一種鈦合金波紋加強(qiáng)筒形零件成形裝置及成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鈦合金波紋加強(qiáng)筒形零件成形裝置及成形方法，屬于金屬加工成 形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在航空航天產(chǎn)品制造領(lǐng)域，考慮到裝載、運(yùn)輸、飛行速率等因素，對(duì)結(jié)構(gòu)件重量提 出了極高的要求。鈦合金波紋加強(qiáng)筒形件產(chǎn)品具有耐熱、輕質(zhì)、高強(qiáng)等優(yōu)異的性能，在航空 航天領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如飛機(jī)起落架、導(dǎo)彈筒體、飛行器進(jìn)氣道等零部件。但目前，鈦合金 波紋板產(chǎn)品較多，而筒形件相對(duì)較少。通常采用波紋板卷焊或超塑成形（SPF)工藝制作波 紋筒。其中，波紋板卷焊工藝在波紋直板成形時(shí)，易產(chǎn)生較大回彈，在卷焊后形成筒徑將小 于設(shè)計(jì)尺寸，難以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式控制尺寸精度，且波紋圓角處減薄嚴(yán)重常出現(xiàn)斷裂缺陷，此 外，受到焊接變形影響，零件圓整度難以保證，焊縫附近將產(chǎn)生一定翹曲變形，且難以通過(guò) 矯形校正。SPF工藝在成形精度上有所保證，但長(zhǎng)時(shí)加熱容易引起晶粒的快速長(zhǎng)大，產(chǎn)生材 料熱損失，而嚴(yán)格的氣密性要求，使零件成形時(shí)必須有工藝端保障，降低了材料利用率。目 前，尚未提出一種既能兼顧成形精度，又能有效提高成形效率、改善熱損失的成形方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決傳統(tǒng)工藝尺寸精度低、成形后力學(xué)性能差、成形質(zhì)量與成形效率無(wú)法兼顧 的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種鈦合金波紋加強(qiáng)筒形零件成形方法，所采取的技術(shù)方案如下：
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金波紋加強(qiáng)筒形零件成形裝置。該裝置包括內(nèi)模 具1、外模具2、沖頭3和加載模具4,其中，內(nèi)模具1設(shè)有導(dǎo)向筒11和底座12,導(dǎo)向筒11垂 直固定在底座12上，在導(dǎo)向筒12上沿軸向設(shè)有加載通道13,加載通道13沿導(dǎo)向筒11的 徑向均勻分布且沿徑向貫通導(dǎo)向筒11 ;外模具2內(nèi)壁設(shè)有沿平行于軸向的凹槽，使外模具 2的橫截面呈波紋狀，當(dāng)外模具2套在內(nèi)模具1后，內(nèi)模具1和外模具2之間形成波紋型腔 21 ;沖頭3為薄板型，厚度不大于加載通道13的厚度，以便于在使用時(shí)將沖頭3置于加載通 道13內(nèi)，沖頭3的一面為斜面，所有沖頭3放入加載通道13后在導(dǎo)向筒11內(nèi)壁內(nèi)圍成一 個(gè)錐面；加載模具4設(shè)有加載柱41，加載柱41的加載端設(shè)有錐面，加載時(shí)可通過(guò)與沖頭3圍 成的錐面作用將沖頭3擠入到波紋型腔21中。
[0005] 優(yōu)選地，所述加載通道13的數(shù)目與外模具2內(nèi)壁上凹槽的數(shù)目相同。
[0006] 優(yōu)選地，所述加載柱41的錐面的錐度與沖頭3所圍成的錐面的錐度相同。
[0007] 優(yōu)選地，所述沖頭3為直角梯形，長(zhǎng)度與導(dǎo)向筒11的長(zhǎng)度相同，與模具裝配時(shí)，平 行長(zhǎng)邊與內(nèi)模具1的底座12接觸，平行短邊與導(dǎo)向筒11的端面對(duì)齊，斜邊朝向?qū)蛲?1 的內(nèi)部。
[0008] 優(yōu)選地，所述導(dǎo)向筒11的長(zhǎng)度與加載柱41的長(zhǎng)度相同。
[0009] 所述任一裝置可在筒形件的波紋成形中的應(yīng)用，可用于加工鈦合金筒形零件或其 他非鈦合金材料制備的筒形零件。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用所述成形裝置加工鈦合金波紋加強(qiáng)筒形零 件的成型方法。該方法是將圓形焊管5套在內(nèi)模具1的導(dǎo)向筒11外側(cè)，再將外模具2套裝 在圓形焊管5的外側(cè)，并將波紋型腔21與加載通道13對(duì)齊，將沖頭3安裝到加載通道13 內(nèi)，使沖頭3的斜面朝向?qū)Ь€筒11的內(nèi)部，校正沖頭3的位置并對(duì)齊導(dǎo)向筒11的端面，將 模具整體放置于熱成型設(shè)備中，加熱模具至工作溫度，下壓加加載模具4,通過(guò)加載柱41的 錐面擠壓沖頭3實(shí)現(xiàn)對(duì)圓形焊管5的加載，保壓一段時(shí)間后，按照退火曲線泄壓降溫。
[0011] 所述成型方法的步驟如下：
[0012] 1)將鈦合金圓形焊管5套裝在內(nèi)模具1的導(dǎo)向筒11外側(cè)，再將外模具2套在圓形 焊管5的外側(cè)，并將波紋型腔21與加載通道13對(duì)齊；
[0013] 2)將沖頭3安裝到加載通道13內(nèi)，使沖頭3的斜面朝向?qū)Ь€筒11的內(nèi)部，校正沖 頭3的位置并對(duì)齊導(dǎo)向筒11的端面；
[0014] 3)將步驟2裝配好的模具整體放置在熱成型設(shè)備中，并將加載模具4與壓機(jī)上臺(tái) 面連接，加熱各個(gè)模具至工作溫度后下壓加載模具4,通過(guò)加載柱41的錐面擠壓沖頭3實(shí)現(xiàn) 對(duì)圓形焊管5的加載成型，保壓一段時(shí)間后，按照退火曲線泄壓降溫。
[0015] 優(yōu)選地，步驟3)所述工作溫度為650 °C -750 °C。
[0016] 優(yōu)選地，步驟3)所述保壓一段時(shí)間，是保壓20-25min。
[0017] 本發(fā)明獲得有益效果如下：
[0018] 本發(fā)明所提供的方法在成形開(kāi)始前，將鈦合金焊管套在導(dǎo)向筒外端，利用模具材 料線膨脹率略大于鈦合金的特點(diǎn)，既可保證室溫裝配時(shí)焊管與導(dǎo)向筒間的間隙，又可以實(shí) 現(xiàn)成形結(jié)束后的自動(dòng)脫模。將外模具與內(nèi)模具底端導(dǎo)向機(jī)構(gòu)配合，使外模具型腔與導(dǎo)向筒 預(yù)留加載通道對(duì)齊，將沖頭放置在導(dǎo)向筒內(nèi)側(cè)，并置入預(yù)留加載通道，通過(guò)專用校準(zhǔn)模具為 沖頭定位。將模具整體放置在熱成形設(shè)備中，并將加載模具與壓機(jī)上臺(tái)面連接。將其加熱 至工藝溫度，下壓加載模具，通過(guò)加載模具前端錐面與沖頭錐面配合，將下壓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為水 平運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)沖頭對(duì)板材的加載。通過(guò)控制降溫速率，使材料一次熱循環(huán)完成成形與退火兩 個(gè)工藝步驟，消除零件殘余應(yīng)力，最終獲得高尺寸精度、高成形效率的波紋加強(qiáng)筒形零件。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明省略了加載模具的成形裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明成形裝置沿軸向的中心的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3為焊管套裝在導(dǎo)線筒上的狀態(tài)。
[0022] 圖4為外模具套裝在焊管外側(cè)時(shí)的狀態(tài)。
[0023] 圖5為沖頭裝入加載通道后的狀態(tài)。
[0024] 圖6為利用本發(fā)明的成形裝置加工后得到的波紋加強(qiáng)筒形件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖中，1，內(nèi)模具；2,外模具；3,沖頭；4,加載模具；5,圓形焊管；11，導(dǎo)向筒；12,底 座；13,加載通道；21，波紋型腔；41，加載柱。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明不受實(shí)施例的限制。
[0027] 以下實(shí)施例所用材料，方法和儀器，未經(jīng)特殊說(shuō)明，均為本領(lǐng)域常規(guī)材料，方法和 儀器，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均可通過(guò)商業(yè)渠道獲得。
[0028] 在本發(fā)明以下的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)"中心"、"縱向"、"橫向"、"上"、"下"、 "前"、"后"、"左"、"右"、"頂"、"底"、"內(nèi)"、"外"和"豎著"等指示的方位或位置關(guān)系為基于附 圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指 的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明 的限制。
[0029] 在本發(fā)明以下的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)"安裝"、 "相連"、"連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連 接；可以是直接連接，亦可以是通過(guò)中間媒介間接連接，可以是兩個(gè)部件內(nèi)部的連通。對(duì)于 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。
[0030] 此外，在本發(fā)明以下的描述中，除非另有說(shuō)明，"多個(gè)"、"多組"、"多根"的含義是兩 個(gè)或兩個(gè)以上。
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所提供的成形裝置以及利用該裝置進(jìn)行成形的過(guò)程進(jìn)行 詳細(xì)說(shuō)明。
[0032] 圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中省略了加載模具。從 圖1中可以出，該成形裝置包括內(nèi)模具1，外模具2和沖頭3。其中，內(nèi)模具1包括導(dǎo)向筒11 和底座12,導(dǎo)向筒11垂直固定在在底座12上。導(dǎo)向筒11沿其軸向設(shè)有多個(gè)加載通道13， 加載通道13沿徑向貫通導(dǎo)向筒11。沖頭3設(shè)置于加載通道13中。外模具2呈圓柱形，內(nèi) 壁沿軸向設(shè)有凹槽，外模具2的內(nèi)壁橫截面呈波紋狀。在內(nèi)模具1和外模具2之間為波紋 型腔21。
[0033] 圖2為成形裝置沿軸向的中心的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。從圖2中可知，沖頭3的形狀 為直角梯形，其中長(zhǎng)平行邊與底座12接觸，短平行邊與導(dǎo)向筒11的端面對(duì)齊，斜邊朝向?qū)?向筒11的內(nèi)部。加載模具4的一端為圓盤形頂蓋，在頂蓋的中間處置連接有加載柱41，加 載柱41的加載端設(shè)有錐面，用來(lái)與沖頭3的斜面圍成的錐面配合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)沖頭3的加載。
[0034] 圖3為焊管套裝在導(dǎo)線筒上的狀態(tài)。圖4為外模具套裝在焊管外側(cè)時(shí)的狀態(tài)。圖 5為沖頭裝入加載通道后的狀態(tài)。圖6則是加工成型后獲得的波紋加強(qiáng)的筒形零件。從圖 3-5可以看出，成形開(kāi)始時(shí)，先要將圓形焊管5套在內(nèi)模具1的導(dǎo)向筒11的外側(cè)（圖3)，再 將外模具2套在圓形焊管5的外側(cè)（圖4)，同時(shí)對(duì)齊導(dǎo)向筒11的端面。然后，再將沖頭3 安裝到導(dǎo)向筒11的加載通道13中，再經(jīng)過(guò)加熱并下壓加載模具后促使圓形焊管5的波紋 成型（圖5)。
[0035] 下面通過(guò)實(shí)施例分別利用卷焊工藝、SPF工藝以及本發(fā)明的方法制備鈦合金波紋 加強(qiáng)筒形零件，并對(duì)這三種方法制備出