回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具及成形方法技术

本发明专利技术公开了一种回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具及成形方法，热胀成形模具包括下模板、导向块、限位圈、导向块、限位销、胀块、锥体和限位圈。采用钛合金板材作为毛坯料，通过热拉伸成型加工出多块完全相同的热拉伸零件；在每一块热拉伸零件上切割出相同的切割后零件，将多块切割后零件焊接形成单一回转轴线的热胀形毛坯料，将热胀形毛坯料套接在热胀成形模具的胀块外侧，在热压力机上进行热胀形，最后修整端面后获得外壁段。本发明专利技术获得的回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件成形性好、精度高、没有回弹、无残余应力。无残余应力。无残余应力。

【技术实现步骤摘要】
回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具及成形方法


[0001]本专利技术属于机械加工领域，尤其涉及航空发动机回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具及成形方法。

技术介绍

[0002]如图1所示，为一种航空发动机外壁段零件材料为钛合金零件，其壁厚为t(t≤5mm),所成形的外壁段1是一个下端直径为D2的圆柱段和上端小径为D1的圆锥段通过球面SR过渡而形成的薄壁筒形件(D2＝2R)，外壁段1端面的低点到下端D2圆柱段底面的距离为Hmin，外壁段1端面的高点到下端D2圆柱段底面的距离为Hmax。圆柱段与圆锥段回转中心线的夹角为α。零件技术条件要求纵向焊缝不多于6条。
[0003]钛合金在常温下韧性强、粘性大、导湿导热差、弹性模量小、化学亲和力强，因此，在常温环境下钛合金零件成形困难。由于零件回转中心线夹角的存在，零件轴线方向的各个截面都不相同，采用传统的热胀成形方法不易控制零件型面；零件存在锥度，胀形时零件容易上窜；胀形模具在胀形过程中由于水平方向摩擦力的存在，通常会造成零件下端尺寸合格，但上端尺寸会偏大甚至超差的“倒头”现象。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术旨在提供一种回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具及成形方法，提高该类钛合金零件成形质量和精度。
[0005]本专利技术的基本成形思路为：通过设计制造专用热胀成形模具，在胀块与下模板之间增加导向块、胀块型面下端增加防上窜的限位销、改变胀块受力点等方式，消除传统胀形模具胀形时存在的缺陷，得到成形性好、精度高、没有回弹、无残余应力等优点的钛合金零件。
[0006]本专利技术采用了以下技术方案：
[0007]回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具，包括，
[0008]下模板，所述下模板上端面开有圆孔和T形槽，且T形槽分布在以圆孔中心为圆心的圆周径向线上，相邻T形槽之间的圆心夹角相等；
[0009]第一导向块和第二导向块，所述第一导向块和第二导向块均滑动连接在T形槽中，第一导向块的一端标识有刻线；
[0010]胀块，所述胀块的外型面与回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件的内表面一致，胀块的内型面为锥面，胀块的数量大于等于两个，其中两个胀块的上端面分别标识着对应回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件低点的刻线以及对应高点的刻线，胀块的上端面还设置有圆形凸台，胀块的下端分别与第一导向块、第二导向块通过连接件连接，胀块的外型面上还开设有定位孔；
[0011]限位销，所述限位销与胀块的定位孔插接；
[0012]锥体，所述锥体插接在多个胀块的内型面形成的锥体中；
[0013]第一限位圈，所述第一限位圈为圆环形零件，且放置在下模板的圆孔中；
[0014]第二限位圈，第二限位圈，所述第二限位圈为外圈带凸台的圆环，当锥体与多个胀块的内型面形成的锥体插接时，第二限位圈套接在锥体上，且第二限位圈上的凸台端面与胀块上端面不接触，第二限位圈的圆环内圈直径满足当胀块上的圆形凸台侧表面与第二限位圈上外圈凸台内表面接触时，第二限位圈上圆环内圈直径大于胀块的圆形凸台的内径。
[0015]进一步，当多个所述胀块随着第一导向块和第二导向块向着下模板上的圆孔聚拢且第一导向块和第二导向块触碰到圆孔中的第一限位圈时，相邻胀块的外型面之间有分割间隙。分割间隙能够保证胀块收拢到位。
[0016]进一步，所述胀块的下端面开有减重槽，减重槽内设置有加强筋。
[0017]进一步，多个所述胀块的胀形表面是将回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件的内表面等圆心夹角分隔后的表面，即以零件的回转中心线为中心，等圆心夹角将外壁段的内表面均分为多个部分。
[0018]一种使用前述热胀成形模具的回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件的成形方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1，采用钛合金板材作为毛坯料，通过热拉伸成型加工出多块完全相同且表面外凸的曲面热拉伸零件，热拉伸零件的外凸表面至少包含一段与外壁段上球面SR半径相等的第一球面；
[0020]步骤2，针对每一块热拉伸零件，按照同一条切割路径切割，获得多块完全相同且包含第一球面的切割后零件；
[0021]步骤3，将多块切割后零件拼接并沿着拼接线焊接形成单一回转轴线的热胀形毛坯料；需要指出的是，在保证热胀形毛坯料能够正常套入热胀成形模具的前提下，焊接后的热胀形毛坯料的周向尺寸不能过大，必须保留足够的胀形变形量，才能保证胀形后的型面尺寸与外壁段相同；
[0022]步骤4，将热胀形毛坯料套接在前述的热胀成形模具的胀块外侧后进行热胀形；
[0023]步骤5，通过步骤4中热胀形后胀块上对应低点的刻线、对应高点的刻线以及第一导向块一端标识的刻线对热胀形后的零件进行标记，结合高度Hmin和高度Hmax对热胀形后的零件进行端面切割，最终获得回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件。例如，以胀块上对应低点的刻线、对应高点的刻线以及第一导向块一端标识的刻线通过“三点确定一个平面”原理获得了外壁段包含低点、高点且过外壁段中圆柱段轴线的特征剖面，以该剖面为基准，通过高度Hmin和高度Hmax确定角度α，从而实施端面切割。采用三条刻线(两个胀块上的低点刻线和高点刻线，以及第一导向块端面的刻线)来标识和识别热胀形后零件的特征点，便于后续切割端面时的找正工作。
[0024]进一步，所述步骤1中，热拉伸模具包括下模板、凸模、压边圈和凹模，其中：
[0025]所述下模板上开设有顶杆孔；
[0026]所述凸模的顶面和侧面的形状与热拉伸零件的内表面一致，凸模通过紧固件与下模板连接，凸模侧面下端开设有避让槽；
[0027]所述压边圈的内圈与凸模之间有间隙，且压边圈顶升后的高度高于凸模的顶面；
[0028]所述凹模的内腔及下端面与热拉伸零件的外表面一致。
[0029]作为一种选择，所述步骤1中，将热拉伸模具安装在热压力机工作台上，下模板顶杆孔位置与热压力机顶杆孔位置一致，并保证顶杆能顶起压边圈上、下移动，对热压力机及热拉伸模具升温加热至600℃～800℃，打开热拉伸模具，将压边圈向上移动至与凸模顶面齐平，将毛坯料放置在压边圈上，毛坯料外端面与托料板对齐，预热后开始压制零件，保压后降温，当温度降到200℃～400℃后取出零件并放置在冷却垫上自然冷却。
[0030]作为一种选择，
[0031]所述步骤2中，在切割后零件上加工出与胀块上定位孔对应的限位孔，或者所述步骤3中，在热胀形毛坯料上加工出与胀块上定位孔对应的限位孔；
[0032]所述步骤4中，将限位销同时插入胀块上的定位孔和热胀形毛坯料上的限位孔。
[0033]作为一种选择，所述步骤4中，取出热胀成形模具中的锥体，收拢胀块后套入热胀形毛坯料，将限位销同时插入胀块上的定位孔和热胀形毛坯料上的限位孔，然后装入锥体。
[0034]进一步，所述步骤4中，在热压力机上进行热胀形，将热胀成形模具安装在热压力机工作台上，对热压力机及热胀成形模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具，其特征在于：包括，下模板(9)，所述下模板(9)上端面开有圆孔和T形槽，且T形槽分布在以圆孔中心为圆心的圆周径向线上，相邻T形槽之间的圆心夹角相等；第一导向块(10)和第二导向块(12)，所述第一导向块(10)和第二导向块(12)均滑动连接在T形槽中，第一导向块(10)的一端标识有刻线；胀块(14)，所述胀块(14)的外型面与回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件的内表面一致，胀块(14)的内型面为锥面，胀块(14)的数量大于等于两个，其中两个胀块(14)的上端面分别标识着对应回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件低点的刻线以及对应高点的刻线，胀块(14)的上端面还设置有圆形凸台，胀块(14)的下端分别与第一导向块(10)、第二导向块(12)通过连接件连接，胀块(14)的外型面上还开设有定位孔；限位销(13)，所述限位销(13)与胀块(14)的定位孔插接；锥体(15)，所述锥体(15)插接在多个胀块(14)的内型面形成的锥体中；第一限位圈(11)，所述第一限位圈(11)为圆环形零件，且放置在下模板(9)的圆孔中；第二限位圈(16)，所述第二限位圈(16)为外圈带凸台的圆环，当锥体(15)与多个胀块(14)的内型面形成的锥体插接时，第二限位圈(16)套接在锥体(15)上，且第二限位圈(16)上的凸台端面与胀块(14)上端面不接触，第二限位圈(16)的圆环内圈直径满足当胀块(14)上的圆形凸台侧表面与第二限位圈(16)上外圈凸台内表面接触时，第二限位圈(16)上圆环内圈直径大于胀块(14)的圆形凸台的内径。2.根据权利要求1所述的回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具，其特征在于：当多个所述胀块(14)随着第一导向块(10)和第二导向块(12)向着下模板(9)上的圆孔聚拢且第一导向块(10)和第二导向块(12)触碰到圆孔中的第一限位圈(11)时，相邻胀块(14)的外型面之间有分割间隙。3.根据权利要求1所述的回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件热胀成形模具，其特征在于：所述胀块(14)的下端面开有减重槽，减重槽内设置有加强筋。4.一种使用权利要求1所述热胀成形模具的回转中心线呈角度钛合金薄壁筒体零件的成形方法，其特征在于：包括，步骤1，采用钛合金板材作为毛坯料，通过热拉伸成型加工出多块完全相同且表面外凸的曲面热拉伸零件(2)，热拉伸零件(2)的外凸表面至少包含一段与外壁段(1)上球面SR半径相等的第一球面；步骤2，针对每一块热拉伸零件(2)，按照同一条切割路径切割，获得多块完全相同且包含第一球面的切割后零件(3)；步骤3，将多块切割后零件(3)拼接并沿着拼接线焊接形成单一回转轴线的热胀形毛坯料(4)；步骤4，将热胀形毛坯料(4)套接在权利要求1的热胀成形模具的胀块(14)外侧后进行热胀形；步骤5，通过步骤4中热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王绪坚，张林嘉，李英，张蕾，戴兴敏，杜奎，李兵兵，曹俊，
申请(专利权)人：中国航发贵州黎阳航空动力有限公司，
类型：发明
国别省市：