[發(fā)明專利]一種帶筋鈦合金曲率構件的組合制造方法

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• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105750839A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 李小強;李東升;王爍;郭貴強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

【技術領域】

本發(fā)明涉及金屬零件的成形方法，尤其涉及一種帶筋鈦合金曲率構件的組合制造方法，用于大尺寸鈦合金曲率構件的成形，屬于熱加工技術領域。

【技術背景】

現在航空制造領域為了減輕飛機重量，提高經濟性，碳纖維復合材料得到大量應用。因鈦與碳纖維復合材料的強度、剛度、熱特性匹配良好，能獲得很好的減重效果，且二者的電位比較接近，不易產生電偶腐蝕，同時鈦合金具有高比強度、高極限強度、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出的優(yōu)點。因此，與復合材料蒙皮相連接的承力骨架大量采用鈦合金曲率構件，鈦合金在航空領域得到了越來越廣泛的應用。

在目前實際加工過程中，帶筋鈦合金曲率構件的加工方法主要有兩種：(1)鍛造、軋制或擠壓直毛坯+數控加工+增量熱壓彎+熱校形，(2)鍛造曲毛坯+數控加工+熱校形。上述兩種方法都是從坯料上直接加工出帶筋構件，數控加工工作量很大，材料利用率極低，僅為3.5％～10％左右；增量壓彎很難通過理論計算或數值模擬來優(yōu)化參數得到理想零件外形，需要反復加熱和壓彎，非常耗時，同時壓彎過程中非均勻變形極易造成筋條的開裂和起皺，零件內部應力梯度大造成零件精度控制困難。制造過程中非均勻變形導致零件殘余應力大，均需制造專用復雜工裝對零件進行熱校形，工裝成本非常高。因此，如何從提高材料利用率、提高成形精度和效率、降低成本等方面入手，發(fā)展先進工藝，實現低成本精確制造，是成形帶筋鈦合金曲率構件迫切需要解決的難題。

【發(fā)明內容】

1、目的：本發(fā)明的目的是為了解決帶筋鈦合金曲率構件制造的高成本、高耗時和低精度等問題，而提供一種基于等截面鈦合金型材的帶筋曲率構件的組合制造方法。

2、技術方案：

以擠壓或軋制成形的等截面鈦合金型材作為坯料，采用線性摩擦焊技術，用線性摩擦焊機將鈦合金筋條焊接于等截面鈦合金型材來得到帶筋鈦合金型材。下一步采用熱拉彎蠕變復合成形方法，借助于熱拉彎機對帶筋鈦合金型材進行一定溫度和速率下的拉彎和蠕變成形，得到帶筋曲率件。再經數控加工機床少量的加工即可得到最終尺寸零件。該方法中使用的線性摩擦焊機、熱拉彎機和數控加工機床采用市場已有設備，不限具體型號，能滿足零件制造要求即可。

本發(fā)明一種帶筋鈦合金曲率構件的組合制造方法，該方法包含以下步驟：

步驟一、材料及設備準備：根據零件要求準備等截面鈦合金型材坯料，以及相應外形帶有一定加工余量的鈦合金筋條，并對等截面鈦合金型材和鈦合金筋條的焊接面進行氧化層去除處理；將準備好的等截面鈦合金型材和鈦合金筋條在線性摩擦焊機上固定，待下一步進行焊接增加筋條；

步驟二、增加筋條：采用線性摩擦焊的方法，使用線性摩擦焊機，使鈦合金筋條在等截面鈦合金型材規(guī)定區(qū)域上以一定摩擦壓力P_f，作一定頻率f和一定振幅A的線性往復運動，經時間t₁后，迅速對中，再施加頂鍛力P_u一定時間t₂，將鈦合金筋條焊接于等截面鈦合金型材上；再用線性摩擦焊機夾持下一個鈦合金筋條，重復步驟二，得到帶多個筋條的鈦合金型材；

步驟三、成形前準備：在熱拉彎機上進行相應尺寸模具工裝的安裝，并將冷卻后的帶筋鈦合金型材在熱拉彎機上固定，待成形帶筋鈦合金型材；

步驟四、熱拉彎成形:在熱拉彎機上對帶筋鈦合金型材預加熱，待溫度達到溫度T時，以一定應變速率對帶筋鈦合金型材進行預拉，達到預定應變后，對帶筋鈦合金型材以一定應變速率進行包覆成形，直至完全貼合模具，之后進行一定應變速率的補拉，直至達到終應變。此過程一直保持溫度為T；

步驟五、蠕變成形：使貼模的帶筋鈦合金型材保持夾持狀態(tài)，外形和位置不變，在溫度T下保溫一定時間t₃，使拉彎后的帶筋鈦合金型材內部發(fā)生應力松弛，實現蠕變成形。切斷電源，待零件冷卻后取下；

步驟六、數控加工：帶筋鈦合金型材蠕變成形后，根據零件最終尺寸要求進行外形的精確數控加工，得到最終尺寸零件，加工結束。

其中，步驟一中一定加工余量主要是指筋條垂直于摩擦面方向余量3～5mm，其他方向按數控加工給出余量0.5～2mm。

其中，步驟二中P_f＝30～100MPa，f＝20～70Hz，A＝2～4mm，P_u＝30～100MPa，t₁＝1.5～3.5s，t₂＝0.5～1.5s。