壳体18，其中，在进行脱模前需要对原始板坯的周边加工出耳片17，如图7所示的超塑胀形模具在脱模时的连接示意图，该耳片17的位置与上模具上挂耳9的位置一一对应，将挂环5挂在位置相对应的挂耳和耳片上，在高温进行脱模时，抬起上模具1，挂环5可以带动已经成型的半球壳体，从而产生脱模力，实现快速脱模。
[0032]本实用新型脱模得到的半球壳体18的各处环向壁厚相等而轴向壁厚不等，其中，实现壁厚控制的原理如下:在开始阶段上模具下压时，板坯一般不会减薄或减薄很小，此时板坯基本保持原始厚度；向上模具胀形时板坯开始出现拉伸减薄，先与模具形面接触的部位由于摩擦力的作用减薄程度小，后与模具形面接触的部位减薄程度大，因此应使期望较厚的材料部位先与模具接触，期望减薄的部位后与模具接触，根据产品各处薄厚的程度不同、位置不同来设计上模具形面15的凹面，其中凹面对应产品较薄的位置，其中凹面区域宽度稍大于产品较薄处对应的弦长，凹面区域的深度和宽度比rad1 = 1-(期望厚度/原材料厚度)，并可以采用有限元仿真软件，例如MARC，ANSYS等对上模具形面15的曲线进行优化设计。
[0033]下模具形面16主要用来控制半球外形精度，对壁厚影响较小。上模具形面15的总面积为下模具形面总面积的70%?90%，这样向下成形过程中板坯不会出现过度拉伸，避免破坏已经控制好的产品壁厚，并且不会出现起皱。
[0034]实施例:
[0035]该实施例中采用本实用新型的超塑胀形模具对符合GJB2505A-2008的TC4钛合金板材进行脱模得到直径为100mm的半球壳体，该半球壳体各处环向壁厚相等且轴向壁厚不等，其中该半球壳体的开口处壁厚要求9mm，球顶处壁厚要求9mm，半球中部壁厚要求4mm，各处壁厚均勾过渡。
[0036]本实施例中，本实用新型的超塑胀形模具包括上模具、下模具、上管路、下管路和8个挂环，其中，上管路焊接在上模具气路通道上，可以在贴膜后通过该上管路向模具腔体内打入氩气，使板坯向下模具方向成形吹入压缩空气，并在壳体成形后，通过该上管路向模具腔体内打入压缩气体，用于冷却已经成形的半球壳体使其收缩，降低下模具对壳体的约束力；下管路焊接在下模具气路通道上，可以在高温超塑成形时通过该下管路向模具腔体内打入氩气，使板坯向上模具方向成形。
[0037]在本实施例中，放入模具的板坯加工有8个耳片，与上模具上的8个挂耳位置一一对应，在高温脱模时，将8个挂环分别挂住对应的耳片和挂耳。
[0038]本实施例中的上模具型面按照半球壳体的壁厚设计要求进行设计，在上模具的形面15上，对应于半球壁中部壁厚较薄处设置为凹面，半球壳体的壁厚分布与上模具型面曲线间的对应关系如图8所示，其中半球中部位置设置凹面，该凹面的曲率半径均为100mm。
[0039]本实施例中，在上模具I的外壁上开设了一个测温孔，并在下模具的外壁上由上到下共设置了 3条测温孔，用于在脱模过程中对模具的温度进行实时监测。
[0040]本实用新型说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
【主权项】
1.一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，包括上模具(1)、下模具(2)、上管路(3)和下管路(4)，其中，上模具(I)的上表面和下表面之间开设有贯通的上模具气路通道(13)，下模具(2)的下表面和上表面之间开设有贯通的下模具气路通道(14)，上管路(3)和下管路(4)分别焊接在气路通道(13)、气路通道(14)上，下模具(2)为凹模，所述下模具凹模具有半球面的下模具形面(16)，其特征在于:上模具(I)为凸模，且所述上模具凸模具有半球面或圆台面的上模具形面(15)，所述上模具形面(15)上设置有凹面，其中，所述凹面位置与半球壳体产品的壁厚分布的对应关系如下: 其中，半球壳体产品的环向壁厚相等，轴向壁厚不相等且均匀过渡，其中，沿着指向半球壳体底部的中心轴线方向，半球壳体产品轴向壁厚单调递减的区域为区域A，半球产品壁厚单调递增的区域为区域B ;在半球壳体产品的区域A向区域B过渡处对应的上模具形面(15)位置为凹面。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具形面(15)上的凹面深度与宽度的比值rad1 = 1-屯/ Sb，其中(Itl为所述凹面对应的半球壳体上区域A与区域B交接处的环向壁厚，Sb为板坯厚度。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具形面(15)为圆台面时，所述圆台面下底面与圆台侧面之间采用圆弧面过渡，使得所述上模具凸模基准形面在各处圆滑过渡，所述圆弧面的曲率半径大于板坯厚度δ b。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具形面(15)的总面积为下模具形面(16)的总面积的70%?90%。
5.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:还包括挂环(5)，上模具(I)的外侧表面设有挂耳(9)，并且板坯周边加工有耳片(17)，所述挂耳(9)与耳片(17)的位置对应，所述挂环(5)套在挂耳(9)和耳片(17)上。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具(I)和下模具⑵的侧壁上分别开设有上模具测温孔(11)和下模具测温孔(12)。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具(I)上表面和下模具(2)的下表面分别开设有上模具T型槽(8)和下模具T型槽(10)。
8.根据权利要求1所述的一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，其特征在于:上模具(I)外侧表面和下模具(2)外侧表面分别设有上模具吊耳(6)和下模具吊耳(7)。
【专利摘要】本实用新型涉及一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，该模具的上模具为凸模，且该上模具具有半球面或圆台面的上模具形面，该上模具形面设置有凹面，且该形面的凹面对应半球壳体壁厚较薄的位置，通过设计该形面的曲线分布可以有效控制半球壳体的壁厚，并且上模具形面的总面积为下模具形面总面积的70％～90％，这样向下成形过程中板坯不会出现过度拉伸，可以避免破坏已经控制好的产品壁厚，并且不会出现起皱；该实用新型还采用挂环将板坯的耳片与上模具的挂耳连接，可以在高温进行脱模时，抬起上模具时，挂环可以带动已经成型的半球壳体，从而产生脱模力，实现快速脱模。
【IPC分类】B21D26-031
【公开号】CN204276616
【申请号】CN201420676118
【发明人】微石, 阴中炜, 高鹏, 张绪虎, 韩冬峰, 赵磊
【申请人】航天材料及工艺研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月6日