大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具及其成形方法
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及一种大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具及其成形方法，属于金属板料塑性成形领域。
【背景技术】
[0002]在我国航空钣金制造中，钛合金板材的多种制造工艺被推广应用。钛合金由于密度小、比强度和比断裂韧性高、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好、低温韧性良好、抗腐蚀性能强等优异的综合性能，获得航空、航天、造船等工业部门广泛使用。由于常规的冷加工方法难以实现钛合金钣金件的成形，所以多采用等温热成形法与超塑成形方法。等温热成形是指将金属材料加热至再结晶温度以下，利用金属材料在高温下塑性提高、变形抗力降低的特点制造零件的一种压力加工技术。超塑成形技术是金属材料在特定的内在条件下(材料成分、组织及相变能力等)和外在条件(温度、加热方式、压力及应变速率等)下，呈现无颈缩和异常高的延伸率的特性，变形量超过100%的变形都成为超塑性变形，利用材料超塑性来成形零件的方法称之为超塑成形，是一种先进的尽无余量整体制造技术，具有大延伸、无缩颈、小应力、易成形的特点，它改善了材料的成形性，减小了成形压力，提高了产品质量，为设计提供了更多自由度。
[0003]大曲率TC4钛合金蒙皮零件是两块飞机吊舱蒙皮，如图1所示的两个分体的零件，采用厚度为S 1.8mm的单层板直接超塑成形，由于曲率太大，先贴膜处板料由于摩擦作用难于流动，减薄基本停止，最后成形部位的材料难以补充，只能依靠厚度的减薄来达到材料流动填充的目的，最后贴膜部位出料材料减薄过量，图1中3至6点位减薄点，超出公差要求，其中减薄点3和减薄点4位置表现最为严重，不符合设计要求。
【发明内容】
[0004]本发明创造要解决的技术问题是提供一种大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具及其成形方法，该大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具为初步等温成形步骤的提供了有效的模具，保证了大曲率钛合金蒙皮零件的最终成形；同时成形方法中采用了先等温成形，再采用超塑成形的工艺步骤，使成形后的盆形零件的壁厚均匀，满足技术要求。
[0005]为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下:一种大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具，用于蒙皮零件的等温热成型，在凸模和凹模之间设有压边圈，压边圈的下表面与凸模型面配合，上表面与凹模下表面型面配合；压边圈的底面通过顶杆与凸模上表面连接，且压边圈侧面设有限位槽，与凸模上的导向结构的外缘滑动连接；压边圈的上表面与凹模的下表面贴合，在凹模的侧端设有导向板，导向板与导向结构的内缘槽滑动连接；在压边圈的上表面设有圆柱销，圆柱销位于凹模上的限位孔内。
[0006]所述的凸模、凹模和压边圈的侧端分别设有吊装棒；在凸模的前后端设有平行的压板槽；在压边圈的边缘设有加工基准孔；在凹模的顶面设有减重槽，若干个减重槽之间形成加强筋；在凹模的前后端分别设置热电偶测温孔。
[0007]—种大曲率钛合金蒙皮零件的成形工艺，包括以下步骤:
1)在数模程序中，通过工艺补充面的程序将两个零件合成一个“盆”形零件，然后根据热成形模具型面设计一张初始加工的板料数模；
2)按照板料数模下料为实际待加工板料，打磨边缘，表面粗糙度为Ra6.3，且在待加工板料的两端设置卡槽；
3)等温热成形工艺，采用大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具，且模具内形为接近盆形零件的近似椭圆形状；
3.1)清理待加工板料，并在板料表面涂覆润滑剂石墨；
3.2)启动预热升温程序，升温速率为60?70 °C /h,当等温成形模具温度稳定在650 °C，把板料两端的卡槽与等温成形模具的压边圈连接，并预热4?5min到成形温度，压边圈(9)通过顶杆举升与凹模合模并加压100KN，形成盆形零件的法兰部位；
3.3)压边圈与凹模共同下降，与凸模合模加压400KN，保压时间为8?lOmin，近似盆形的椭圆形状成形后，启模取件，放在石棉垫上自然冷却；
4)超塑成形工艺，采用与技术要求形状一致的超塑成形模具；
4.1)清理板料表面至干净无油污，将板料两面与模具工具面涂止焊剂；
4.2)加热超塑成形模具至300°C，压力机对上下模加压，开始抽真空达到真空度2X 10 3Pa?5X 10 3Pa和通过外部气压加载控制系统充入高纯氩气保护板料；
4.3)继续加热至成形温度920°C，充氩气，加载压力1.8MPa，时间2小时，进行超塑成形；
4.4)气压加载结束后，即完成超塑成形过程，把气压逐渐降低到0，停止加热，待模具温度降低到200°C以下，开炉取件；
5)将冷却后的超塑成形盒形零件采用数控加工方法切割板料边缘，形成技术要求的两个分体盆形零件。
[0008]该大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具采用压边圈结构，将盒形零件法兰部位压制成形，并通过导向结构的外缘和内槽对凹模和压边圈的上下移动起到导向作用，保证了合模精度。
[0009]大曲率钛合金蒙皮零件的成形工艺采用先等温热成形工艺，将板料预成形为椭圆的盆形零件，再采用超塑成形进行最终成形，从而提高了产品的质量。同时采用将两个零件合二为一的加工方法，不仅节省了工艺步骤，而且提高了整体的产品加工质量。
【附图说明】
[0010]图1为两个盆形零件减薄点结构示意图。
[0011]图2为工艺补充后的盆形零件示意图。
[0012]图3为等温成形模具结构图。
[0013]图4为初始板料形状示意图。
[0014]图5为超塑成形模具结构图。
[0015]图6为超塑成形模具下模俯视图。
【具体实施方式】
[0016]如图3所示，一种大曲率钛合金蒙皮零件的等温成形模具，用于蒙皮零件的等温热成型，在凸模7和凹模8之间设有压边圈9，压边圈9的下表面与凸模7型面配合，上表面与凹模8下表面型面配合；压边圈9的底面通过顶杆4与凸模7上表面连接，且压边圈9侧面设有限位槽，与凸模7上的导向结构15的外缘滑动连接；压边圈9的上表面与凹模8的下表面贴合，在凹模8的侧端设有导向板10，导向板10与导向结构15的内缘槽滑动连接；在压边圈9的上表面设有圆柱销11，圆柱销11位于凹模8上的限位孔内。为减少机械加工面积在压边圈9和凸模7相对应位置，在凸模7的上表面设有平面接触凸台20。
[0017]所述的凸模7、凹模8和压边