一种钛合金油箱壳体成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密钣金加工领域，涉及一种钛合金油箱壳体成形方法，主要运用于 直筒形钛合金油箱壳体的精密成形。
【背景技术】
[0002] 钛及钛合金是一种优良的工程结构材料，随着其用量的逐年扩大，在各种工程结 构和设备的加工制造中的应用越来越多。由于钛合金强度高，塑性相对较差，加工变形抗力 大，变形范围窄，外加钛合金弹性模量小，回弹大等固有特性，使其成形加工比较困难，若方 法不当或工艺不合理，往往造成工件无法满足技术要求，甚至造成报废。因此，对于大多数 合金强度高、板材厚度大、形状复杂或变形量大的工件成形，多采用热成形的工艺。但热成 形工艺耗费的电能、模具费用、人工成本和生产效率等都大大高于冷成形工艺。
[0003]目前常温的冷滚弯成形工艺，一般适用钢、铝材质零件，在钛合金材质中运用较 少，由于针对塑性较低的近α相、α - β相钛合金（如TA15、TC4等）存在弹性高、刚性低、 导热差、硬度高等特点，在冷滚的过程中易出现冷滚裂纹和冷滚半径不精确等问题。随着在 航空航天领域火箭和导弹飞行速度的不断提高，钛合金油箱壳体的运用不断扩大，然而目 前钛合金油箱壳体的成形工艺较为复杂，采用热成形工艺/机加/纵缝焊接/热校形的复 合成形工艺，制造成本高，周转周期长。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 本发明的目的是提供一种钛合金油箱壳体成形方法，替代现有钛合金油箱壳体热 成形工艺/机加/纵缝焊接/热校形的复合成形工艺，实现工艺合理、操作简单、定位和切 割精度尚，以提尚生广效率并降低生广制造成本。
[0006] (二）技术方案
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种钛合金油箱壳体成形方法，其包括以下 步骤：
[0008] 步骤一：按钛合金油箱壳体中性层理论直径尺寸计算零件展开料形状，并沿乳制 坯料的纤维方向下料，得到平板板料；
[0009] 步骤二：根据冷滚机的结构参数确定油箱壳体冷滚弯直径；
[0010] 步骤三：利用冷滚机按照油箱壳体冷滚弯直径对平板板料进行滚弯成形；
[0011] 步骤四：对滚弯成形的板料进行对接焊接；
[0012] 步骤五：对焊接形成的圆筒件进行热校形和稳定化处理。
[0013] 其中，所述步骤二中，所述冷滚机包括第一下滚轮、第二下滚轮和上滚轮，上滚轮 是主动轮，外径为R2 ;第一下滚轮和第二下滚轮是从动轮，外径相等，外径均为Rl ;两个从 动轮之间的中心距离为2a ;油箱壳体冷滚弯的内径为R，R大于R2 ;平板板料的厚度为h， 以上滚轮与平板板料开始接触点作为零点，下压位移为S ;回弹补偿的下压距离为1.0 h~ 2. Oh，则上滚轮下压位移S与弯曲半径R的关系式为：
[0014] S = R + /! +Rl-^/(R + h + Rlf-cr + (i.()~2.0)/?。
[0015] 其中，所述步骤三中，在滚弯成形过程中，将所述平板板料的纤维方向作为送料方 向，板料的前端与第一下滚轮的最高点接触后停止，调节上滚轮与板料接触，上滚轮的下压 距离按照S值调节到位，接触后施加压力，施加压力大小为20KN~40KN。
[0016] 其中，所述步骤三中，冷滚机对板料滚弯成形过程中，上滚轮通过与第一下滚轮 和第二下滚轮对钛合金板料的接触摩擦力进行滚弯成形，其中主动轮的滚弯速度为10~ I5mm/S0
[0017] 其中，所述步骤三中，冷滚机对板料滚弯成形过程中，在板料末端靠近第二下滚 轮时，调节主动轮反向旋转滚弯，来回进行四次滚弯进行校形，速度降至5~8mm/s。
[0018] 其中，所述步骤四中，首先对滚弯后零件两端用工装进行夹紧压平定位，然后对夹 紧压平后的冷滚零件在对接处进行对接脉冲TIG焊对接焊。
[0019] 其中，所述步骤五中，将焊接成形的圆筒件套进筒形热校形模具上，以给定模具外 径为基准，常温下装炉，加热至800±5°C保温120min，随炉冷却至150°C以下出炉。
[0020] (三）有益效果
[0021] 上述技术方案所提供的钛合金油箱壳体成形方法，通过新颖、合理的展开料计算、 主动轮下压位移补偿计算、电子束对接焊和热校形稳定化处理的复合工艺，实现了普通的 冷滚机即可实现一种钛合金油箱壳体冷滚弯精确成形，替代了现有的钛合金分半热成形工 艺，大大节省了热成形工艺所需要的工艺余量和机加工序；整个油箱壳体的精密成形流程 大大提高了生产效率和降低了生产制造成本。
【附图说明】
[0022] 图1为钛合金油箱壳体冷滚弯示意图；
[0023] 图2为钛合金油箱壳体焊缝示意图；
[0024] 图3为钛合金油箱壳体热校形模具示意图；
[0025] 图4为钛合金油箱壳体热校形示意图。
[0026] 图中，1-第一下滚轮；2-第二下滚轮；3-平板板料；4-上滚轮；5-第一直线段； 对接处；7-第二直线段；8-圆筒件；9-热校形模具。
【具体实施方式】
[0027] 为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具 体实施方式作进一步详细描述。
[0028] 参照图1至图4所示，本实施例钛合金油箱壳体成形方法，特别适用于直筒形钛合 金油箱壳体的精密成形，其包括以下步骤：
[0029] 步骤一：计算下料
[0030] 按钛合金油箱壳体中性层理论直径尺寸计算零件展开料形状，并沿乳制坯料的纤 维方向下料，得到平板板料3。
[0031] 步骤二：确定油箱壳体冷滚弯直径
[0032] 通过第一下滚轮I、第二下滚轮2和上滚轮4的相对位置确定油箱壳体的冷滚弯 直径。其中上滚轮4是主动轮，外径为R2 ;第一下滚轮1和第二下滚轮2是从动轮，外径相 等，外径均为Rl ;两个从动轮之间的中心距离为2a;若油箱壳体冷滚弯的内径为R，R值的 大小必须大于上滚轮4的外径值R2 ;平板板料3的厚度为h，以上滚轮4与平板板料3开始 接触点作为零点，下压位移为S ;因钛合金容易回弹，则下压距离需要考虑回弹补偿量，回 弹补偿的下压距离为I. 〇~2. 0h，则上滚轮4下压位移S与弯曲半径R的关系式为：
[0034] 步骤三：对平板板料进行滚弯成形
[0035] 首先，根据就坯料形状调节冷滚机上的送料定位导轨，保证板料的纤维方向作为 送料方向，板料的前端刚好与第一下滚轮1的最高点接触后停止，调节上滚轮4与板料接 触，上滚轮的下压距离按照步骤二计算好的下压位移进行调节到位，接触后需要进行施加 压力，施加压力大小为20KN~40KN。
[0036] 然后，启动设备，上滚轮4通过与第一下滚轮1和第二下滚轮2对钛合金板料的接 触摩擦力进行滚弯成形，其中主动轮4的滚弯速度在10~15mm/s。
[0037] 在滚弯成形过程中，为了减少回弹，在板料末端靠近第二下滚轮2的时侯，调节主 动轮4反向旋转滚弯，来回进行四次滚弯进行校形，速度降至5~8mm/s。
[0038] 滚弯完成后，将滚弯件进行焊前酸洗处理，以提高后续焊接的强度。
[0039] 步骤四：焊接
[0040] 如图2所示，由于第一下滚轮1和第二下滚轮2之间存在一定的中间距2a，则滚弯 后的零件两端必然存在大于a值的第一直线段5和第二直线段7,因此在进行焊接之前必须 用工装对两直线段进行夹紧压平定位。
[0041 ] 对夹紧压平后的冷滚零件在对接处6进行对接脉冲TIG焊对接焊。
[0042] 其中由于钛合金的活泼性很强，加之焊缝较长，必须对焊缝正面和背面进行全面 保护。对于喷嘴，选择了较大直径的喷嘴，加强熔池区的保护。正面采用氩气拖罩对熔池、焊 缝及近缝区进行有效保护，背面采用带吹气的焊漏槽对背面焊缝及附近高温区进行保护。
[0043] 为达到良好的保护效果，各路氩气的流量和流速要选择适当，既要有效保护高温 区，又不至于过大而产生紊流。对接脉冲TIG焊采取脉冲焊焊接，在钨极直径Φ2. 4,占空比 50%-定的前提下，主要对焊接电流、焊接速度以及送丝速度等参数间进行合理匹配，获得 了 Imm~3mm厚钛合金平板对接脉冲TIG焊的工艺规范和参数，如表1所示。
[0044] 表1对接自动TIG焊参数 L0046」 步骤ii :杈止
[0047] 由于焊接后的圆筒件8存在变形，并且冷滚零件对焊处存在第一直线段5和第 二直线段7,因此需对圆筒件8进行热校形和稳定化处理，将圆筒件套进筒形热校形模具 9上，参照图3和图4所示，热校形工艺参数：以给定模具外径为基准，常温下装炉，加热至 800