[发明专利]钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属成形领域的技术，具体是一种钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置。

背景技术

翻边成形是凸凹模利用拉伸力和压缩力形成凸台或在预制孔周边形成竖立凸台的成形工艺，其中圆孔翻边工艺广泛用于汽车、航天和航空工业的板料成形中。近年来，在飞机制造业，无论是民用飞机还是军用飞机，钛材由于其突出的优点，使用量在成倍增长。如在民用航空领域，美国由50年代波音707的钛合金用量3％到2010年波音787的15％增加了4倍，俄罗斯正在研制的客机MS-21钛合金用量高达25％，我国由ARJ21的钛合金用量4.8％到C919的9.3％增加了1倍。在军用航空领域，美国由c-17的钛合金用量10.3％到F-22的41％增加了3倍，我国由歼11B的钛合金用量15％到歼31与F-35战斗机的用量相当。

目前的圆孔翻边工艺存在较多缺陷，如：工艺过程接近临界变形会限制翻边高度，板材在凸台周边会极大变薄，凸台易产生裂纹导致产品报废等。而且翻边后凸台需要通过锥形管焊接至导管零件的锥形凸台上，增加了工艺难度。因此，需要在传统翻边工艺基础上，拟定新的工艺、模具及设备用于翻边生产。

经过对现有技术的检索发现，2013年南昌大学的刘志云等人在《金属成形工艺》第21卷6期发表的论文“锥状凸模与柱形凸模圆孔翻边的比较分析”说明了用锥状凸模代替柱形凸模进行圆孔翻边，可使危险点由双向应力状态变为单向应力状态，等效应力和引起制件开裂的最大周向应力均有下降，材料变薄不少，能提高极限翻边变形程度。该技术只是把锥形凸模与平底凸模作为普通翻边凸模进行翻边操作，未能验证金属材质对加工工艺的影响，对于塑性较差的钛及钛合金材料，仅改进翻边凸模的外形难以达到加工的目的。

发明内容

本发明针对现有技术中翻边区域金属缺少背压应力，无法解决翻边时材料容易开裂的问题，提出了一种钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置，能够增加锥形翻边区域板材的背压应力，解决了翻边时材料容易开裂的问题，同时使两个零件焊接处精确对接，保证了焊缝质量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种钛合金板材锥形孔的翻边方法，包括以下步骤：

S₁，预制孔加工：对钛或钛合金板材进行退火处理，再经酸碱清洗，然后晾干、裁剪、预冲孔，得到预制孔；

S₂，预弯加工：得到预制孔后，将钛合金板材安装在通用液压机上第一工位，顶管安装在第一工位上模，第一锥形凸模安装在第一工位下模，预制孔与顶管、第一锥形凸模对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动顶管下压对预制孔边缘进行预弯形成预翻孔；预翻后，通用液压机的滑块升起，带动顶管回程；

S₃，锥形孔冷态翻边及凸台加工：将预翻后的钛或钛合金板材移动至通用液压机上第二工位，第二工位上模安装导管零件、下模安装第二锥形凸模，预翻孔与导管零件、第二锥形凸模对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动导管零件下压，导管零件下压端部逐步形成锥形孔，钛或钛合金板材预翻孔底部直径扩大，预翻孔凸台相对于钛或钛合金板材的水平面高度增加至与导管零件下压端部边缘精确接合，形成锥形孔。

所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm。

本发明涉及一种实现上述翻边方法的装置，包括：滑块、第一工位和第二工位，其中：第一工位上模设有顶管，第一工位下模设有第一锥形凸模，第二工位上模设有导管零件，第二工位下模设有第二锥形凸模；

所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm，所述的第一锥形凸模和第二锥形凸模结构、尺寸相同。

所述的顶管内侧管壁倒圆角。

所述的通用液压机最大公称力为630kN。

技术效果

与现有技术相比，本发明将传统的下压锥形凸模旋转180°作为下模固定，从而对翻边区域金属增加了背压应力，改善了翻边区域金属应力状态，可以得到较高的翻边比。对向凸模在变形区域内施加了额外压应力，有利于成形。甚至对未去除毛刺的预冲孔采用对向凸模翻边时，也能获得与钻孔或已去除毛刺的预制孔相近的翻边比。改用管件作为上模下压，解决了翻边时材料容易开裂的问题，提高了翻边质量，减少了材翻边区域金属料损耗；翻边的可行性在冷态下增加到1.5～2倍，而在热态下更高；翻边后零件锥形孔壁厚均匀，导管零件锥形孔与板材锥形孔同步成形，提高了焊接件精度，焊缝更好贴合，保证了焊缝质量。

附图说明

图1为本发明中钛合金板材的预制孔示意图。