[發(fā)明專利]一種鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形模具及成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010636652.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111842637B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉玉平;徐柄桐;郭曉琳;張鐵軍;李保永;秦中環(huán);李信
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航星機(jī)器制造有限公司
• 主分類號: B21D35/00
• 分類號: B21D35/00;B21D22/22;B21D26/02;B21D37/10;B21D37/16;B21D24/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形方法，其特征在于，包括：

步驟1，根據(jù)鈦合金深腔構(gòu)件材料牌號、尺寸和幾何形狀，設(shè)計加工熱拉深成形模具和超塑成形模具；所述熱拉深成形模具包括拉深上模、壓邊圈和拉深下模；拉深上模固設(shè)于成形機(jī)上平臺，為凹模，與超塑成形模具的超塑下模結(jié)構(gòu)一致；壓邊圈為中空板框結(jié)構(gòu)，用于直接承載和固定圓形坯料；壓邊圈側(cè)面螺接有兩個互相垂直的第一定位板，拉深上模與拉深下模由第一定位板固定在壓邊圈兩側(cè)，實施三者在成形機(jī)上的安裝定位；拉深下模固設(shè)于成形機(jī)下平臺，為凸模，拉深下模包括拉深下模底板和凸臺，拉深下模底板上非凸臺區(qū)域開設(shè)多個底板通孔，成形機(jī)上設(shè)置有與底板通孔對應(yīng)的頂桿，頂桿穿設(shè)于該底板通孔用以支撐壓邊圈，頂桿伸出底板通孔的高度可調(diào)；凸臺固定在拉深下模底板上，與下行的圓形坯料作用實施熱拉深預(yù)成形；凸臺的上部為中空凸帽，其與凸臺的下部焊接固定，并機(jī)加得到凸模型面；拉深下模底板內(nèi)設(shè)置氣體冷卻通道，氣體冷卻通道延伸至凸帽封閉腔體內(nèi)，在拉深時實施凸帽的冷卻降溫；

步驟2，根據(jù)所述深腔構(gòu)件尺寸和形狀，進(jìn)行熱拉深成形數(shù)值模擬，確定圓形坯料凈尺寸，為板材在徑向上增加成形余量，確定最終圓形坯料尺寸；

步驟3，將所述拉深下模裝設(shè)至成形機(jī)下平臺上，頂桿沿底板通孔插入至下平臺內(nèi)；將壓邊圈套設(shè)于凸臺外圍并放置于拉深下模底板上，第一定位板的下部與拉深下模側(cè)面緊密接觸，上部與拉深上模的側(cè)面緊密接觸，將拉深上模和拉深下模對齊定位，定位后分別通過螺桿組件固定于成形機(jī)上平臺和下平臺上；

步驟4，對拉深上模和壓邊圈相接觸的法蘭位置噴涂水劑石墨；

步驟5，成形機(jī)上平臺帶動拉深上模上行至與下平臺開合距離達(dá)到最大，頂桿支撐壓邊圈上行至與拉深上模接觸，然后分別對拉深上模和壓邊圈、拉深下模加熱升溫；成形機(jī)上平臺溫度升至750℃～850℃，下平臺溫度升至250℃～350℃，拉深上模加熱至650℃～700℃；

步驟6，對圓形坯料預(yù)熱；預(yù)熱前，圓形坯料的上下表面噴涂防氧化保護(hù)涂料，與拉深上模和壓邊圈的法蘭接觸位置噴涂水劑石墨，其余部位不噴涂水劑石墨；

步驟7，頂桿下行，且使壓邊圈上平面超過拉深下模最高點，放置預(yù)熱后的圓形坯料至壓邊圈上；拉深上模下行，壓緊圓形坯料，隨后拉深上模、圓形坯料與壓邊圈同時下行，直至合模，完成拉深成形，取出預(yù)成形件；拉深過程中，通過經(jīng)液氮冷卻后的壓縮空氣對拉深下模的凸帽表面降溫；拉深上模與壓邊圈間存在間隙，間隙高度為板料厚度的1.1～1.2倍，通過放置墊塊控制；

步驟8，將預(yù)成形件放入超塑成形模具中，進(jìn)行深腔構(gòu)件超塑成形；深腔構(gòu)件超塑成形包括如下子步驟：

步驟8.1，清理預(yù)成形件的表面，并噴涂高溫防氧化劑氮化硼涂料；

步驟8.2，在超塑成形模具內(nèi)放入預(yù)成形件；其中，超塑成形模具包括超塑上模和超塑下模，超塑上模固設(shè)于成形機(jī)上平臺，超塑上模的法蘭面上開設(shè)有兩層同心密封槽；超塑下模固設(shè)于成形機(jī)下平臺，超塑上模與超塑下模由螺接于超塑下模側(cè)面兩互相垂直分布的第二定位板定位，超塑上模開設(shè)有通氣孔，通氣孔連接氣路；超塑下模縱向開設(shè)型腔，型腔與最終構(gòu)件外形吻合，型腔底部開設(shè)排氣孔；

步驟8.3，超塑成形模具升溫至850～950℃；

步驟8.4，超塑上模和超塑下模合模完全形成密閉腔，通過超塑上模上的通氣孔連通密閉腔與外界的氣源，向密閉腔內(nèi)通入1～4MPa氬氣，當(dāng)板材成形出最終形狀時停止通氣，完成超塑成形；加載氬氣前，使法蘭面處板材充分蠕變充滿密封槽，防止在超塑成形時漏氣。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形方法，其特征在于，所述壓邊圈與拉深上模相對的法蘭面上固定有若干個定位銷，通過定位銷將圓形坯料定位在壓邊圈上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形方法，其特征在于，所述壓邊圈和拉深下模在成形機(jī)上定位后，壓邊圈與凸臺底部側(cè)面的單邊間隙為0.5～1.0mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形方法，其特征在于，所述拉深上模、壓邊圈和拉深下模的側(cè)面分別開設(shè)測溫孔，測溫孔的孔底靠近型面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金深腔構(gòu)件復(fù)合成形方法，其特征在于，步驟6中，圓形坯料預(yù)熱至700℃～750℃。