[發明專利]一種基于復合加熱的鈦基合金材料旋壓成形方法

有效

• 申請號: 201811286445.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109108139B
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 徐文臣;單德彬;楊中澤;王思冰;陳宇;楊川
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21D22/16
• 分類號: B21D22/16;B21D37/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

本發明提供了一種基于復合加熱的鈦基合金材料旋壓成形方法，其中首先使用火焰槍對坯料、芯軸和旋輪進行預熱，再使用隨動感應加熱線圈將坯料加熱至旋壓溫度，在旋壓過程中使用紅外熱成像儀對溫度進行監測，且使用火焰槍對旋輪后方已旋壓區域的坯料進行加熱保溫。本發明將前端電磁感應熱源加熱和后端火焰源補熱兩種加熱方式進行復合，且使用紅外熱成像儀進行溫度監測，實現了旋壓成形過程中的在線加熱和精確控溫，實施例結果表明，使用本發明的方法對鈦基合金進行旋壓成形，所得旋壓件壁厚均勻，無開裂現象，成形質量高，旋壓過程中不會出現失穩起皺等缺陷。

技術領域

本發明涉及鈦基合金材料塑性成形的技術領域，特別涉及一種基于復合加熱的鈦基合金材料旋壓成形方法。

背景技術

鈦基合金的密度僅為鋼的60％左右，且具有強度高、抗腐蝕性好、溫度適應范圍廣、無磁性、高韌性、可焊性好等優良特性，是一類新型輕質高性能結構材料。因此，鈦基合金在航空、航天、兵器、化工、冶金、醫療、海水淡化、海洋石油開采、日常用品等領域具有廣闊的應用前景。

然而，鈦合金的難加工性限制了其廣泛應用。旋壓成形是薄壁回轉類零件少無切削加工的先進制造技術，加工的產品精度高、質量輕、流線連續且性能優良，目前已廣泛應用于航空、航天及兵器工業等國防領域。旋壓成形工藝因其局部加載局部變形的特性十分適合用于成形鈦基合金材料。在鈦基合金材料旋壓成形過程中，為了降低材料的變形抗力，提高成形效率和成形質量，常采用熱旋成形工藝。

目前熱旋成形工藝的加熱方式以火焰加熱為主，使用火焰噴槍分別加熱芯軸、坯料和旋輪，具有加熱方法簡單、加熱效率高和溫度范圍大等優點。但一些鈦基合金材料，如鈦合金、Ti₂AlNb合金等成形溫度區間狹窄，為保證成形質量，對變形溫度范圍和溫度均勻性要求非常嚴格。而火焰加熱方式存在加熱溫度波動大、加熱精度低、加熱效率不高等缺點，致使鈦基合金材料在旋壓成形過程中出現失穩起皺、開裂、壁厚不均等缺陷。另外，在旋壓過程中，火焰加熱的熱源分布不合理會導致鈦基合金出現已旋區抱模等問題。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種基于復合加熱的鈦基合金材料旋壓成形方法。本發明提供的方法將火焰加熱和電磁感應加熱復合，且旋壓成形過程中使用紅外熱成像儀對溫度進行監測，實現了旋壓成形過程中在線加熱和精確控溫，使用本發明的方法對鈦基合金進行旋壓成形，所得旋壓件成形質量好，生產效率高。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

一種基于復合加熱的鈦基合金材料旋壓成形方法，包括以下步驟：

(1)將鈦基合金坯料固定在旋壓機的芯軸上，使用火焰槍預熱所述旋壓機的芯軸、旋輪和所述鈦基合金坯料；使用紅外熱成像儀監控預熱溫度；

(2)將隨動感應加熱線圈固定在所述旋輪的支架上，使所述隨動感應線圈可以隨旋輪沿軸線運動，將所述隨動感應加熱線圈套在鈦基合金坯料外部，且不與鈦基合金坯料接觸；開動旋壓機，使鈦基合金坯料隨旋壓機芯軸轉動，使用所述隨動感應加熱線圈將鈦基合金坯料加熱至旋壓溫度；

(3)開始旋壓，旋壓過程中使用紅外熱成像儀監控旋輪前方待旋區的溫度分布，并使用火焰槍對旋輪后方已旋壓區域的坯料進行加熱保溫；

(4)若旋壓一道次后的成形坯料達到壁厚要求，則旋壓成形完成；若旋壓一道次后的成形坯料未達到壁厚要求，則重復步驟(1)～(3)，直至成形坯料壁厚滿足要求。

優選的，所述步驟(1)中的旋壓機芯軸的預熱溫度為350～550℃，旋輪的預熱溫度為200～250℃，鈦基合金坯料的預熱溫度為400～600℃。

優選的，所述步驟(1)中鈦基合金坯料與旋壓機芯軸為過渡配合。

優選的，所述步驟(2)中的旋壓溫度為800～1000℃。