一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法
【专利摘要】本发明属于精密钣金加工领域，涉及到一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法。包括如下步骤：下料；卷圆；焊接；预成形；焊堵盖、通气管；超塑成形；余量切割。其优点是：它能够解决薄壁异型封闭零件采用常规热压工艺所需模具多、焊缝多、焊接工装多，焊接变形控制等问题，增强焊接过程稳定性。该方法综合利用各工艺的优点，只需一套模具、一道纵焊缝即可获得大尺寸钛合金薄壁异型封闭零件，零件重量轻，内外型面平滑过渡，表面质量高。
【专利说明】一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法
【技术领域】
[0001]本发明属于一种精密钣金加工方法，具体涉及一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法，适用于航空航天用铝合金非规则外形构件的精密成形。
【背景技术】
[0002]钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀等突出优点，是航空航天领域中的常用结构材料。当前，航空航天产品零部件正向轻量化、异型化和整体化方向发展，大尺寸薄壁异型封闭结构越来越多。针对钛合金薄壁异型封闭零件，采用常规钣金热压成形所需模具多，并且只能分瓣成形，组焊后还需进行热校形保证尺寸精度，零件焊缝较多，加工成本较高，效率较低；采用常规铸造成形方法很难避免薄壁零件铸造困难和重量难控制的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法，它能够解决钛合金薄壁异型封闭零件采用常规热压工艺所需模具多、焊缝多、焊接工装多，加工中易出现回弹、起皱等问题，增强焊接过程稳定性。
[0004]本发明是这样实现的，一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法，其特征在于:包括如下步骤，
[0005]第一步下料:计算待加工零件的展开尺寸，采用激光切割下单件平板坯料，去除毛刺；
[0006]第二步卷圆:采用卷圆机将平板坯料卷圆，得到圆筒坯料；
[0007]第三步焊接:采用氩弧焊焊接圆筒坯料纵缝，得到钛筒；
[0008]第四步预成形:采用热成形机将钛筒热压成预制坯，使其与模腔形状相匹配；
[0009]第五步焊堵盖、通气管:配做两块堵盖，用气钻将一块堵盖钻通气孔，再用氩弧焊将两块堵盖分别焊在预制坯两端，将通气管焊在通气孔位置，获得封闭预制坯；
[0010]第六步超塑成形:将封闭预制坯放入超塑成形模具型腔，接通气路，保温到超塑成形温度后进行超塑成形；
[0011]第七步余量切割:采用激光切割或线切割方式去除余量，打磨边缘，去除毛刺，获得所需尺寸的钛合金薄壁异型封闭零件。
[0012]本发明的优点是，本发明采用坯料卷圆一氩弧焊纵缝一预成形一超塑成形的方法，综合利用各工艺的优点，只需一套模具、一道纵焊缝即可获得大尺寸钛合金薄壁异型封闭零件，零件内外型面平滑过渡，表面质量高；它克服了钛合金薄壁异型封闭零件铸造困难，重量难控制，热处理易产生变形，后续异型面加工困难等难题；解决了薄壁异型封闭零件采用常规热压工艺所需模具多、焊缝多、焊接工装多，焊接变形控制等问题；本发明包括大尺寸钛合金薄壁直筒的预成形，方法简单，易于操作，预成形与超塑成形采用同一套模具，节约成本。该步骤既方便确定通气孔位置，又减少坯料超塑成形变形量；通过控制预热时间和气压加载过程，对预成形后的封闭预制坯进行超塑成形，既保证钛合金异型封闭零件的尺寸精度，又能去除应力，消除回弹，提高加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为薄壁异型封闭零件的正视图；
[0014]图2为薄壁异型封闭零件的俯视图；
[0015]图3为薄壁异型封闭零件的左视图；
[0016]图4为钛筒坯料展开图；
[0017]图5为卷圆后的钛筒件。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进行详细介绍:
[0019]一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法，包括如下步骤:
[0020]第一步下料:计算待加工零件的展开尺寸，采用激光焊下单件平板坯料，去除毛刺；
[0021]第二步卷圆:采用卷圆机将平板坯料卷圆，得到圆筒坯料；
[0022]第三步焊接:采用氩弧焊焊接圆筒坯料纵缝，得到钛筒；
[0023]第四步预成形:采用热成形机将钛筒热压成预制坯，使其与模腔形状相近，既方便确定通气孔位置，又减少坯料超塑成形变形量；
[0024]第五步焊堵盖、通气管:配做两块堵盖，用气钻将一块堵盖钻通气孔，再用氩弧焊将两块堵盖分别焊在预制坯两端，将通气管焊在通气孔位置，获得封闭预制坯；
[0025]第六步超塑成形:将封闭预制坯放入超塑成形模具型腔，接通气路，保温到超塑成形温度后进行超塑成形；
[0026]第七步余量切割:采用激光切割或线切割方式去除余量，打磨边缘，去除毛刺，获得所需尺寸的钛合金薄壁异型封闭零件。
[0027]以钛合金薄壁异型封闭结构的进气道零件为例，其形状尺寸如图2、3所示，材料为2.0mm厚的TA15钛合金。
[0028]具体下工艺步骤进行:
[0029]第一步下料:计算得到薄壁异型封闭零件的展开尺寸，采用激光切割方法下单件坯料，尺寸为880mmX830mm，如图4所示，去除毛刺。
[0030]第二步卷圆:采用通用卷圆机将平板坯料卷成圆筒坯料，允许敞口或重叠，避免焊接装配间隙，尺寸为Φ 280mmX 830mm，如图5所示。
[0031]第三步焊纵缝:焊前对圆筒坯料酸洗，清洗干净后置于烘干炉中100?150°C下烘干20?30分钟；采用钢丝刷及刮刀对焊接区打磨，去除毛刺，并用丙酮擦洗干净，焊前保持焊接区清洁；将工件装配在通用卡具上压紧使纵缝与焊枪行走轨迹重合；启动保护气体，根据装配情况在纵缝上均匀点固4?6点，氩弧焊接纵缝，保证焊缝成形良好。
[0032]第四步预成形:将钛筒坯料放入模具型腔，采用热成形机将钛筒热压成钛合金预制坯，此时预制坯与模具上通气孔位置相对固定，预制坯尺寸离零件最终尺寸尚有较大差距。
[0033]第五步焊堵盖、通气管:采用钻头尺寸为Φ6mm的气钻将一块Φ 280mm堵盖的通气位置钻孔，焊前对两块堵盖和Φ6πιπι的通气管酸洗，清洗干净后置于烘干炉中100?150°C下烘干20?30分钟；采用钢丝刷及刮刀对焊接区打磨，去除毛刺，并用丙酮擦洗干净，焊前保持焊接区清洁；将堵盖与预制坯两端对齐，采用氩弧焊焊接堵盖，将通气管焊在堵盖通气孔位置，焊成带有通气管的封闭预制坯。
[0034]第六步超塑成形:在焊好的封闭预制坯表面均匀涂润滑涂料T1-1#，晾干；将超塑成形模具加热到920?930°C;将封闭预制坯放入下模腔，通气管放入模具通气孔，合模；接通气路，保温IOmin后进行超塑成形，在气压作用下，零件逐渐贴膜。
[0035]第七步余量切割:根据图1、2、3中零件最终尺寸对超塑成形零件划线，采用激光切割或线切割方式去除余量，打磨边缘，去除毛刺，获得图2、3所示尺寸要求的最终零件。
【权利要求】
1.一种钛合金薄壁异型封闭零件的整体超塑成形方法，其特征在于:包括如下步骤， 第一步下料:计算待加工零件的展开尺寸，采用激光切割下单件平板坯料，去除毛刺； 第二步卷圆:采用卷圆机将平板坯料卷圆，得到圆筒坯料； 第三步焊接:采用氩弧焊焊接圆筒坯料纵缝，得到钛筒； 第四步预成形:采用热成形机将钛筒热压成预制坯，使其与模腔形状相匹配； 第五步焊堵盖、通气管:配做两块堵盖，用气钻将一块堵盖钻通气孔，再用氩弧焊将两块堵盖分别焊在预制坯两端，将通气管焊在通气孔位置，获得封闭预制坯； 第六步超塑成形:将封闭预制坯放入超塑成形模具型腔，接通气路，保温到超塑成形温度后进行超塑成形； 第七步余量切割:采用激光切割或线切割方式去除余量，打磨边缘，去除毛刺，获得所需尺寸的钛合金薄壁异型封闭零件。
【文档编号】B23P15/00GK103769820SQ201410051922
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】孙燚, 方声远, 姚为, 郭文龙, 王猛团 申请人:北京航星机器制造有限公司