專利名稱：一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法及模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈑金及焊接加工領(lǐng)域，涉及一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法及模具，適用于航空航天用鈦合金等金屬材料異型曲面結(jié)構(gòu)零件的精密成形。
背景技術(shù)：
鈦合金等金屬材料由于具有強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為航空航天尖端領(lǐng)域中的理想結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前，航空航天產(chǎn)品零部件正向輕量化、集成化方向發(fā)展，越 來(lái)越多的采用大尺寸復(fù)雜異型曲面薄壁構(gòu)件，該類零件結(jié)構(gòu)呈不規(guī)則外形，如多邊形或異型曲面。由于鈦合金性能特點(diǎn)，冷壓成形后回彈嚴(yán)重；由于該類零件非規(guī)則外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，無(wú)法用常規(guī)卷圓、旋壓等工藝方法解決；而采用普通熱沖壓方法成形時(shí)需要用到多套耦合 模具，并且只能分段成形，各部分組焊后還需進(jìn)行熱校形保證尺寸精度，加工成本較高，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)加工的零件外形受限或工序及成本較高的缺點(diǎn)，提供一種能有效地保證非規(guī)則外形薄壁構(gòu)件的精密成形的異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法及模具。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，包括如下步驟第一步確定分型面根據(jù)待加工零件形狀及尺寸確定分型面，把零件分成兩部分，并確定組焊部位；第二步下料計(jì)算得到兩部分的展開(kāi)尺寸，采用數(shù)控沖或激光切割方法下組件料，并去除毛刺；第三步預(yù)成形通過(guò)壓彎模具或折彎?rùn)C(jī)將板材由平板狀態(tài)壓彎成圓??；第四步焊接將壓彎后的兩塊圓弧組件裝配在焊接卡具上，采用激光焊焊縱縫，焊成整體零件；第五步熱成形在常溫下，將熱成形模具放入組焊后的零件內(nèi)部，靠模具自重將零件撐緊并放在熱成形機(jī)內(nèi)加熱；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，壓力機(jī)給熱成形模具施壓，使零件達(dá)到所需尺寸。如上所述的一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，其中所述熱成形模具由第一模塊、第二模塊、第三模塊、第四模塊和芯模組成，四個(gè)模塊構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與零件內(nèi)型面相同；芯模位于四個(gè)模塊構(gòu)成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，用于調(diào)節(jié)四個(gè)模塊間的間隙。如上所述的一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，其中所述第五步熱成形中，把熱成形模具的四個(gè)模塊按順序放入組焊后的零件內(nèi)部，把芯模放入組合的四個(gè)模塊中間，依靠芯模的重力把組合的四個(gè)模塊撐開(kāi)從而把零件撐緊，撐緊時(shí)使零件的直線段與四個(gè)模塊無(wú)間隙；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，用壓力機(jī)給芯模施壓，從而撐開(kāi)四個(gè)模塊，獲得所需尺寸的零件后取出芯模，再取出四個(gè)模塊。本發(fā)明的有益效果是I.本方法能克服現(xiàn)有技術(shù)加工的零件外形受限或工序及成本較高的缺點(diǎn)，有效地保證非規(guī)則外形薄壁構(gòu)件的精密成形。加工出的零件質(zhì)量可控性和穩(wěn)定性好，通用性強(qiáng)，力口工合格率高。2.通過(guò)采用坯料分兩半預(yù)成形一激光焊組焊一熱成形兼校形的方法，綜合利用了各工藝的優(yōu)點(diǎn)，只需兩道焊縫即可獲得大尺寸異型曲面鈦合金薄壁零件，零件表面質(zhì)量較聞。3.鈦合金兩段坯料采用激光焊進(jìn)行組焊，焊后變形量小，滿足后續(xù)熱成形模具的裝配及強(qiáng)度和精度要求。4.本發(fā)明只采用一套可活動(dòng)的分瓣成形模即可獲得最終零件，降低了模具成本。5.通過(guò)控制芯模壓下量與保壓時(shí)間，對(duì)組焊后的零件同時(shí)進(jìn)行熱成形兼熱校形，減少了熱加工工序及時(shí)間，并保證了異型曲面零件焊后去應(yīng)力和各部位尺寸要求。


圖I為本發(fā)明提供的一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體熱成形模具及零件裝配圖；圖2為異型曲面零件的正視圖；圖3為異型曲面零件的側(cè)視圖；圖4為異型曲面零件的仰視圖；圖5為坯料展開(kāi)尺寸(按圖2中A段展開(kāi)料)；圖6為坯料展開(kāi)尺寸(按圖2中B段展開(kāi)料)；其中，I、第一模塊，2、第二模塊，3、第三模塊，4、第四模塊和5、芯模。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法進(jìn)行介紹一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，包括如下步驟第一步確定分型面根據(jù)待加工零件形狀及尺寸確定分型面，把零件分成兩部分，并確定組焊部位，組焊部位避免在拐角部位即可； 第二步下料計(jì)算得到兩部分的展開(kāi)尺寸，采用數(shù)控沖或激光切割方法下組件料，并去除毛刺；第三步預(yù)成形通過(guò)壓彎模具或折彎?rùn)C(jī)將板材由平板狀態(tài)壓彎成圓弧；第四步焊接將壓彎后的兩塊圓弧組件裝配在焊接卡具上，采用激光焊焊縱縫，焊成整體零件；第五步熱成形在常溫下，將熱成形模具放入組焊后的零件內(nèi)部，靠模具自重將零件撐緊并放在熱成形機(jī)內(nèi)加熱；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，壓力機(jī)給熱成形模具施壓，使零件達(dá)到所需尺寸。零件加熱溫度根據(jù)零件材料種類設(shè)定。如圖I所示，在零件熱成形時(shí)，可制作如下方式的分瓣模具
熱成形模具由第一模塊I、第二模塊2、第三模塊3、第四模塊4和芯模5組成,模塊I 4構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與零件內(nèi)型面相同；芯模5位于四個(gè)模塊構(gòu)成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，用于調(diào)節(jié)四個(gè)模塊間的間隙。在熱成形時(shí)，把模塊I 4按順序放入組焊后的零件內(nèi)部，把芯模5放入組合的四個(gè)模塊中間，依靠芯模5的重力把組合的四個(gè)模塊撐開(kāi)從而把零件撐緊，撐緊時(shí)使零件的直線段與四個(gè)模塊無(wú)間隙；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，用壓力機(jī)給芯模5施壓，從而撐開(kāi)四個(gè)模塊，獲得所需尺寸的零件后取出芯模，再取出四個(gè)模塊。以如圖2-4所示的鈦合金梯形截面的尾噴口零件為例具體說(shuō)明，材料為I. 8mm厚的TA15鈦合金，圓弧半徑分別為R80mm和R40mm,大端面尺寸為948 X 641mm,小端面尺寸為660X400mm。具體工藝步驟如下第一步確定分型面根據(jù)異型曲面零件形狀及尺寸把零件分成兩部分，如圖2中 A、B所示。第二步下料計(jì)算得到兩部分的展開(kāi)尺寸，如圖5、6所示分別為A、B段展開(kāi)料尺寸，采用數(shù)控沖或激光切割方法下組件料，并去除毛刺。第三步預(yù)成形在壓力機(jī)上通過(guò)壓彎模具將板材在所需位置由平板狀態(tài)壓彎成初步圓弧，由于鈦合金冷成形后回彈較嚴(yán)重，此時(shí)圓弧半徑尺寸約為R80 RIOOmm，離零件最終尺寸要求尚有較大差距。第四步激光焊接縱縫焊接前對(duì)壓彎后的兩塊工件和焊絲酸洗，清洗干凈后置于烘干爐中100 150°C下烘干20 30分鐘。用旋轉(zhuǎn)鋼絲刷及刮刀對(duì)焊接區(qū)打磨，并用丙酮擦洗干凈，焊前保持焊接區(qū)清潔。將工件裝配在卡具上壓緊使縱縫和焊槍行走軌跡重合。啟動(dòng)保護(hù)氣體，根據(jù)裝配情況在焊縫上均勻點(diǎn)固3 4點(diǎn)，施焊，保證焊縫成型良好過(guò)渡光滑，把兩塊工件焊成封閉的錐形零件。第五步熱成形兼校形在焊好的異型零件上均勻涂防氧化保護(hù)涂料Ti_l#，將熱成形分瓣模按編號(hào)配套。如圖I所示，在常溫下將分瓣的熱成形模塊I 4及芯模5按順序放入組焊后的零件6內(nèi)部，靠模具自重將零件撐緊，此時(shí)組合模塊I 4端面平行，芯模5高出組合模塊I 4端面約20mm。放入熱成形機(jī)內(nèi)加熱，當(dāng)零件被加熱到750°C達(dá)到軟化狀態(tài)，此時(shí)壓力機(jī)壓下，對(duì)中間的芯模5施加壓力從而撐開(kāi)分瓣的熱成形模塊I 4，使零件6達(dá)到圖2-4所示的尺寸要求。
權(quán)利要求
1.一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，包括如下步驟 第一步確定分型面根據(jù)待加工零件形狀及尺寸確定分型面，把零件分成兩部分，并確定組焊部位； 第二步下料計(jì)算得到兩部分的展開(kāi)尺寸，采用數(shù)控沖或激光切割方法下組件料，并去除毛刺； 第三步預(yù)成形通過(guò)壓彎模具或折彎?rùn)C(jī)將板材由平板狀態(tài)壓彎成圓?。? 第四步焊接將壓彎后的兩塊圓弧組件裝配在焊接卡具上，采用激光焊焊縱縫，焊成整體零件； 第五步熱成形在常溫下，將熱成形模具放入組焊后的零件內(nèi)部，靠模具自重將零件撐緊并放在熱成形機(jī)內(nèi)加熱；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，壓カ機(jī)給熱成形模具施壓，使零件達(dá)到所需尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，其特征在于所述熱成形模具由第一模塊(I)、第二模塊(2)、第三模塊(3)、第四模塊(4)和芯模(5)組成，模塊(I 4)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與零件內(nèi)型面相同；芯模(5)位于模塊(I 4)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，用于調(diào)節(jié)模塊(I 4)間的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法，其特征在于所述第五步熱成形中，把熱成形模具的模塊(I 4)按順序放入組焊后的零件￠)內(nèi)部，把芯模(5)放入組合的模塊(I 4)中間，依靠芯模(5)的重力把組合的模塊(I 4)撐開(kāi)從而把零件(6)撐緊，撐緊時(shí)使零件(6)的直線段與模塊(I 4)無(wú)間隙；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，用壓カ機(jī)給芯模(5)施壓，從而撐開(kāi)模塊(I 4)，獲得所需尺寸的零件后取出芯模(5)，再取出模塊(I 4)。
4.一種異型曲面鈦合金薄壁零件熱成形模具由第一模塊(I)、第二模塊(2)、第三模塊(3)、第四模塊⑷和芯模(5)組成，模塊(I 4)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)與零件內(nèi)型面相同；芯模(5)位于模塊(I 4)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)內(nèi)，用于調(diào)節(jié)模塊(I 4)間的間隙。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈑金及焊接加工領(lǐng)域，涉及一種異型曲面鈦合金薄壁零件整體成形方法。目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)加工的零件外形受限或工序及成本較高的缺點(diǎn)，并有效地保證非規(guī)則外形薄壁構(gòu)件的精密成形。該方法包括如下步驟確定分型面；下料；預(yù)成形通過(guò)壓彎模具或折彎?rùn)C(jī)將板材由平板狀態(tài)壓彎成圓弧；焊接；熱成形在常溫下，將熱成形模具放入組焊后的零件內(nèi)部，靠模具自重將零件撐緊并放在熱成形機(jī)內(nèi)加熱；當(dāng)零件被加熱到材料軟化狀態(tài)，壓力機(jī)給熱成形模具施壓，使零件達(dá)到所需尺寸。本方法綜合利用了各工藝的優(yōu)點(diǎn)，只需兩道焊縫即可獲得大尺寸異型曲面鈦合金薄壁零件，零件表面質(zhì)量較高。
文檔編號(hào)B23K26/20GK102672435SQ20121016730
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者史科, 李妍華, 王猛團(tuán) 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造公司