一种大尺寸钛合金双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法与流程

本发明属于塑性成形制造技术领域，涉及一种用于制造钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法。

背景技术：

大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件是飞行器中常用的一类构件，为了满足高速气动性能、高温高压服役性能需要，此类构件的尺寸精度和组织性能要求很高。图1示出了一种典型的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件，其由内层和外层的曲母线锥台轮廓的薄壁曲面构件组成。这类构件的最小壁厚达1mm，最大直径达3000mm，因此最大径厚比可达3000以上，属于难变形材料超大超薄构件。此类构件制造难度在于：1)尺寸精度要求高，例如，要求直径达2000mm锥筒件的直径公差仅为±0.25mm；2)内、外两层一致性要求高，内、外两层全面域间隙不大于0.1mm；3)构件组织性能要求高，要求微观组织均匀、晶粒尺寸合理。

目前，此类钛合金双层锥筒的制造技术主要涉及将内层和外层分别分解成6-8个形状相对简单的曲面板件，对每块板件分别采用一对刚性模具成形，然后进行焊接和加热校形。具体来说，传统的制造过程包括：将切好的板坯放入加热到一定温度的上、下二个模具之间，通过模具闭合施加压力使板坯变形，并保压一段时间基本定形；然后将板件逐一切边后组装焊接，获得内层和外层2个整体锥筒件；再将内层、外层分别进行多次加热整体校形，最后将内层与外层套在一起，获得双层锥筒件。

现有的这种分块成形再焊接的工艺不能满足大尺寸钛合金喷管产品制造要求，该传统工艺主要存在如下问题：

1)构件精度低：分块成形的钛合金薄壁构件，在焊接时易产生形状畸变，尺寸偏差可超过2mm，并且即使采用多次校形也难以满足精度要求；

2)内、外层一致性差，间隙大：分块成形再焊接获得的双层锥筒，由于内、外层的尺寸精度均较低，套装在一起时不能保证全面域贴合间隙，最大间隙往往大于1mm，不能满足后续焊接要求；

3)构件组织性能差：分块成形过程和多次加热校形导致构件组织性能劣化，与原始板材相比，构件服役温度强度损失可达10％。

技术实现要素：

为解决现有的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件制造工艺中存在的构件精度低、内外层一致性差和组织性能差等问题，本发明人发现，当采用高压气体在一定的成形温度下对内筒和外筒进行同步气胀成形时，能够满足构件精度要求、使内外层一致性好，并且还能调控构件的组织性能，由此提出了一种改进的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒的同步高压气胀成形方法。

本发明的目的在于提供了一种大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)采用两种大小不同的钛合金扇形板坯分别制成内层锥形筒坯和外层锥形筒坯，将所述外层锥形筒坯套在所述内层锥形筒坯的外面，形成双层锥形筒坯并放入模具中；

(2)将所述模具与所述双层锥形筒坯一同加热到600℃～800℃的成形温度，分别用可动式密封的上压头和下压头对所述双层锥形筒坯的上端和下端进行可动密封；

(3)将所述上压头中的进气孔打开，向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体，所述上压头发生移动而将所述双层锥形筒坯的上端材料压入模具型腔内，在气压与轴向力同时作用下，使所述双层锥形筒坯发生塑性变形，直至所述外层锥形筒坯贴靠至所述模具的内壁，随后保持压力和成形温度不变，以使材料经受保温热处理5min～30min；

(4)所述保温热处理结束后，在通过所述进气孔向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体的同时，打开所述上压头中的排气孔，实现所述惰性气体在所述双层锥形筒坯内的流动，从而使所述双层锥形筒坯的温度降低，当所述外层锥形筒坯因降温收缩而与所述模具脱离时，停止进气，待所述双层锥形筒坯内的气压降低后，移除所述上压头并取出所述大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

本发明的技术方案至少实现了以下优点或益处，但其它优点和益处也在本发明涵盖的范围内：

1)本发明采用锥形筒坯，通过高压气胀实现曲母线钛合金锥筒构件的一次整体成形，有效避免了多片热压成形件在焊接过程中产生的形状畸变；

2)与现有技术仅针对单层筒坯进行的气胀成形不同的是，当针对双锥形筒坯进行气胀成形时，存在内外层需要同步成形且二者尺寸精度要求一致以及二者的间隙必须保持均匀等技术难度；本发明的方法针对双层锥形筒坯，通过在特定温度下一次高压气胀成形，将内层和外层曲母线锥筒件同时成形出来，确保了内层与外层之间的尺寸精度一致，配合间隙小且均匀，不需要后续校形工序，可以实现高贴合度；

3)本发明的方法相对于传统的钛合金超塑性成形方法而言在工艺条件方面进行了调整(例如，本发明的方法中的成形温度范围为600℃～800℃，低于传统的钛合金超塑性成形温度范围(850℃～920℃)；本发明的成形压力(5mpa～35mpa)比传统的钛合金超塑性成形压力(小于5mpa)更高)，从而降低能耗、提高效率，同时保证材料成形后的良好性能；

4)本发明采用了保温热处理进行组织性能调控，通过将成形过程与保温热处理相结合，避免了传统的成形后再次加热进行热处理导致的形状畸变，同时利用内部气压支撑避免构件在模具内热处理过程发生形状畸变；并利用热处理温度消除了构件内部应力，避免卸载后发生回弹，可得到高精度薄壁构件；本发明的方法通过选择特定的成形温度并结合成形之后的保温，同步实现应力松弛和再结晶退火，在保证构件尺寸精度的同时，也细化了晶粒，保证了材料的性能，实现形性协同控制；

5)相比于传统气胀成形采用焊接封头进行密封的方式，本发明的上、下压头采用了可动式密封结构实现了可动密封，因此无需额外的焊接工序，此外，上压头能够在成形过程中在保证密封的同时通过移动将锥形筒坯的上端材料压入模具型腔内，实现材料补充，因此可以减小双层锥筒构件膨胀率较大部位的壁厚减薄，从而有利于提高构件壁厚均匀性。

附图说明

图1为示例性的钛合金曲母线双层锥筒构件的视图；

图2为示例性的用于制造内层锥形筒坯的内层扇形板坯的视图；

图3为示例性的内层锥形筒坯的视图；

图4为示例性的用于制造外层锥形筒坯的外层扇形板坯的视图；

图5为示例性的外层锥形筒坯的视图；

图6为示例性的由内层与外层的锥形筒坯套在一起形成的双层锥形筒坯的视图；

图7为示例性的双层锥形筒坯气胀成形前后对比的示意图(该图的中心虚线左侧为成形前的示意图，中心虚线右侧为成形后的示意图)；

图8为对示例性的双层锥形筒坯进行成形时的温度和气压变化曲线；

图9为在示例性的带有负角度的双层锥形筒坯成形时，通过上压头进行材料补充的示意图(该图的中心虚线左侧为成形前的示意图，中心虚线右侧为成形后的示意图)。

附图标记说明

1模具2上压头

3进气孔4上压头密封圈

5石棉隔热层6工作台

7排气孔8感应加热线圈

9下压头密封圈10下压头

11内层锥形筒坯12外层锥形筒坯

13下模14上模

15分模面

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合实施方式对本发明进行进一步阐述，但这些实施方式不应理解为对本发明的任何限制。

在本文中，术语“钛合金双层锥筒”、“钛合金曲母线双层锥筒构件”和“曲母线钛合金锥筒构件”可互换使用。

在本文中，术语“可动式密封”是指压头的结构能够在满足密封要求的同时实现在模具型腔内的移动，从而表现出对锥形筒坯的动态密封。

在本发明中，除非另有说明，所述“大尺寸”是指本发明的钛合金曲母线双层锥筒构件中的外层锥筒的大端外径为1000mm以上且小端外径为500mm以上，并且高度为500mm以上。

在本发明中，除非另有说明，所述“高压”是指压力范围为5mpa～35mpa。

除非另外指明，本文中使用的表示量或值的所有数字均应被理解为在所有情况下均由术语“约”加以修饰。

在一个实施方式中，本发明涉及一种大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)采用两种大小不同的钛合金扇形板坯分别制成内层锥形筒坯和外层锥形筒坯，将所述外层锥形筒坯套在所述内层锥形筒坯的外面，形成双层锥形筒坯并放入模具中；

(2)将所述模具与所述双层锥形筒坯一同加热到600℃～800℃的成形温度，分别用可动式密封的上压头和下压头对所述双层锥形筒坯的上端和下端进行可动密封；

(3)将所述上压头中的进气孔打开，向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体，所述上压头发生移动而将所述双层锥形筒坯的上端材料压入模具型腔内，在气压与轴向力同时作用下，使所述双层锥形筒坯发生塑性变形，直至所述外层锥形筒坯贴靠至所述模具的内壁，随后保持压力和成形温度不变，以使材料经受保温热处理5min～30min；

(4)所述保温热处理结束后，在通过所述进气孔向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体的同时，打开所述上压头中的排气孔，实现所述惰性气体在所述双层锥形筒坯内的流动，从而使所述双层锥形筒坯的温度降低，当所述外层锥形筒坯因降温收缩而与所述模具脱离时，停止进气，待所述双层锥形筒坯内的气压降低后，移除所述上压头并取出所述大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

在一个优选的实施方式中，所述钛合金为ta15钛合金。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(1)中，通过卷曲和焊接将所述两种大小不同的钛合金扇形板坯分别制成所述内层锥形筒坯和所述外层锥形筒坯。在进一步优选的实施方式中，在所述步骤(1)中，通过卷板机进行所述卷曲，且通过激光焊接进行所述焊接。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(1)中，所述双层锥形筒坯为带有负角度(例如，小于0°，如-10°至小于0°，只要能够实现由此形成的构件向筒内部倾斜即可)的大尺寸钛合金曲母线双层锥形筒坯(即，由此形成的双层锥筒构件的大端最大直径处于该构件的中部)。在进一步优选的实施方式中，在所述步骤(1)中，所述模具包括上模和下模，并且所述上模和下模之间的分模面位于所述模具的最大直径处。通过将所述模具分为上模和下模，有利于带有负角度的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的取出。在示例性的实施方式中，在所述步骤(1)中，，先将所述双层锥形筒坯放入模具中，然后闭合所述上模和下模。

在所述步骤(1)中，通过将所述双层锥形筒坯放入模具中，合模后可以形成对所述双层锥形筒坯的外部约束。在所述步骤(2)中，仅作为示例，将对模具和所述双层锥形筒坯进行加热的过程中的温度分布变化在图8中示出。由于构件尺寸较大，为了降低加热功耗和避免大的热膨胀变形，对加热温度进行优化。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(2)中，在开始所述加热之前，在所述双层锥形筒坯内施加0.5mpa～1mpa的初始压力，从而使内层锥形筒坯与外层锥形筒坯紧密接触，能够更好地确保在加热过程中所述内层锥形筒坯与所述外层锥形筒基本上同时达到成形温度。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(2)中，将所述模具与所述双层锥形筒坯一同感应加热到成形温度，优选采用感应加热线圈进行所述加热。在进一步优选的实施方式中，在所述模具的外壁和所述感应加热线圈之间布置隔热层、优选石棉隔热层，从而可避免避免模具的热量传递到周围环境。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(2)中，所述上压头和所述下压头分别通过上压头密封圈和下压头密封圈对所述双层锥形筒坯的上端和下端进行密封。在所述步骤(2)中，所述上压头采用可动式密封结构，使所述双层锥形筒坯的上端材料可根据实际需要而在上压头产生的轴向力作用下被压入模具型腔内以实现材料补充。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(3)中，所述惰性气体的压力为5mpa～25mpa、优选7mpa～22mpa、进一步优选9mpa～20mpa。

就上述步骤(3)而言，如图8所例示的，在胀形处理期间，控制气压变化曲线，使内层锥形筒坯在气压作用下发生塑性变形，当内层锥形筒坯膨胀至与外层锥形筒坯接触后，带动外层锥形筒坯一同变形，最终使外层锥形筒坯外壁贴靠至模具内壁(如图7中心虚线右侧所示出的)。

在所述步骤(3)和步骤(4)中，所述惰性气体包括可实现本发明目的的任何惰性气体，例如氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气；优选地，出于进一步降低成本的考虑，所述惰性气体为氩气。另外，需要说明的是，在一次操作中，所述步骤(3)和步骤(4)中的惰性气体可相同或不同。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(3)中，使所述材料经受所述保温热处理8min～30min、优选10min～30min。

在所述步骤(3)中，在保持压力和成形温度不变以进行保温热处理的这段时间内完成了如下两个过程：①消除内层和外层锥形筒坯的内部应力，避免气压卸载后发生回弹，保温过程中始终有气体压力的作用，双层锥形筒坯(内层和外层锥形筒坯)始终处于贴合状态，成形精度高；②通过使材料发生再结晶，完成内层和外层锥形筒坯的再结晶热处理(可由本领域技术人员根据材料确定相应的热处理规范)，保证成形后材料的组织分布及力学性能，从而达到细化晶粒、满足综合力学性能要求的目的。也就是说，通过上述保温热处理实现了对筒坯材料同步进行去应力和再结晶的目的。

在优选的实施方式中，在所述步骤(4)中，由于流动的气体带走筒坯热量，使所述双层锥形筒坯的温度降低至例如400℃～500℃(即，取件温度)，此时，所述外层锥形筒坯因降温收缩而与模具内壁脱离。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(4)中，所述双层锥形筒坯内的气压降低至0.5mpa以下时，移除所述上压头。在进一步优选的实施方式中，通过使所述上压头自身向上退出而移除所述上压头。

在一个优选的实施方式中，在所述步骤(4)中，通过使所述下压头向上进给20mm～40mm，将处理后的双层锥形筒坯从模具内顶出，从而取出所述大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

出于说明的目的，结合本发明的图2～图9，对本发明的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法的示例性的实施方式进行以下描述：

1)采用图2所示的钛合金内层扇形板坯制成图3所示的内层锥形筒坯11，并采用图4所示的钛合金外层扇形板坯制成图5所示外层锥形筒坯12；

如图6所示，将外层锥形筒坯12套在内层锥形筒坯11外面，形成双层锥形筒坯，如图7所示，将双层锥形筒坯放入到模具1中，由此形成对双层锥形筒坯的外部约束；

2)采用感应加热线圈8将模具1及双层锥形筒坯一同加热到成形温度t(600℃～800℃，可由本领域技术人员根据材料在该范围内适当选取)，温度分布如图8所示；为了避免模具1的热量传递到周围环境中，在模具1外壁和感应加热线圈8之间布置了石棉隔热层5；

可动式密封的上压头2和下压头10分别向双层锥形筒坯的上端和下端移动，下压头10通过下压头密封圈9实现对双层锥形筒坯的下端密封，上压头2通过上压头密封圈4实现对双层锥形筒坯的上端密封(如图7中心虚线右侧所示)；

3)通过上压头2中的进气孔3向双层锥形筒坯的内部通入5mpa～35mpa的高压氩气(其它惰性气体也可实现本发明的目的)，如图8所示，控制气压变化曲线，使内层锥形筒坯11在气压作用下发生塑性变形，当内层锥形筒坯11膨胀至与外层锥形筒坯12接触后，带动外层锥形筒坯12一同变形，同时，上压头2发生移动而将双层锥形筒坯的上端材料压入模具型腔内，避免筒坯的壁厚发生过度减薄，在气压与轴向力的同时作用下，内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12完成塑性变形，最终外层锥形筒坯12外壁完全贴靠至模具1内壁，如图7中心虚线右侧所示；

通过保持双层锥形筒坯的内部气体压力不变，维持内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12完全贴合、外层锥形筒坯12与模具1完全贴合，在该气体压力的作用下保温热处理预定的时间(例如，5-30分钟，可由本领域技术人员根据实际处理的材料在该范围内适当选取)，在这段时间完成二个过程：①消除内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12的内部应力，避免气压卸载后发生回弹；②完成内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12的再结晶热处理，达到细化晶粒、满足综合力学性能要求的目的；

4)保温热处理结束后，在通过进气孔3向双层锥形筒坯内部通入5mpa～35mpa的高压氩气(其它惰性气体也可实现本发明的目的)的同时，通过上压头2中的排气孔7将内层锥形筒坯11内部的气体排出，实现氩气在双层锥形筒坯内的流动，由该气体带走筒坯热量，使双层锥形筒坯降温至取件温度400℃～500℃，由于降温收缩，外层锥形筒坯12与模具1的内壁脱离，此时停止进气，待所述双层锥形筒坯内的气压降至0.5mpa以下，上压头2向上退出而移除所述上压头2，下压头10向上进给20mm～40mm，将处理后的双层锥形筒坯从模具1内顶出，从而获得大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

作为示例性说明，本发明的技术方案可通过如下段落中例示的内容而加以阐述：

1.一种大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法，其中，所述方法包括以下步骤：

(1)采用两种大小不同的钛合金扇形板坯分别制成内层锥形筒坯和外层锥形筒坯，将所述外层锥形筒坯套在所述内层锥形筒坯的外面，形成双层锥形筒坯并放入模具中；

(2)将所述模具与所述双层锥形筒坯一同加热到600℃～800℃的成形温度，分别用可动式密封的上压头和下压头对所述双层锥形筒坯的上端和下端进行可动密封；

(3)将所述上压头中的进气孔打开，向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体，所述上压头发生移动而将所述双层锥形筒坯的上端材料压入模具型腔内，在气压与轴向力同时作用下，使所述双层锥形筒坯发生塑性变形，直至所述外层锥形筒坯贴靠至所述模具的内壁，随后保持压力和成形温度不变，以使材料经受保温热处理5min～30min；

(4)所述保温热处理结束后，在通过所述进气孔向所述双层锥形筒坯内通入压力为5mpa～35mpa的惰性气体的同时，打开所述上压头中的排气孔，实现所述惰性气体在所述双层锥形筒坯内的流动，从而使所述双层锥形筒坯的温度降低，当所述外层锥形筒坯因降温收缩而与所述模具脱离时，停止进气，待所述双层锥形筒坯内的气压降低后，移除所述上压头并取出所述大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

2.根据段落1所述的方法，其中，所述钛合金为ta15钛合金。

3.根据段落1或2所述的方法，其中，在所述步骤(1)中，通过卷曲和焊接将所述两种大小不同的钛合金扇形板坯分别制成所述内层锥形筒坯和所述外层锥形筒坯。

4.根据段落3所述的方法，其中，通过卷板机进行所述卷曲，且通过激光焊接进行所述焊接。

5.根据段落1-4中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(1)中，所述双层锥形筒坯为带有负角度的大尺寸钛合金曲母线双层锥形筒坯。

6.根据段落5所述的方法，其中，在所述步骤(1)中，所述模具包括上模和下模，并且所述上模和下模之间的分模面位于所述模具的最大直径处。

7.根据段落1-6中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(2)中，在开始所述加热之前，在所述双层锥形筒坯内施加0.5mpa～1mpa的初始压力。

8.根据段落1-7中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(2)中，将所述模具与所述双层锥形筒坯一同感应加热到所述成形温度。

9.根据段落8所述的方法，其中，采用感应加热线圈进行所述加热。

10.根据段落9所述的方法，其中，在所述模具的外壁和所述感应加热线圈之间布置隔热层。

11.根据段落10所述的方法，其中，在所述模具的外壁和所述感应加热线圈之间布置石棉隔热层。

12.根据段落1-11中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(2)中，所述上压头和所述下压头分别通过上压头密封圈和下压头密封圈对所述双层锥形筒坯的上端和下端进行密封。

13.根据段落1-12中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(3)中，所述惰性气体的压力为5mpa～25mpa。

14.根据段落13所述的方法，其中，所述惰性气体的压力为7mpa～22mpa。

15.根据段落14所述的方法，其中，所述惰性气体的压力为9mpa～20mpa。

16.根据段落1-15中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(3)中，所述惰性气体为氩气。

17.根据段落1-16中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(3)中，使所述材料经受所述保温热处理8min～30min。

18.根据段落17所述的方法，其中，使所述材料经受所述保温热处理10min～30min。

19.根据段落1-18中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(4)中，所述惰性气体为氩气。

20.根据段落1-19中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(4)中，使所述双层锥形筒坯的温度降低至400℃～500℃。

21.根据段落1-20中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(4)中，所述双层锥形筒坯内的气压降低至0.5mpa以下时，移除所述上压头。

22.根据段落21所述的方法，其中，通过使所述上压头自身向上退出而移除所述上压头。

23.根据段落1-22中任一段所述的方法，其中，在所述步骤(4)中，通过使所述下压头向上进给20mm～40mm，将处理后的双层锥形筒坯从所述模具内顶出，从而取出所述大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

本发明的方法采用两种大小不同的扇形板坯制成内层和外层锥形筒坯，套合后一起放入模具，在加热至一定温度后密封双层锥形筒坯的两端，再施加高压气体，利用气体压力使内层和外层锥形筒坯一起胀形，直至外层锥形筒坯贴合到模具内腔型面获得所需形状，由于内层和外层锥形筒坯一次同步成形，内层和外层锥形筒坯的形状将完全一致，从而可保证内外层锥形筒坯之间完全贴合，满足间隙小、且均匀的要求；并通过控制模具加热温度和成形压力，能够控制构件的尺寸精度。在成形过程中，通过选择成形温度以及保温热处理时间，能够完成构件组织性能调控，并实现成形与控性一体化。

实施例

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料和设备等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件a，其内、外层材料均为ta15钛合金，其外层锥筒的壁厚为1mm，内层壁厚为4mm，外层锥筒的大端外径为1500mm、小端外径为700mm且高度为900mm。该大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法的步骤如下：

(1)制坯和装模：采用卷板机将相应大小的钛合金内层扇形板坯和外层扇形板坯分别卷曲完成后，采用激光焊接分别焊接成内层锥形筒坯11和外层锥形筒坯12；将外层锥形筒坯12套在内层锥形筒坯11的外面，形成双层锥形筒坯，将该双层锥形筒坯装入模具1中；

(2)加热：采用感应加热线圈8将模具1与双层锥形筒坯一同加热到成形温度800℃，其中，在模具1外壁和感应加热线圈8之间布置了石棉隔热层5；

密封：可动式密封的上压头2和下压头10分别向双层锥形筒坯的上端和下端移动，下压头10通过下压头密封圈9实现对双层锥形筒坯的下端密封，上压头2通过上压头密封圈4实现对双层锥形筒坯的上端密封；

(3)进气成形：通过上压头2中的进气孔3向双层锥形筒坯内通入9mpa的氩气，对双层锥形筒坯产生压力，同时上压头2发生移动而将双层锥型筒坯的上端材料压入模具型腔内，在气压与轴向力同时作用下，使由内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12构成的双层锥形筒坯发生快速塑性变形，直至外层锥形筒坯12最终贴靠至模具1的内壁；

同步进行再结晶和去应力的保温热处理：在双层锥形筒坯快速贴靠至模具1的内壁后，保持压力和成形温度不变，保温热处理10分钟，消除内层锥形筒坯11和外层锥形筒坯12内部的应力，减小卸载后的回弹，保温过程中保持筒坯内的气体压力不变，由于内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12始终处于贴合状态，最后的成形精度高；同时，在此期间材料发生再结晶，细化晶粒，从而保证了成形后材料的组织分布及力学性能；

(4)降温开模取件：保温热处理结束后，关闭感应加热线圈8，打开排气孔7，卸掉内层锥形筒坯11内部气体压力，同时通过进气孔3向双层锥形筒坯内部通入5mpa的高压氩气，实现氩气在锥形筒坯内的流动，由该气体带走筒坯热量，使双层锥形筒坯降温至取件温度400℃，由于降温收缩，外层锥形筒坯12与模具1内壁脱离，此时停止进气，待气压降至0.5mpa以下，上压头2向上退出而移除所述上压头2，下压头10向上进给20mm，将处理后的内层锥形筒坯11与外层锥形筒坯12从模具1内顶出，即获得了大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件。

实施例2

带有负10度角度的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件b，该构件的内、外层材料均为ta15钛合金，其外层锥筒壁厚为1mm，内层壁厚为4mm，外层锥筒大端最大外径为1500mm、小端外径为700mm且高度为950mm。模具结构如图9所示。该带有负角度的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的同步高压气胀成形方法的步骤如下：

(1)制坯和装模：除了采用相应大小的钛合金内层扇形板坯和外层扇形板坯，按照实施例1的步骤(1)所述制成带有负角度的双层锥形筒坯；

将该双层锥形筒坯装入模具1中，闭合上模14和下模13；

(2)加热和密封：除了将成形温度调整至600℃之外，采用与实施例1中的步骤(2)相同的操作进行；

(3)进气成形：除了通过上压头2中的进气孔3向双层锥形筒坯内注入20mpa的氩气以及保温热处理30分钟之外，采用与实施例1中的步骤(3)相同的操作进行；

(4)降温及开模取件：采用与实施例1中的步骤(4)相同的操作进行。

经测量，本发明的实施例1-实施例2制备的大尺寸钛合金曲母线双层锥筒构件的内外层之间的间隙均小于0.1mm，同时，根据“gb/t3621-2007钛及钛合金板材”的记载，采用电子万能试验机对成形后材料进行拉伸测试，上述两个构件的室温抗拉强度分别提高5.2％和3.1％；采用千分尺对成形后构件进行壁厚测定，上述两个构件的最大减薄率均低于6％。