[发明专利]一种变截面钛合金壳体零件超塑成形模具及成形方法

说明书

一种变截面钛合金壳体零件超塑成形模具，包括：成形凸模和成形凹模；在所述成形凸模上设置有凸模型面，在所述成形凹模上设置有凹模型面；在凸模型面内设置有压力腔，在成形凸模上设置有进气孔连通至所述压力腔，在进气孔上设置有进气管；在成形凹模的底部上设置有排气孔，所述排气孔向上延伸至所述凹模型面上。在进行超塑成形加工时，毛坯料与凸模型面上的压力腔形成一个封闭的压力空间，毛坯料被加热到超塑性温度后，在气体压力的作用下，毛坯料产生超塑性变形，完全贴合成形凹模的凹模型面，得到喷管Ⅱ段前壳体分半零件，将两个喷管Ⅱ段前壳体分半零件焊接得到喷管Ⅱ段前壳体零件。

技术领域

本发明涉及航空发动机零件成型加工技术领域，尤其涉及一种变截面钛合金壳体零件超塑成形模具及成形方法。

背景技术

航空发动机喷管Ⅱ段前壳体零件(结构见图1和图2)，所成形的喷管Ⅱ段前壳体是一个一端为圆另一端为椭圆的变截面钛合金钣金件，椭圆的长轴比圆的直径大，椭圆的短轴比圆的直径小；零件技术条件要求沿母线纵向焊缝不多于2条。

由于钛合金在常温下韧性强、粘性大、导湿导热差、弹性模量小、化学亲和力强造成钛合金零件常温下成形困难，成形精度不高。采用传统的热成形方法成形零件，由于零件的变截面结构特点，无法实现校形，从而无法得到符合产品精度要求的零件。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种变截面钛合金壳体零件超塑成形模具及成形方法，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种变截面钛合金壳体零件超塑成形模具，包括：成形凸模和成形凹模；在所述成形凸模上设置有凸模型面，在所述成形凹模上设置有凹模型面；在凸模型面内设置有压力腔，在成形凸模上设置有进气孔连通至所述压力腔，在进气孔上设置有进气管；在成形凹模的底部上设置有排气孔，所述排气孔向上延伸至所述凹模型面上。

优选的，在所述凹模型面包括第一区域、以及第一区域前、后两侧的第二区域；所述第一区域的形状与喷管Ⅱ段前壳体分半零件的形状一致，所述第二区域与第一区域平滑过渡；所述凸模型面与所述凹模型面之间的间隙为喷管Ⅱ段前壳体分半零件厚度的1.0～1.1倍。

优选的，在第一区域前、后两侧的第二区域上分别设置有筋槽；在所述凸模型面上设置有筋；在第一区域两侧筋槽的左、右两端延伸至成形凹模的顶面并相连形成封环状；在所述成型凸模的左、右两侧设置有耳板，凸模型面上筋的两端延伸至成形凸模两侧耳板的下表面上并相连形成封环状；所述筋槽与筋的位置相对应。

优选的，所述排气孔位于所述第一区域两侧边缘与筋槽之间位置处。

优选的，在所述成形凸模上设置有减轻孔。

优选的，在所述成形凹模的底平面上设置有排气槽，所述排气孔连通至所述排气槽。

优选的，在所述成形凹模正面上设置有挡板；所述成形凸模和所述成形凹模合模时，所述挡板抵挡在所述成形凸模的前端面上。

优选的，在所述成形凸模和所述成形凹模上分别设置有起吊螺栓。

本发明还提供了一种变截面钛合金壳体零件超塑成形方法，采用所述变截面钛合金壳体零件超塑成形模具，包括如下步骤：

步骤S1：制备毛坯料：所述毛坯料包括锥筒部和法兰边，毛坯料制备步骤为：按照喷管Ⅱ段前壳体分半零件展开尺寸加上加工余量计算板料尺寸，采用板材进行下料得到扇形毛料，将扇形毛料进行滚弯形成锥筒部，再折弯形成法兰边；

步骤S2：涂保护层及石墨层：在毛坯料的上下表面、以及超塑成形模具上凸模型面、凹模型面、成形凹模的顶面、成型凸模上耳板的下表面上涂Ti-1#保护层，待干燥后再涂石墨水溶液润滑剂，室温下自然干燥；