[發明專利]一種鈦合金深腔構件復合成形模具及成形方法

有效

• 申請號: 202010636652.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111842637B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 劉玉平;徐柄桐;郭曉琳;張鐵軍;李保永;秦中環;李信
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 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

本發明提供了一種鈦合金深腔構件復合成形模具及成形方法，成形方法包括：根據鈦合金深腔構件設計加工熱拉深成形模具和超塑成形模具，并確定圓形坯料尺寸；熱拉深成形模具在成形機上安裝定位；對拉深上模和壓邊圈相接觸的法蘭位置、圓形坯料與法蘭接觸位置噴涂水劑石墨；熱拉深成形模具差溫加熱及圓形坯料的預熱；熱拉深成形模具合模拉深，得到預成形件；將預成形件放入超塑成形模具中，進行深腔構件超塑成形。本發明通過成形模具、工藝參數優化設計，結合特有的工藝流程，實現了鈦合金異形深腔類構件的精密成形，從而突破現有深腔類構件成形技術瓶頸，消除起皺開裂缺陷，優化壁厚均勻性，有效提高了產品質量與合格率，滿足異形構件制造應用需求。

技術領域

本發明屬于鈦合金深腔構件加工技術領域，特別涉及一種鈦合金深腔構件復合成形模具及成形方法。

背景技術

鈦合金具有比重小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫等優異的物理機械性能，廣泛應用于航空航天、艦船、生物醫用、石油化工等領域。其中，盒形、球形、錐形、曲面零件等形狀復雜、截面變化大、精度高、型腔深度大的鈦合金異形深腔類構件成形難度較大，隨著結構功能一體化要求的提高，對此類鈦合金構件的制造工藝也提出了更高的要求。

高溫下鈦合金板材的塑性可得到明顯的改善，延伸率增加，成形性顯著提高，在適當的變形溫度和變形速率下，甚至可以利用鈦合金的超塑性進行大應變減薄成形。基于上述特點，鈦合金精密熱成形、超塑成形工藝已廣泛應用于工業生產之中。但鈦合金的高溫度應變敏感性使深腔類構件成形參數窗口較窄，拉深時易出現開裂起皺等缺陷，超塑成形時小圓角部位或底部減薄嚴重，壁厚均勻性控制難度大。特別對于形狀復雜、內腔深度較大構件，成形友好性較差。因此，針對鈦合金高溫軟化和低溫硬化特性，結合實際工業生產特點，開發具有通用性的拉深/超塑復合成形工藝，對于解決深腔類鈦合金構件成形瓶頸、消除起皺開裂缺陷、優化壁厚均勻性、滿足異形構件制造應用需求等具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是要解決深腔類構件在單一拉深成形時的起皺開裂、成形道次多、成本高、成形精度差，以及單一超塑成形時局部位置壁厚減薄嚴重，后續機加量大等缺點，提供一種鈦合金深腔構件復合成形模具及成形方法，通過成形模具、工藝參數優化設計，結合特有的工藝流程，實現鈦合金異形深腔類構件的精密成形，從而突破現有深腔類構件成形技術瓶頸，有效提高產品質量與合格率，進而完成本發明。

本發明提供了的技術方案如下：

第一方面，一種鈦合金深腔構件熱拉深成形模具，包括：所述熱拉深成形模具包括拉深上模、壓邊圈和拉深下模；

拉深上模固設于成形機上平臺，為凹模，與超塑成形模具的超塑下模結構一致；

壓邊圈為中空板框結構，用于直接承載和固定圓形坯料；壓邊圈側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，實施三者在成形機上的安裝定位；

拉深下模固設于成形機下平臺，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域開設多個底板通孔，成形機上設置有與底板通孔對應的頂桿，頂桿穿設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；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，并機加得到凸模型面；拉深下模底板內設置氣體冷卻通道，氣體冷卻通道延伸至凸帽封閉腔體內，在拉深時實施凸帽的冷卻降溫。

第二方面，一種鈦合金深腔構件復合成形方法，包括：

步驟1，根據鈦合金深腔構件材料牌號、尺寸和幾何形狀，設計加工熱拉深成形模具和超塑成形模具；其中，熱拉深成形模具采用上述第一方面所述的熱拉深成形模具；

步驟2，根據所述深腔構件尺寸和形狀，進行熱拉深成形數值模擬，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；