[发明专利]一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装及加工方法

权利要求书

1.一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装，其特征在于：它由加热设备、拉伸设备、模具及坯料和温度控制系统四个部分组成；将模具放置在拉伸设备的中央工作台上，所用坯料由拉伸设备的夹钳夹住，加热设备悬挂在模具正上方，对于形状简单的坯料，对其进行拉伸—包覆—拉伸，然后根据坯料形状调整加热设备位置及形状以贴近坯料，开通电源，依靠温度控制系统测量、控制坯料温度，直至坯料达到预定温度实现蠕变成形；对于形状复杂的坯料，则预先调整加热设备位置及形状进行加热，然后一边加热一边对坯料进行拉伸—包覆—拉伸，加热设备的形状会随着坯料的形状改变，以保证在拉形过程中一直贴近坯料；

所述加热设备，包括支撑台、加热单元、控制系统；复数个加热单元装配在支撑台上，控制系统安装在加热单元的底端，每个加热单元由石英灯管、石英灯套筒以及一对调形单元组成，每个调形单元包括电机、联轴器、丝杠、深沟球轴承、钉杆和支撑板，石英灯管及石英灯套筒安装在两个钉杆末端上，控制系统控制电机转动，通过联轴器带动丝杠转动，实现钉杆上下移动，从而实现石英灯管的上下移动以及倾斜角度的调整；在调整石英灯管倾斜角度时，石英灯套筒与石英灯管之间像拉伸缸一样伸缩；根据蒙皮的面积，确定所用加热单元的数量，然后装配到支撑台上；控制系统由电机驱动器和控制电路组成，以实现石英灯管位置的自动控制；

所述拉伸设备，分为拉形机和拉弯机；

所述模具及坯料，成形所用的坯料是钛合金蒙皮零件，坯料两端在拉形机夹钳夹紧下，在被中央工作台顶升的拉形的模具顶力作用下，使坯料与拉形的模具贴合；

所述温度控制系统，包括：热电偶测量坯料温度，根据温度反馈信号，采用PLC单片机闭环控制电源电流，进而控制坯料温度，在整个成型周期内温度控制系统是自动可编程控制的。

2.一种基于权利要求1所述的大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装的加工方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

对于形状简单的坯料：

步骤一、将模具装置放置于拉伸设备的中央工作台上；

步骤二、拉伸设备的夹钳夹紧坯料，以预定速度进行预拉伸，直至预定应变范围；

步骤三、预拉伸到预应变后，拉伸设备的中央工作台带动模具装置上移，以预定速度对坯料进行包覆成形，直至完全贴合模具；

步骤四、坯料贴合模具后，以预定速度对坯料进行补拉，直至预定终应变范围；

步骤五、按预定的程序调整加热设备位置以及各个石英灯管的姿态使其贴近坯料至预定位置；

步骤六、打开加热电源，通过热电偶实时测量坯料温度，使坯料加热到预定温度；

步骤七、坯料在贴模、保持目标温度、终应变的条件下，使坯料内部发生应力松弛，实现蠕变成形；

步骤八、切断加热电源，移开加热设备，待冷却后取下坯料，加工结束；

对于形状复杂的坯料：

步骤一、将模具装置放置于拉伸成形设备的中央工作台上；

步骤二、拉伸设备的夹钳夹紧坯料，并按预定的程序调整加热设备位置以及各个石英灯管的姿态使其贴近坯料至预定位置；

步骤三、打开加热电源，通过热电偶实时测量坯料温度，使坯料加热到预定温度；

步骤四、以预定速度进行预拉伸，直至预定应变范围；

步骤五、预拉伸到预应变后，拉伸设备的中央工作台带动模具装置上移，以预定速度对坯料进行包覆成形，直至完全贴合模具；与此同时，加热设备也按照既定程序改变位置及姿态，始终保持贴近坯料进行加热；

步骤六、坯料贴合模具后，以预定速度对坯料进行补拉，直至预定终应变范围；

步骤七、坯料在贴模、保持目标温度、终应变的条件下，使坯料内部发生应力松弛，实现蠕变成形；

步骤八、切断加热电源，移开加热设备，待冷却后取下坯料，加工结束。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装，其特征在于：所述模具的材料为熔凝硅或石陶瓷模。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装，其特征在于：所述温度控制系统控制坯料的温度为600℃～800℃。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装，其特征在于：所述加热设备的石英灯管数量按坯料的面积增减。

6.根据权利要求1所述的一种大尺寸钛合金蒙皮零件辐射加热成形工装，其特征在于：对坯料边缘较易散热的区域，要增加石英灯管密度或利用反射装置来补偿。