一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及到一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法。包括如下步驟：下料；卷圓；焊接；預(yù)成形；焊堵蓋、通氣管；超塑成形；余量切割。其優(yōu)點(diǎn)是：它能夠解決薄壁異型封閉零件采用常規(guī)熱壓工藝所需模具多、焊縫多、焊接工裝多，焊接變形控制等問題，增強(qiáng)焊接過程穩(wěn)定性。該方法綜合利用各工藝的優(yōu)點(diǎn)，只需一套模具、一道縱焊縫即可獲得大尺寸鈦合金薄壁異型封閉零件，零件重量輕，內(nèi)外型面平滑過渡，表面質(zhì)量高。
【專利說明】一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種精密鈑金加工方法，具體涉及一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法，適用于航空航天用鋁合金非規(guī)則外形構(gòu)件的精密成形。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等突出優(yōu)點(diǎn)，是航空航天領(lǐng)域中的常用結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前，航空航天產(chǎn)品零部件正向輕量化、異型化和整體化方向發(fā)展，大尺寸薄壁異型封閉結(jié)構(gòu)越來越多。針對(duì)鈦合金薄壁異型封閉零件，采用常規(guī)鈑金熱壓成形所需模具多，并且只能分瓣成形，組焊后還需進(jìn)行熱校形保證尺寸精度，零件焊縫較多，加工成本較高，效率較低；采用常規(guī)鑄造成形方法很難避免薄壁零件鑄造困難和重量難控制的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法，它能夠解決鈦合金薄壁異型封閉零件采用常規(guī)熱壓工藝所需模具多、焊縫多、焊接工裝多，加工中易出現(xiàn)回彈、起皺等問題，增強(qiáng)焊接過程穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法，其特征在于:包括如下步驟，
[0005]第一步下料:計(jì)算待加工零件的展開尺寸，采用激光切割下單件平板坯料，去除毛刺；
[0006]第二步卷圓:采用卷圓機(jī)將平板坯料卷圓，得到圓筒坯料；
[0007]第三步焊接:采用氬弧焊焊接圓筒坯料縱縫，得到鈦筒；
[0008]第四步預(yù)成形:采用熱成形機(jī)將鈦筒熱壓成預(yù)制坯，使其與模腔形狀相匹配；
[0009]第五步焊堵蓋、通氣管:配做兩塊堵蓋，用氣鉆將一塊堵蓋鉆通氣孔，再用氬弧焊將兩塊堵蓋分別焊在預(yù)制坯兩端，將通氣管焊在通氣孔位置，獲得封閉預(yù)制坯；
[0010]第六步超塑成形:將封閉預(yù)制坯放入超塑成形模具型腔，接通氣路，保溫到超塑成形溫度后進(jìn)行超塑成形；
[0011]第七步余量切割:采用激光切割或線切割方式去除余量，打磨邊緣，去除毛刺，獲得所需尺寸的鈦合金薄壁異型封閉零件。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明采用坯料卷圓一氬弧焊縱縫一預(yù)成形一超塑成形的方法，綜合利用各工藝的優(yōu)點(diǎn)，只需一套模具、一道縱焊縫即可獲得大尺寸鈦合金薄壁異型封閉零件，零件內(nèi)外型面平滑過渡，表面質(zhì)量高；它克服了鈦合金薄壁異型封閉零件鑄造困難，重量難控制，熱處理易產(chǎn)生變形，后續(xù)異型面加工困難等難題；解決了薄壁異型封閉零件采用常規(guī)熱壓工藝所需模具多、焊縫多、焊接工裝多，焊接變形控制等問題；本發(fā)明包括大尺寸鈦合金薄壁直筒的預(yù)成形，方法簡單，易于操作，預(yù)成形與超塑成形采用同一套模具，節(jié)約成本。該步驟既方便確定通氣孔位置，又減少坯料超塑成形變形量；通過控制預(yù)熱時(shí)間和氣壓加載過程，對(duì)預(yù)成形后的封閉預(yù)制坯進(jìn)行超塑成形，既保證鈦合金異型封閉零件的尺寸精度，又能去除應(yīng)力，消除回彈，提高加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為薄壁異型封閉零件的正視圖；
[0014]圖2為薄壁異型封閉零件的俯視圖；
[0015]圖3為薄壁異型封閉零件的左視圖；
[0016]圖4為鈦筒坯料展開圖；
[0017]圖5為卷圓后的鈦筒件。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹:
[0019]一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法，包括如下步驟:
[0020]第一步下料:計(jì)算待加工零件的展開尺寸，采用激光焊下單件平板坯料，去除毛刺；
[0021]第二步卷圓:采用卷圓機(jī)將平板坯料卷圓，得到圓筒坯料；
[0022]第三步焊接:采用氬弧焊焊接圓筒坯料縱縫，得到鈦筒；
[0023]第四步預(yù)成形:采用熱成形機(jī)將鈦筒熱壓成預(yù)制坯，使其與模腔形狀相近，既方便確定通氣孔位置，又減少坯料超塑成形變形量；
[0024]第五步焊堵蓋、通氣管:配做兩塊堵蓋，用氣鉆將一塊堵蓋鉆通氣孔，再用氬弧焊將兩塊堵蓋分別焊在預(yù)制坯兩端，將通氣管焊在通氣孔位置，獲得封閉預(yù)制坯；
[0025]第六步超塑成形:將封閉預(yù)制坯放入超塑成形模具型腔，接通氣路，保溫到超塑成形溫度后進(jìn)行超塑成形；
[0026]第七步余量切割:采用激光切割或線切割方式去除余量，打磨邊緣，去除毛刺，獲得所需尺寸的鈦合金薄壁異型封閉零件。
[0027]以鈦合金薄壁異型封閉結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣道零件為例，其形狀尺寸如圖2、3所示，材料為2.0mm厚的TA15鈦合金。
[0028]具體下工藝步驟進(jìn)行:
[0029]第一步下料:計(jì)算得到薄壁異型封閉零件的展開尺寸，采用激光切割方法下單件坯料，尺寸為880mmX830mm，如圖4所示，去除毛刺。
[0030]第二步卷圓:采用通用卷圓機(jī)將平板坯料卷成圓筒坯料，允許敞口或重疊，避免焊接裝配間隙，尺寸為Φ 280mmX 830mm，如圖5所示。
[0031]第三步焊縱縫:焊前對(duì)圓筒坯料酸洗，清洗干凈后置于烘干爐中100?150°C下烘干20?30分鐘；采用鋼絲刷及刮刀對(duì)焊接區(qū)打磨，去除毛刺，并用丙酮擦洗干凈，焊前保持焊接區(qū)清潔；將工件裝配在通用卡具上壓緊使縱縫與焊槍行走軌跡重合；啟動(dòng)保護(hù)氣體，根據(jù)裝配情況在縱縫上均勻點(diǎn)固4?6點(diǎn)，氬弧焊接縱縫，保證焊縫成形良好。
[0032]第四步預(yù)成形:將鈦筒坯料放入模具型腔，采用熱成形機(jī)將鈦筒熱壓成鈦合金預(yù)制坯，此時(shí)預(yù)制坯與模具上通氣孔位置相對(duì)固定，預(yù)制坯尺寸離零件最終尺寸尚有較大差距。
[0033]第五步焊堵蓋、通氣管:采用鉆頭尺寸為Φ6mm的氣鉆將一塊Φ 280mm堵蓋的通氣位置鉆孔，焊前對(duì)兩塊堵蓋和Φ6πιπι的通氣管酸洗，清洗干凈后置于烘干爐中100?150°C下烘干20?30分鐘；采用鋼絲刷及刮刀對(duì)焊接區(qū)打磨，去除毛刺，并用丙酮擦洗干凈，焊前保持焊接區(qū)清潔；將堵蓋與預(yù)制坯兩端對(duì)齊，采用氬弧焊焊接堵蓋，將通氣管焊在堵蓋通氣孔位置，焊成帶有通氣管的封閉預(yù)制坯。
[0034]第六步超塑成形:在焊好的封閉預(yù)制坯表面均勻涂潤滑涂料T1-1#，晾干；將超塑成形模具加熱到920?930°C;將封閉預(yù)制坯放入下模腔，通氣管放入模具通氣孔，合模；接通氣路，保溫IOmin后進(jìn)行超塑成形，在氣壓作用下，零件逐漸貼膜。
[0035]第七步余量切割:根據(jù)圖1、2、3中零件最終尺寸對(duì)超塑成形零件劃線，采用激光切割或線切割方式去除余量，打磨邊緣，去除毛刺，獲得圖2、3所示尺寸要求的最終零件。
【權(quán)利要求】
1.一種鈦合金薄壁異型封閉零件的整體超塑成形方法，其特征在于:包括如下步驟， 第一步下料:計(jì)算待加工零件的展開尺寸，采用激光切割下單件平板坯料，去除毛刺； 第二步卷圓:采用卷圓機(jī)將平板坯料卷圓，得到圓筒坯料； 第三步焊接:采用氬弧焊焊接圓筒坯料縱縫，得到鈦筒； 第四步預(yù)成形:采用熱成形機(jī)將鈦筒熱壓成預(yù)制坯，使其與模腔形狀相匹配； 第五步焊堵蓋、通氣管:配做兩塊堵蓋，用氣鉆將一塊堵蓋鉆通氣孔，再用氬弧焊將兩塊堵蓋分別焊在預(yù)制坯兩端，將通氣管焊在通氣孔位置，獲得封閉預(yù)制坯； 第六步超塑成形:將封閉預(yù)制坯放入超塑成形模具型腔，接通氣路，保溫到超塑成形溫度后進(jìn)行超塑成形； 第七步余量切割:采用激光切割或線切割方式去除余量，打磨邊緣，去除毛刺，獲得所需尺寸的鈦合金薄壁異型封閉零件。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK103769820SQ201410051922
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】孫燚, 方聲遠(yuǎn), 姚為, 郭文龍, 王猛團(tuán) 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造有限公司