一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法技术

本发明专利技术公开了一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，属于金属板、型材加工处理领域，方法包括：将装配好的模具加热至预冲压成形温度，放入钛合金板料，随后凸模开始运动进行小压力冲压，当凸模达到预定位置后，停止运动，之后保温保压；调整至超塑气胀成形温度后继续保温保压，先加大凸模的压力，让凸模和板料之间形成封闭的空腔。之后打开气压控制系统，从凸模冲头处吹出气体，使板料充分与凹模贴合，零件曲面壁厚更加均匀。最后降温降压，取出零件。本发明专利技术显著提高了钛合金零件热成形质量，满足工程应用的批量化生产需求，提高生产效率，节约能源，并降低了钛合金零件的制造成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法


[0001]本专利技术属于金属板、型材加工处理领域，涉及一种钛合金复杂曲面零件的塑性成形复合工艺，具体是一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法。

技术介绍

[0002]钛合金具有重量轻、强度高、耐高温以及耐腐蚀等优良特性，在航空航天领域得到了广泛的应用，但在其传统热冲压钛合金零件的回弹量大，易产生开裂现象，且无法加工复杂曲面的零件；考虑利用材料的超塑性来改善钛合金零件生产过程中的损伤缺陷问题，可在超塑性条件下，充分利用材料的高延展性，成形出更为复杂的零件。但超塑成形时间长，速度慢，严重影响了生产效率，迫切需要寻找新的工艺方法，满足钛合金复杂曲面零件的快速生产和高精度要求。
[0003]专利技术专利CN101786128A中公开了一种铝合金汽车车身零件快速超塑成形的工艺，其主要特征是面向铝合金将热冲压和超塑气胀成形结合起来，使二者优势互补，达到快速超塑成形的目的；但是面向钛合金复杂曲面零件少有研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中存在的问题，公开了一种复合成形装置以及复合成形方法面向钛合金复杂曲面零件，将预冲压工艺和超塑胀形工艺设计为一体化成形，本专利技术的方法步骤工序少，且大大缩短了成形时间，提高了生产效率，并降低模具和设备成本，可实现钛合金复杂零件的快速批量化生产。
[0005]本专利技术是这样实现的：一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，所述的复合成形装置包括上加热板以及下加热板，所述的上加热板的下端设置凸模； 所述的下加热板的上端设置凹模；所述的凸模、凹模两侧设置模具前定位挡板、模具后定位挡板；所述的凸模、凹模之间放置钛合金板料，并在钛合金板料和凹模之间放置压边圈；所述的凸模包括侧面的凸模进气口、底面的出气口以及凸模测温孔；所述的凹模包括与凸模相对应的凹模曲面型腔、凹模测温孔，所述的凸模测温孔和凹模测温孔监测模具实时温度变化凹模曲面型腔用于钛合金零件复杂曲面的成形。
[0006]进一步，所述的上加热板以及凸模之间通过定位紧固螺栓固定；所述的下加热板以及凹模之间通过紧固螺栓固定。
[0007]进一步，所述的模具前定位挡板、模具后定位挡板分别通过前挡板紧固螺栓、后挡板紧固螺栓固定。
[0008]进一步，所述的凸模上还设置挡板螺栓孔，用于固定定位挡板；所述的凹模上还设置定位挡板的连接台，用于与定位挡板相连。
[0009]进一步，所述的复合成形装置的成形方法包括以下步骤：
步骤一、首先对钛合金板料进行高温拉伸试验，获得材料在不同温度、不同应变速率下的高温应力
‑
应变曲线及性能数据，初步确定成形工艺参数的范围为：成形温度700~850℃，应变速率为0.001~0.1s
‑1；步骤二、根据成形零件的尺寸及形状，设计成形模具的尺寸和型腔曲面，采用有限元软件对钛合金板料热成形过程进行有限元数值模拟来优化模具设计和工艺参数，分别选择不同变形温度、应变速率以及模具的摩擦系数建立仿真模型，根据钛合金板料的减薄率和破裂失效情况制定对应的成形温度、下压量和胀形压力的实验方案为：冲压的最佳成形温度800℃，应变速率为0.01 s
‑1；气胀成形最佳温度为850℃，气压载荷为2.5MPa，保温保压时间为10min；步骤三、清洗钛合金板材，去除材料表面的油污，然后对钛合金板材、压边圈、凸模和凹模进行抗氧化处理，将凸模和凹模分别装配在加热设备的上，即分别装配在加热板、下加热板上，准备开始成形实验；步骤四、将模具加热至预冲压成形温度，放入钛合金板材，继续保温，通过凸模测温孔和凹模测温孔实时监测上下模的温度变化；之后凸模开始向下运动进行冲压，当达到预定的压力时，停止运动；步骤五、调整温度控制系统，使得凸模测温孔和凹模测温孔的温度达到超塑气胀成形温度后，继续保温保压，之后加大凸模的压边力，应使凸模、钛合金板材和压边圈紧密贴合形成密封系统，之间形成空腔；步骤六、开启气压控制系统，先从凸模进气口处吹入氩气，在一定的气压加载速率和压力下，将钛合金板材壁厚调整均匀，继续保温保压一段时间，使板料充分与模具贴合；最终降温降压，取出零件。
[0010]本专利技术与现有技术的有益效果在于：本专利技术的方法先进行初步的小压力预冲压成形，让板料在高温下塑性流动到型腔曲面内，之后加大压边力，凸模和零件之间形成空腔，开启气胀成形，多余的料即可更加均匀地分布在曲面侧壁。本专利技术将预冲压和超塑胀形两种工艺相结合，先在高温下进行小压力的预冲压，让钛合金进行充分的金属塑性流动。之后升温加压，采用超塑气胀成形进行复杂曲面的修复，继续保温保压以消除残余应力，最终卸压、冷却取件。该复合成形方法将预拉伸和气胀超塑成形两种工艺完美结合，不仅显著提高了钛合金零件热成形质量，满足工程应用的批量化生产需求，提高生产效率，节约能源，并降低了钛合金零件的制造成本。
[0011]本专利技术的方案解决钛合金板材传统热加工时的褶皱、开裂等问题，同时缩短超塑性成形时间。本专利技术的工艺将冲压与超塑胀形结合起来，优化成形结果，提高零件的成品率；考虑到超塑成形的效率低，本专利技术采用统一模具，先进行预冲压，大大缩短成形时间，提高了钛合金高温零件的生产效率。
[0012]相比于传统超塑成形，运用气胀成形，使零件壁厚更加均匀，缩短生产时间，解决了冲压生产时产生的零件开裂、回弹等问题。
[0013]运用预冲压和超塑性成形的优点，可提高钛合金复杂曲面零件表面精度，降低了成形设备吨位，延长了模具的使用寿命，从而达到降低了成本的目标，实现了无缺陷的零件的高效生产制造，具有较高的实用和经济价值。
附图说明
[0014]图1是本专利技术一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法的工艺流程图；图2是本专利技术实施例中的某钛合金排气装置实例成形装置简图；图3是本专利技术一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法的成形装置凸模简图；图4是本专利技术一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法的成形装置凹模简图；其中，1
‑
上加热板，2
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定位紧固螺栓， 3
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模具后定位挡板，4
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后挡板紧固螺栓，5
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模具前定位挡板，6
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前挡板紧固螺栓，7
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钛合金板料，8
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压边圈，9
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凸模，10
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凹模，11
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紧固螺栓，12
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下加热板，13
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凸模进气口，14
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出气口，15
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挡板螺栓孔，16
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凸模测温孔，17
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凹模曲面型腔，18
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定位挡板的连接台，19
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凹模测温孔。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本专利技术进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，其特征在于，所述的复合成形装置包括上加热板（1）以及下加热板（12），所述的上加热板（1）的下端设置凸模（9）； 所述的下加热板（12）的上端设置凹模（10）；所述的凸模（9）、凹模（10）两侧设置模具前定位挡板（5）、模具后定位挡板（3）；所述的凸模（9）、凹模（10）之间放置钛合金板料（7），并在钛合金板料（7）和凹模（10）之间放置压边圈（8）；所述的凸模（9）包括侧面的凸模进气口（13）、底面的出气口（14）以及凸模测温孔（16）；所述的凹模（10）包括与凸模（9）相对应的凹模曲面型腔（17）、凹模测温孔（19），所述的凸模测温孔（16）和凹模测温孔（19）监测模具实时温度变化凹模曲面型腔（17）用于钛合金零件复杂曲面的成形。2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，其特征在于，所述的上加热板（1）以及凸模（9）之间通过定位紧固螺栓（2）固定；所述的下加热板（12）以及凹模（10）之间通过紧固螺栓（11）固定。3.根据权利要求1所述的一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，其特征在于，所述的模具前定位挡板（5）、模具后定位挡板（3）分别通过前挡板紧固螺栓（6）、后挡板紧固螺栓（4）固定。4.根据权利要求1所述的一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，其特征在于，所述的凸模（9）上还设置挡板螺栓孔（15），用于固定定位挡板（5）；所述的凹模（10）上还设置定位挡板的连接台（18），用于与定位挡板（5）相连。5.根据权利要求1所述的一种用于钛合金复杂曲面零件的复合成形方法，其特征在于，所述的复合成形装置的成形方法包括以下步骤：步骤一、首先对钛合金板料（7）进行高温拉伸试验，获得材料在不同温度、不同应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明和，包幼林，冯瑞，谢兰生，曾强，李立新，葛严，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：