但钛及钛合金在常温情况下通常具有屈服强度高、弹性模量低、塑性变形范围小凳特点，因此结构比较复杂的零件很难利用一般冷成形工艺得到较好的加工质量，甚至无法进行冷状态加工。超塑成形技术可以使处于超塑状态的钛及钛合金具有优异的成形特性，保证零件无回弹、外形准确、质量好、几乎没有加工余量，大大改善钛及钛合金的加工性能，扩大了加工范围，克服了成形困难的问题；而扩散连接技术能够实现复杂高温钛合金零构件的整体成形，大量减少加工工序，提高零构件的整体性和承载效率，减轻零构件重量，降低装配成本，提高时间效益。但目前常见的超塑成形/扩散连接技术有两类：一类是先实现接触面的扩散连接后，再对零件进行超塑成形，只能用于成形壁板端框类零件；另一类是将超塑成形和扩散连接过程在不同的模具分工序进行。第一类工艺方法难以成形相对复杂的零件，而第二类工艺方法需要超塑成形、酸洗、扩散连接等多道工序，扩散连接工艺视零件成形时间和成形温度的不同可能对零件性能降低5％-15％左右，工序的增多需要更多的工装和设备，也增加了更多时间成本。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形磨具及方法，它能克服钛及钛合金材料本身冷成形困难的问题，在实现有效减重10％的同时，保证成形后的零件表面保持原始板材粗糙度，表面阶差不超过0.3mm的设计精度要求，并且将超塑成形-碱崩酸洗-扩散连接的成形工序变成1道超塑成形扩散连接一体化成形工序，将零件的加工周期由130小时缩短为70小时，减少了1套扩散连接模具及配套工装，降低时间和经济成本。本专利技术解决的技术方案为：一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具包括：：上模(1)、密封圈(2)、下模(3)、上模充气通道(4)、下模抽气通道(5)、镶块(7)、加强筋(8)和钛合金块(9)、转接管(10)；上模(1)和下模(3)的型腔表面光滑，且上模(1)和下模(3)的型腔表面设置有拔模斜角，在上模(1)和下模(3)的型腔表面设置安装镶块(7)的环状凹槽，镶块(7)为多块，多块镶块(7)组成环状，镶块(7)能够可拆卸的放置于环状凹槽内，在镶块(7)上设置加强筋的预埋槽，预埋槽与上模(1)和下模的型腔连通；加强筋(8)能够可拆卸的放置在加强筋的预埋槽内；加强筋(8)靠近上模(1)和下模的型腔的一侧表面与上模(1)和下模的型腔的表面平齐；下模(3)型腔外的一端设置有凹槽，该凹槽与上模(1)和下模(3)的型腔连通，转接管(10)放置在该凹槽内，转接管(10)的一端与成形模具要成型的筒坯密封连接；下模(3)紧贴放置转接管(10)的凹槽设置另一个凹槽用于可拆卸的设置钛合金块(9)；放置转接管(10)的凹槽与放置钛合金块(9)的凹槽连通；钛合金块(9)与上模(3)的接触面设置有凸起的密封环，钛合金块(9)内设置导气通道，导气通道的一端朝向上模(3)，导气通道的另一端与转接管(10)的另一端密封连接；上模(1)设置有充气通道(4)，上模充气通道(4)的一端连接成形模具的外部气源设备，上模充气通道(4)的另一端朝向下模(3)，并通过密封环与钛合金块(9)内导气通道的另一端密封对接；下模(3)的分型面的边缘设置凹槽，上模(1)和下模(3)对应下模(3)的分型面的边缘对应凹槽位置设置凸起的密封环，上模(1)的密封环和下模(3)的密封环压紧密封圈(2)实现上模(1)、下模(3)型腔的密封；下模(3)靠近放置钛块(9)的凹槽的位置设置下模抽气通道(5)，下模抽气通道(5)的一端与放置钛合金块(9)的凹槽连通，下模抽气通道(5)的另一端连接外部气源设备。一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形方法，是按下述步骤进行的：a.根据零件尺寸计算零件毛坯料尺寸，采用激光切割或水切割加工钛合金毛坯，将毛坯卷圆焊接成圆筒，酸洗后在两端焊接密封口盖，在一端口盖上加工出通气孔制成筒坯(6)，将筒坯(6)的通气孔与转接管(10)的一端密封焊接(转接管(10)的另一端已经与钛合金块(9)密封焊接)，保证气体通路的畅通；b.将镶块(7)、加强筋(8)和连接有转接管(10)和钛合金块(9)的筒坯(6)放入下模(3)的型腔及对应的凹槽内，并在模具四边对应位置设置密封圈(2)，然后将上模(1)与下模(3)闭合并加压升温，升温过程通过下模通气通道(5)抽真空，目标温度设置为钛合金的超塑成形温度650-1000℃；c模具到温后，通过上模充气通道(4)缓慢充入气体，气体压力为0.1-1.5MPa；d.超塑过程结束后，继续向上模充气通道(4)充入气体，使其压力大到2.0-4.0MPa的扩散压力，使加强筋(8)和超塑胀大后的筒坯(6)完全贴合，开始进行扩散连接过程，扩散结束后冷却到300-500℃后脱模；e.利用激光切割去除余料，碱洗、酸洗后得到最终带加强筋的筒形零件。所述密封圈(2)能够承受650℃到1000℃温度；所述加强筋(8)为环形结构；所述加强筋(8)靠近上模(1)和下模(3)的型腔的一侧表面要光滑，并与上模(1)和下模(3)的型腔的表面平齐且平滑过渡连接；所述镶块(7)与上模(1)和下模(3)接触位置设置拔模斜角；所述加强筋(8)为有厚度的T型，T型包括横面和竖面，加强筋(8)的横面与上模(1)和下模(3)型腔的表面平齐，作为扩散面；所述外部气源设备为气压设备，具备至少2条气路，气路能够独立调节送气的气压或抽真空，气压范围至少为0.1-5MPa；所述上模(1)和下模(3)型腔表面和镶块(7)表面在装模时喷涂氮化硼喷剂；所述上模充气通道(4)内充入的气体为惰性气体或氮气；所述筒坯、转接管(10)、加强筋(8)为钛及钛合金；上模(1)和下模(3)、镶块(7)为陶瓷材料或耐热铸铁、耐热合金钢，能够承受650℃到1000℃温度。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过将可拆卸设置的转接管(10)和钛合金块(9)与筒坯密封连接为一个整体后，利用钛合金块(9)与上模具的紧密接触形成对筒坯内腔的密封，成形过程中气体依次通过上模充气通道(4)、钛合金块(9)和转接管(10)形成的密封气路进入筒坯内施加成形所需压力，这种方法可以同时实施对复杂零件内腔和模具型腔的分别密封和独立控制气体压力，使得超塑成形和扩散连接过程在一个升温工序中完成，减少了成形所需要的工序及其配套模具、工装等，降低了成形所需要的时间和经济成本；(2)本专利技术通过设置密封圈(2)实施了在650℃到1000℃温度下对模具上模(1)和下模(3)的型腔进行密封，防止了成形过程空气对成形零件性能的降低，也防止了对扩散连接质量的影响；(3)本专利技术通过设置加强筋(8)为环形结构，确保加强筋在成形过程中定位准确，并且有连续的扩散连接面；(4)本专利技术通过设置加强筋(8)靠近本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具，其特征在于包括：上模(1)、密封圈(2)、下模(3)、上模充气通道(4)、下模抽气通道(5)、镶块(7)、加强筋(8)和钛合金块(9)、转接管(10)；上模(1)和下模(3)的型腔表面光滑，且上模(1)和下模(3)的型腔表面设置有拔模斜角，在上模(1)和下模(3)的型腔表面设置安装镶块(7)的环状凹槽，镶块(7)为多块，多块镶块(7)组成环状，镶块(7)能够可拆卸的放置于环状凹槽内，在镶块(7)上设置加强筋的预埋槽，预埋槽与上模(1)和下模的型腔连通；加强筋(8)能够可拆卸的放置在加强筋的预埋槽内；加强筋(8)靠近上模(1)和下模的型腔的一侧表面与上模(1)和下模的型腔的表面平齐；下模(3)型腔外的一端设置有凹槽，该凹槽与上模(1)和下模(3)的型腔连通，转接管(10)放置在该凹槽内，转接管(10)的一端与成形模具要成型的筒坯密封连接；下模(3)紧贴放置转接管(10)的凹槽设置另一个凹槽用于可拆卸的设置钛合金块(9)；放置转接管(10)的凹槽与放置钛合金块(9)的凹槽连通；钛合金块(9)与上模(3)的接触面设置有凸起的密封环，钛合金块(9)内设置导气通道，导气通道的一端朝向上模(3)，导气通道的另一端与转接管(10)的另一端密封连接；上模(1)设置有充气通道(4)，上模充气通道(4)的一端连接成形模具的外部气源设备，上模充气通道(4)的另一端朝向下模(3)，并通过密封环与钛合金块(9)内导气通道的另一端密封对接；下模(3)的分型面的边缘设置凹槽，上模(1)和下模(3)对应下模(3)的分型面的边缘设置凹槽位置设置凸起的密封环，上模(1)的密封环和下模(3)的密封环压紧密封圈(2)实现上模(1)、下模(3)型腔的密封；下模(3)靠近放置钛块(9)的凹槽的位置设置下模抽气通道(5)，下 模抽气通道(5)的一端与放置钛合金块(9)的凹槽连通，下模抽气通道(5)的另一端连接外部气源设备。...

【技术特征摘要】
1.一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具，其特征在于包括：上模(1)、密封圈(2)、下模(3)、上模充气通道(4)、下模抽气通道(5)、镶块(7)、加强筋(8)和钛合金块(9)、转接管(10)；上模(1)和下模(3)的型腔表面光滑，且上模(1)和下模(3)的型腔表面设置有拔模斜角，在上模(1)和下模(3)的型腔表面设置安装镶块(7)的环状凹槽，镶块(7)为多块，多块镶块(7)组成环状，镶块(7)能够可拆卸的放置于环状凹槽内，在镶块(7)上设置加强筋的预埋槽，预埋槽与上模(1)和下模的型腔连通；加强筋(8)能够可拆卸的放置在加强筋的预埋槽内；加强筋(8)靠近上模(1)和下模的型腔的一侧表面与上模(1)和下模的型腔的表面平齐；下模(3)型腔外的一端设置有凹槽，该凹槽与上模(1)和下模(3)的型腔连通，转接管(10)放置在该凹槽内，转接管(10)的一端与成形模具要成型的筒坯密封连接；下模(3)紧贴放置转接管(10)的凹槽设置另一个凹槽用于可拆卸的设置钛合金块(9)；放置转接管(10)的凹槽与放置钛合金块(9)的凹槽连通；钛合金块(9)与上模(3)的接触面设置有凸起的密封环，钛合金块(9)内设置导气通道，导气通道的一端朝向上模(3)，导气通道的另一端与转接管(10)的另一端密封连接；上模(1)设置有充气通道(4)，上模充气通道(4)的一端连接成形模具的外部气源设备，上模充气通道(4)的另一端朝向下模(3)，并通过密封环与钛合金块(9)内导气通道的另一端密封对接；下模(3)的分型面的边缘设置凹槽，上模(1)和下模(3)对应下模(3)的分型面的边缘设置凹槽位置设置凸起的密封环，上模(1)的密封环和下模(3)的密封环压紧密封圈(2)实现上模(1)、下模(3)型腔的密封；下模(3)靠近放置钛块(9)的凹槽的位置设置下模抽气通道(5)，下模抽气通道(5)的一端与放置钛合金块(9)的凹槽连通，下模抽气通道(5)的另一端连接外部气源设备。2.根据权利要求1所述的一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具，其特征在于：所述密封圈(2)能够承受650℃到1000℃温度，所述加强筋(8)为环形结构。3.根据权利要求1所述的一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具，其特征在于：所述加强筋(8)靠近上模(1)和下模的型腔的一侧表面要光滑，并与上模(1)和下模的型腔的表面平齐且平滑过渡连接。4.根据权利要求1所述的一种带加强筋零件超塑成形扩散连接一体化成形模具，其特征在于：所述镶块(7)与上模(1)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，李保永，秦中环，刘奇，闫寒，李宏伟，李信，陈海明，程庆荣，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11