[发明专利]一种钛合金板料成型环形件热定型装置及工艺

说明书

技术领域

本发明涉及热定型装置的结构设计和应用技术领域，特别提供了一种钛合金板料成型环形件热定型装置及工艺。

背景技术

环形件是飞机发动机上的重要零件，由1.0mm厚的钛合金TA1板料制成，截面为槽口向内的“U”型截面，直径Φ769～8150mm，型面尺寸及形状精度非常高，要求成型后自由状态下零件型面的直径公差±0.2mm，型面轮廓度不大于0.2mm，限制状态下型面对基准面A的跳动量不大于0.1mm。

由于截面为槽口向内的“U”型截面，上、下端口直径小于中间型面直径，通常的整环成型模具无法取出，所以采用原有的通常的整环模具成型是无法实现此类零件的加工。而该零件又是由钛合金制成，因钛合金室温状态下材料延展率低、弹性模量大、屈强比高，所以无法冷成型，必须采用550℃以上的热成型。又因零件的尺寸和型面轮廓精度要求非常高，精度等级已高于机械加工件，所以必须提高零件的成型精度，达到精密成型的水平。按传统的工艺和工艺装置加工，从未合格过，严重制约发动机的研制和生产。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的钛合金板料成型环形件热定型装置及工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的钛合金板料成型环形件热定型装置及工艺。针对大直径、内“U”形截面、钛合金板料成型环形件精密热成型。

所述钛合金板料成型环形件热定型装置构成如下：胀型锥环1、定位支承立柱2、压紧楔块3、上限位板4、定型块5、限位环6、定位底板7；所述定型块5位于上限位板4和定位底板7之间，定型块5的上下端通过压紧楔块3与定位支承立柱2压紧，定型块5的侧端通过胀型锥环1和限位环6压紧，所述上限位板4和定位底板7上均设置有起重螺钉8。

钛合金板料成型环形件热定型工艺，采用所述的钛合金板料成型环形件热定型装置，具体步骤如下：

①采用应力松弛热成型工艺方法，在室温冷态下通过定型块5将零件胀紧，使零件产生预胀紧应力，并产生弹性应变，保证零件内型面与定型块5贴合，胀紧力均匀；通过起重螺钉8将定型装置和零件一起置于真空液压机或真空热处理炉中加热到650℃-750℃；因胀型锥环1和定型块5材料的热膨胀系数大于零件材料的热膨胀系数，随着温度的升高，零件材料屈服强度的降低，胀紧弹塑性应力逐渐松弛，胀型锥环1和定型块5将零件逐渐胀大至与定型块5完全紧密贴合；冷却到室温之后，零件的型面和尺寸被精确固化下来；

②按应力松弛热成型原理设计零件的加工工艺路线；激光切割板材成四段扇环形毛料，用热成型机热成型出1/4弧段，将4个1/4弧段拼焊成整环，应力松弛热定型，车加工零件上、下止口，激光切割零件型面上的叶型孔；按应力松弛热成型原理设计零件的工艺参数，根据零件最终的型面直径尺寸和热定型温度，反推零件定型前冷态下的直径和型面尺寸；

③按应力松弛热成型原理设计热成型装置，设计关键点为：

尺寸设计：通过零件最终室温冷型面直径尺寸，反算零件在定型温度时的热态尺寸，零件定型温度的热态尺寸就是定型装置的热态尺寸，再反推算定型装置的室温冷态尺寸，再根据定型装置的室温冷态尺寸减去室温冷态弹性应变胀量，确定零件定型前的室温冷态尺寸；

例如要求零件成型后内表面直径为φ815±0.2，定型温度为750℃，选择定型装置的材料为1Cr18Ni9Ti。TA1材料20～750℃线膨胀系数为9.626，1Cr18Ni9Ti材料线膨胀系数为18.8。按照在750℃时零件内表面直径尺寸与定型装置型面外表面直径尺寸相等的原则，反推定型装置在20℃时的外表面直径尺寸为：

φ_J＝φ_L×(1-D)＝φ815×0.9933937＝φ809.62

D＝(α_J-α_L)/(1+α_J×ΔT)×ΔT

其中：

φ_J——胎具室温冷态直径

φ_L——零件定型后的室温冷态直径

α_J——胎具材料线膨胀系数

α_L——零件材料线膨胀系数

ΔT——热定型温度增量

D——胎具的缩放系数

因定型装置为刚性件，其直径精度可以达到很高，可以选取H7级精度，公差为+0.035；