[發(fā)明專利]大曲率鈦合金蒙皮零件的等溫成形模具及其成形方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510839030.6
• 申請(qǐng)日: 2015-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN105344819A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱麗;張恩輝;遲彩樓;張曉巍;王玨;吳偉平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): B21D37/10
• 分類號(hào): B21D37/10;B21D37/16;B21D37/18;B21D22/22
• 代理公司: 沈陽杰克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 孫玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種大曲率鈦合金蒙皮零件的等溫成形模具及其成形方法，屬于金屬板料塑性成形領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在我國(guó)航空鈑金制造中，鈦合金板材的多種制造工藝被推廣應(yīng)用。鈦合金由于密度小、比強(qiáng)度和比斷裂韌性高、疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好、低溫韌性良好、抗腐蝕性能強(qiáng)等優(yōu)異的綜合性能，獲得航空、航天、造船等工業(yè)部門廣泛使用。由于常規(guī)的冷加工方法難以實(shí)現(xiàn)鈦合金鈑金件的成形，所以多采用等溫?zé)岢尚畏ㄅc超塑成形方法。等溫?zé)岢尚问侵笇⒔饘俨牧霞訜嶂猎俳Y(jié)晶溫度以下，利用金屬材料在高溫下塑性提高、變形抗力降低的特點(diǎn)制造零件的一種壓力加工技術(shù)。超塑成形技術(shù)是金屬材料在特定的內(nèi)在條件下（材料成分、組織及相變能力等）和外在條件（溫度、加熱方式、壓力及應(yīng)變速率等）下，呈現(xiàn)無頸縮和異常高的延伸率的特性，變形量超過100%的變形都成為超塑性變形，利用材料超塑性來成形零件的方法稱之為超塑成形，是一種先進(jìn)的盡無余量整體制造技術(shù)，具有大延伸、無縮頸、小應(yīng)力、易成形的特點(diǎn)，它改善了材料的成形性，減小了成形壓力，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為設(shè)計(jì)提供了更多自由度。

大曲率TC4鈦合金蒙皮零件是兩塊飛機(jī)吊艙蒙皮，如圖1所示的兩個(gè)分體的零件，采用厚度為δ1.8mm的單層板直接超塑成形，由于曲率太大，先貼膜處板料由于摩擦作用難于流動(dòng)，減薄基本停止，最后成形部位的材料難以補(bǔ)充，只能依靠厚度的減薄來達(dá)到材料流動(dòng)填充的目的，最后貼膜部位出料材料減薄過量，圖1中3至6點(diǎn)位減薄點(diǎn)，超出公差要求，其中減薄點(diǎn)3和減薄點(diǎn)4位置表現(xiàn)最為嚴(yán)重，不符合設(shè)計(jì)要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術(shù)問題是提供一種大曲率鈦合金蒙皮零件的等溫成形模具及其成形方法，該大曲率鈦合金蒙皮零件的等溫成形模具為初步等溫成形步驟的提供了有效的模具，保證了大曲率鈦合金蒙皮零件的最終成形；同時(shí)成形方法中采用了先等溫成形，再采用超塑成形的工藝步驟，使成形后的盆形零件的壁厚均勻，滿足技術(shù)要求。

為解決以上問題，本發(fā)明創(chuàng)造的具體技術(shù)方案如下：一種大曲率鈦合金蒙皮零件的等溫成形模具，用于蒙皮零件的等溫?zé)岢尚停谕鼓：桶寄Ｖg設(shè)有壓邊圈，壓邊圈的下表面與凸模型面配合，上表面與凹模下表面型面配合；壓邊圈的底面通過頂桿與凸模上表面連接，且壓邊圈側(cè)面設(shè)有限位槽，與凸模上的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的外緣滑動(dòng)連接；壓邊圈的上表面與凹模的下表面貼合，在凹模的側(cè)端設(shè)有導(dǎo)向板，導(dǎo)向板與導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的內(nèi)緣槽滑動(dòng)連接；在壓邊圈的上表面設(shè)有圓柱銷，圓柱銷位于凹模上的限位孔內(nèi)。

所述的凸模、凹模和壓邊圈的側(cè)端分別設(shè)有吊裝棒；在凸模的前后端設(shè)有平行的壓板槽；在壓邊圈的邊緣設(shè)有加工基準(zhǔn)孔；在凹模的頂面設(shè)有減重槽，若干個(gè)減重槽之間形成加強(qiáng)筋；在凹模的前后端分別設(shè)置熱電偶測(cè)溫孔。

一種大曲率鈦合金蒙皮零件的成形工藝，包括以下步驟：

1）在數(shù)模程序中，通過工藝補(bǔ)充面的程序?qū)蓚€(gè)零件合成一個(gè)“盆”形零件，然后根據(jù)熱成形模具型面設(shè)計(jì)一張初始加工的板料數(shù)模；

2）按照板料數(shù)模下料為實(shí)際待加工板料，打磨邊緣，表面粗糙度為Ra6.3，且在待加工板料的兩端設(shè)置卡槽；

3）等溫?zé)岢尚喂に嚕捎么笄殊伜辖鹈善ち慵牡葴爻尚文＞撸夷＞邇?nèi)形為接近盆形零件的近似橢圓形狀；

3.1）清理待加工板料，并在板料表面涂覆潤(rùn)滑劑石墨；

3.2）啟動(dòng)預(yù)熱升溫程序，升溫速率為60～70℃/h，當(dāng)?shù)葴爻尚文＞邷囟确€(wěn)定在650℃，把板料兩端的卡槽與等溫成形模具的壓邊圈連接，并預(yù)熱4～5min到成形溫度，壓邊圈（9）通過頂桿舉升與凹模合模并加壓100KN，形成盆形零件的法蘭部位；

3.3）壓邊圈與凹模共同下降，與凸模合模加壓400KN，保壓時(shí)間為8～10min，近似盆形的橢圓形狀成形后，啟模取件，放在石棉墊上自然冷卻；

4）超塑成形工藝，采用與技術(shù)要求形狀一致的超塑成形模具；

4.1）清理板料表面至干凈無油污，將板料兩面與模具工具面涂止焊劑；

4.2）加熱超塑成形模具至300℃，壓力機(jī)對(duì)上下模加壓，開始抽真空達(dá)到真空度2×10^-3Pa～5×10^-3Pa和通過外部氣壓加載控制系統(tǒng)充入高純氬氣保護(hù)板料；

4.3）繼續(xù)加熱至成形溫度920℃，充氬氣，加載壓力1.8MPa，時(shí)間2小時(shí)，進(jìn)行超塑成形；

4.4）氣壓加載結(jié)束后，即完成超塑成形過程，把氣壓逐漸降低到0，停止加熱，待模具溫度降低到200℃以下，開爐取件；