钛合金零件的复合热成形模具及使用该模具的热成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛合金工件热成形领域，特别涉及一种钛合金零件的复合热成形模具 及使用该模具的热成形方法。
【背景技术】
[0002] "钛合金"，在制造行业的钣金成形中，尤其是钣金热成形中。几乎所有人都谈钛色 变。钛合金不但是材料本身的物理和化学性能决定了其在传统模式上的冲压效果难以达到 (如抗拉强度高，伸长率小，常温下具有脆性等等不再在此赘述），更因为其价格昂贵，使用 范围有限（多数只应用于航空航天及医疗器械行业其余行业极少接触此类材料）等等因素 使之在行内可引以借鉴或者参考的资料和经验极度匮乏，常规成形手段能够收集到的信息 也大多数只是停留在理论阶段而缺乏实际操作性，使该材料的成形技术发展极慢。纵观国 内钣金制造业，在制造过程中普遍抱怨最多的就是"周期长"和"成本高"，周期长主因为材 料的成形性能差及零件成形的复杂曲面而限制了模具材料、模具制造周期、成形工艺手段 的各方面指标发挥，使零件的生产效率难以提升。成本高主因为成形钛合金零件的模具材 料较普通常规材料单价高且成形钛合金零件所需的热成形设备的升温费高，同时因前两项 主因，导致整体生产时间冗长，造成严重的产能消耗。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种减小模具费用、 热成形设备升温费用及人工成本的钛合金零件的复合热成形模具。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
[0005] 一种钛合金零件的复合热成形模具，其包括：
[0006] 第一模具，其包括能够相对靠拢/分开的凸模、凹模，所述凸模、凹模间设置有能 够与凹模内部配合的、包含若干通孔的第一活动板，所述第一活动板通过顶升装置安装于 凸模顶部，所述凸模上表面设置有若干能够穿过所述通孔、并且等高的翻孔柱，所述凹模内 设置有与所述翻孔柱顶部配合的凹槽，所述凹模与第一活动板一侧面的配合处设置有使工 件翻第一边的第一间隙；
[0007] 第二模具，其包括能够相对靠拢/分开的下模、上模，所述下模、上模间设置有能 够与上模内部配合的、包含若干定位台阶的第二活动板，所述定位台阶与所述翻孔柱横截 面尺寸相同，上模内设置有与所述定位台阶配合的凹槽，所述第二活动板通过顶升装置安 装于下模顶部设置的翻边槽内，并能够在所述顶升装置的作用下伸出/缩回所述翻边槽， 所述上模上与第二活动板间的非扣合侧的侧面与所述第二活动板之间平滑过渡，所述翻边 槽与第二活动板之间设置有使工件翻第二边的第二间隙，所述上模与第二活动板扣合处设 置第三间隙，所述第三间隙大于第一间隙（所述第二活动板与上模扣合处的翻边位置与定 位台阶中心的距离小于所述第一活动板翻边位置与翻孔柱中心的距离）。
[0008] 本申请模具所加工的零件如图1、2,其材料为钛合金，该零件的左右件是一个典型 的以翻边、翻孔为主的成形件，其中分别有两处反向的翻边且一处翻边上有下陷及分别有 八处和六处同向翻孔，制造中存在以下技术难点：1)有两处反向翻边，一处翻边为曲边且 带有下陷，成形不易控制；2)分别有多处孔内径不同的翻孔，难以精确定位，容易开裂；
[0009] 按照最常规分模成形方法，分别进行两次翻边和一次翻孔，左右件分别会用到三 套模具、三次热成形设备升温进行成形，且根据零件材料需加热后成形的特点，需将模具放 入热成形炉中随炉升温到550-600°C，模具也需选用耐高温的材料，凹模、凸模选用中硅钼 球墨铸铁，此种模具材料费高、加工难度大，按此种工艺方案，成形左右件共需6套热成形 模、6次升温、6次人工操作成本，且6套模具的加工周期很长，极大的增加了模具费用、热 成形设备升温费用及人工成本；
[0010] 按照常规和模成形方法，左右件合模成形，也是分别进行两次翻边和一次翻孔，共 用到三套模具、三次热成形设备升温进行成形，模具也选用耐高温的材料，凹模、凸模选用 中硅钼球墨铸铁，此种模具材料费高、加工难度大。按此种工艺方案，成形左右件共需3套 热成形模、3次升温、3次人工操作成本。极大的增加了模具费用、热成形设备升温费用及人 工成本。
[0011] 与现有技术相比，本申请模具仅为两套（左右件采用合模能成形出状态稳定且合 格的零件），加工时分别加工左、右件，第一模具能够翻孔以及加工出工件上的短的翻边，第 二模具能够翻出长边并成形出短翻边的下陷，且对于左右件其中一件的加工过程只需1次 升温，1次人工操作，对于左右件，总共2次升温，2次人工操作，减小了模具费用、热成形设 备升温费用及人工成本。
[0012] 作为本发明的优选方案，所述第一活动板上设置有定位销，所述第一模具内的凹 模内部设置有能够与定位销配合的销孔，在热成形开始放置工件时起定位作用。
[0013] 作为本发明的优选方案，所述上模上与第二活动板非扣合侧的侧面与其相邻的所 述第二活动板侧面位于同一竖直平面，所述翻边槽内壁位于竖直平面，上模下压过程中和 第二活动板配合，继续下压，工件支出活动板长边被翻边槽翻起，完成翻边。
[0014] 作为本发明的优选方案，所述第二活动板与上模扣合处的翻边位置的面为曲面， 所述上模内与该处匹配的内壁也为相同的曲面，两个曲面的间隙宽度为工件所需厚度，该 结构能够翻出短边上的曲面。
[0015] 作为本发明的优选方案，模具材料为中硅钼球墨铸铁，在100°到700°之间线 膨胀系数在10. 9-14. 4之间，500° -700°间线膨胀系数均在14. 1-14. 4,对于钛合金 550-600°C的成形环境，非常适合控制模具上用于成形的间隙宽度。
[0016] 本申请还公开了一种使用上述模具热成形钛合金工件的方法，其步骤为：
[0017] A、将第一模具放入热成形炉中随炉升温到550_600°C;
[0018] B、控制所述顶升装置使第一活动板顶面高于所述翻孔柱顶部，将板料放置于所述 第一活动板上的预设位置；
[0019] C、配合顶升装置，下压凹模，使凹模与第一活动板配合翻出工件短边；
[0020] D、配合顶升装置，继续下压凹模，使翻孔柱顶出活动板，完成翻孔；
[0021] E、将第二模具放入热成形炉中随炉升温到550-600°C;
[0022] F、控制所述顶升装置使第二活动板伸出翻边槽，顶面高于所述翻边槽顶部，将步 骤D完成的半成品板料放置在第二活动板上，通过所述定位台阶定位；
[0023] G、配合顶升装置，下压上模，使上模与第二活动板配合翻出工件短边上的曲面结 构；
[0024] H、配合顶升装置，继续