一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法技术

本发明专利技术属于塑性成形加工技术领域，提供一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法。首先，将拼焊蒙皮零件型面合并形成一个大型的型面，对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真，预判板料成形质量；其次，参照优化的型面设计整体等温热成形模具，等温热成形模具包括上模A和下模B；再次，根据选择的模具材料的热膨胀系数，确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸；最后，采用等温热成形模具制造零件。本发明专利技术方法简单，采用本发明专利技术制备飞机钛合金零件，能够降低成本、缩短周期、提高质量。

Forming method of integral isothermal hot forming die for tailor welded blanks

The invention belongs to the plastic forming processing technology field, and provides a forming method for the whole welding isothermal hot forming die for the skin welding. First, a large type surface is formed by combining the tailor welded skin parts to form a large type of surface. The design of the mould surface is simulated by the same warm forming process, and the quality of the sheet forming is prejudged. Secondly, the warm forming die is designed as a whole, such as the upper die A and the lower die B. The thermal expansion coefficient of the material is used to determine the shape size of the final isothermal hot forming die at normal temperature. Finally, the equal temperature hot forming die is used to make parts. The method of the invention is simple, and the preparation of aircraft titanium alloy parts can reduce cost, shorten cycle and improve quality.

【技术实现步骤摘要】
一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法
本专利技术属于塑性成形加工
，涉及一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法。
技术介绍
航空、航天等工业部门现已广泛应用具有优异综合性能的钛合金板材。钛合金薄壁件由于冷加工难成形，而多采用等温热成形法。等温热成形是将金属材料加热至再结晶温度以下，利用金属材料在高温下塑性提高、变形抗力降低的特点制造零件的一种压力加工技术。后机身的大型TC2钛合金蒙皮组合件尺寸长达2450mm，如图1所示，由4个等温热成形零件即零件a1、零件b2、零件c3和零件d4焊接成形。小型零件的成形降低了对于设备规模的要求和技术难度，但是带来了成本高、周期长和质量差等问题。每个等温热成形零件分别要进行下料、打磨、清洗、成形、制外形、铣切孔、酸洗的制造流程。该过程中需要4套等温热成形模、4套检验模。成形后，还需要再经过三道焊接工序，通过焊缝a、b、c将四块蒙皮拼焊成形。该过程中需要使用1套大型装配检验夹具进行焊前装配定位，需要使用3套焊接调整夹具进行曲面焊接，存在焊接合格率的问题，降低整体强度和刚度。焊接后，要进行X光检验焊缝质量。最后需要热处理去除焊接应力，该工序需要使用1套大型热处理工装。现阶段生产过程主要存在的缺点如下：(1)成本高：需要4套等温热成形工装，4套敲检模，1套装配检验夹具，3套焊接调整夹具，1套热处理工装，共计13套工装，仅工装成本约为100万，并且材料利用率低，能源浪费多，生产成本高昂。(2)周期长：由于工装数量多，设计制造周期长；零件制造工序多，等温热成形工艺流程就需要4次，焊接3次，每条焊缝需要X光检验，并且进行热处理，传递环节多，效率低，整个生产周期成倍增长。(3)质量差：零件数量多，制造过程精准度不易控制，累积误差大，曲面焊接工序多，工艺难度要求高，焊缝多，产生缺陷概率大，零件质量难以控制。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法，把原来的拼焊组合件作为一个大型零件直接进行一次等温热成形，替代原有的4次等温热成形和3次焊接流程，省略热处理去除焊接应力工序，克服原有生产过程中存在的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法，包括以下步骤：第一步，根据拼焊蒙皮结构特点，采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并，形成一个大型的型面，该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点。第二步，采用模拟软件对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真，预判板料成形质量：若板料成形仿真结果符合检验要求，则进行详细模具设计；若成形效果不佳，则优化模具型面，直到型面合理。仿真结果同时提供优化的成形压力。第三步，参照优化的型面设计整体等温热成形模具，等温热成形模具包括上模A和下模B；所述的上模A通过安装在侧面的导向板实现与下模B的精确合模加压，下模B安装圆柱销用于板料的初始定位；所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽用于与设备连接，同时侧面设有吊装棒和测温孔。第四步，根据选择的模具材料的热膨胀系数，确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸。计算公式如下：Lcm＝Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)式中，Lcm为常温下的型面尺寸，Lcj为常温下的零件要求尺寸，△t为成形温度与常温的差值，αj为零件材料的高温热膨胀系数，αm为模具材料的高温热膨胀系数。等温热成形模具的材料选用铸造性能良好的XZ19-4N合金钢。第五步，采用等温热成形模具制造飞机钛合金零件1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料，打磨板料边缘去除毛刺，表面粗糙度为Ra6.3。2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污，并清洗等温热成形模具，在板料和等温热成形模具的型面上均匀涂抹润滑剂石墨。3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度，把板料放入模具中预热到成形温度，合模成形零件。成形温度：650℃，预热时间：10～15分钟，合模加压：500KN，保压时间：15～20分钟；零件起模，置于石棉垫上冷却。4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗等后续工序。本专利技术方法简单，其有益效果：(1)成本降低：工装数量减少60％，粗略估计工装成本节省至少30万，后机身有2件，仅工装成本节省60万；材料和能源利用率提高，人力物力随之减少，按一件大型蒙皮节省10万算，即一架份节省20万。由此推算，该种大型整体蒙皮大批量生产后企业将节省巨额成本。(2)周期缩短：由于工装数量减少，设计制造周期随之减少；原有四道等温热成形工序简化为一次整体等温热成形，成形后的制取外形、表面处理等工序也减少2/3；原有的三道曲面零件装配焊接工序取消，工艺难度降低；整个生产周期至少缩短50％，提高生产效率。(3)质量提高：零件整体化后，制造精准度提高，协调环节简化，焊缝减少，降低质量风险，提高机体使用寿命和可靠性，使飞机钛合金零件大型化、整体化精准制造技术提升一个高度。附图说明图1为钛合金拼焊蒙皮组合件结构示意图。图2为钛合金拼焊蒙皮整体成形模具结构示意图。图中：1零件a；2零件b；3零件c；4零件d；5导向板；6圆柱销；7压板槽；8吊装棒；9测温孔；10焊缝a、11焊缝a；12焊缝c；A上模；B下模。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法，包括以下步骤：第一步，根据拼焊蒙皮结构特点，采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并，形成一个大型的型面，该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点。第二步，采用模拟软件对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真，预判板料成形质量：若板料成形仿真结果符合检验要求，则进行详细模具设计；若成形效果不佳，则优化模具型面，直到型面合理。仿真结果同时提供优化的成形压力。第三步，参照优化的型面进行整体成形模具的详细设计，整体成形模具即为等温热成形模具，包括上模A和下模B；所述的上模A通过安装在侧面的导向板5实现与下模B的精确合模加压，下模B安装圆柱销6用于板料的初始定位；所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽7用于与设备连接，同时侧面设有吊装棒8和测温孔9。第四步，根据选择的模具材料的热膨胀系数，确定常温下即缩放后的最终模具型面尺寸。计算公式如下：Lcm＝Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)式中，Lcm为常温下的模具型面尺寸，Lcj为常温下的零件要求尺寸，△t为成形温度与常温的差值，αj为零件材料的高温热膨胀系数，αm为模具材料的高温热膨胀系数。等温热成形模具的材料选用铸造性能良好的XZ19-4N合金钢铸造及加工。第五步，制造飞机钛合金零件1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料，打磨板料边缘去除毛刺，表面粗糙度为Ra6.3。2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污，并清洗等温热成形模具，在板料和模具型面上均匀涂抹润滑剂石墨。3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度，把板料放入模具中预热到成形温度，合模成形零件。成形温度：650℃，预热时间：13分钟，合模加压：500KN，保压时间：18分钟；零件起模，置于石棉垫上冷却。4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗等后续工序。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法，其特征在于以下步骤：第一步，根据拼焊蒙皮结构特点，采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并，形成一个大型的型面，该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点；第二步，对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真，预判板料成形质量：若板料成形仿真结果符合检验要求，则进行详细模具设计；若成形效果不佳，则优化模具型面，直到型面合理；仿真结果同时提供优化的成形压力；第三步，参照优化的型面设计整体等温热成形模具，等温热成形模具包括上模A和下模B；所述的上模A通过安装在侧面的导向板实现与下模B的精确合模加压，下模B安装圆柱销用于板料的初始定位；所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽用于与设备连接，同时侧面设有吊装棒和测温孔；第四步，根据选择的模具材料的热膨胀系数，确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸；计算公式如下：Lcm＝Lcj(1+αj△t)/(1+αm△t)式中，Lcm为常温下的型面尺寸，Lcj为常温下的零件要求尺寸，△t为成形温度与常温的差值，αj为零件材料的高温热膨胀系数，αm为模具材料的高温热膨胀系数；第五步，采用等温热成形模具制造飞机钛合金零件1)检验材料牌号、料厚、表面状态后下料，打磨板料边缘去除毛刺，表面粗糙度为Ra6.3；2)将板料在有机溶剂中除去标记和油污，并清洗等温热成形模具，在板料和等温热成形模具的型面上均匀涂抹润滑剂石墨；3)将等温热成形模具加热并稳定在成形温度，把板料放入模具中预热到成形温度，合模成形零件；成形温度：650℃，预热时间：10～15分钟，合模加压：500KN，保压时间：15～20分钟；零件起模，置于石棉垫上冷却；4)飞机钛合金零件成形后进行制外形、铣切孔、酸洗后续工序。...

【技术特征摘要】
1.一种拼焊蒙皮整体等温热成形模具的成形方法，其特征在于以下步骤：第一步，根据拼焊蒙皮结构特点，采用三维造型软件将拼焊蒙皮零件型面合并，形成一个大型的型面，该型面保证圆孔周围的下陷靠近型面的低点；第二步，对设计的模具型面进行等温热成形工艺仿真，预判板料成形质量：若板料成形仿真结果符合检验要求，则进行详细模具设计；若成形效果不佳，则优化模具型面，直到型面合理；仿真结果同时提供优化的成形压力；第三步，参照优化的型面设计整体等温热成形模具，等温热成形模具包括上模A和下模B；所述的上模A通过安装在侧面的导向板实现与下模B的精确合模加压，下模B安装圆柱销用于板料的初始定位；所述的上模A、下模B的左右两侧均设置压板槽用于与设备连接，同时侧面设有吊装棒和测温孔；第四步，根据选择的模具材料的热膨胀系数，确定常温下即缩放后的最终等温热成形模具的型面尺寸；计算公式如下：Lcm＝Lcj(1+αj△t)/(1+α...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽，王月林，迟彩楼，张晓巍，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21