用于异型变截面钛合金筒形件的分瓣式热胀形校形方法

摘要

本发明属于异型变截面钛合金筒形件校形技术领域，具体涉及一种用于异型变截面钛合金筒形件的分瓣式热胀形校形方法。该方案通过分瓣式模胎设计原理及间隙计算公式设计出适用于异形变截面钛合金筒形件的热胀形模胎，并通过有效的装卡方式及热处理过程将异形变截面钛合金筒形件校形至理想型面和尺寸，消除了零件因热成形和焊接过程产生的变形，达到装配间隙<0.1mm、阶差<0.2mm，型面与理论外形允许偏差±0.3，壁厚减薄率小于10%的技术要求。缩短了零件生产周期、降低了制造成本、提高了生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于异型变截面钛合金筒形件校形技术领域，具体涉及一 种用于异型变截面钛合金筒形件的分瓣式热胀形校形方法。

背景技术

异形变截面钛合金筒形件经热成形及焊接工艺制造而成，热成形 存在回弹，焊接产生的残余应力会导致零部件变形，由此导致产品尺 寸与型面难以满足设计精度要求。在装配过程中，对零件尺寸精度要 求高，要求装配间隙<0.1mm、阶差<0.2mm，型面与理论外形允许偏 差±0.3，壁厚减薄率小于10%。零件成形过程中，焊接装配应力大， 零部件难以装配，增大零件的制造难度和劳动强度，影响产品的疲劳 寿命与性能。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提高异形变截面钛合金筒形件 的成形效率，减小零件因热成形和焊接过程产生的变形，缩短零件生 产周期、降低制造成本、提高生产效率。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于异型变截面钛合金筒 形件的分瓣式热胀形校形方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1：根据异型变截面钛合金筒形件的端面曲率确定分瓣式 热胀形模胎的分瓣数量；所述模胎的分瓣位置设置于异型变截面钛合 金筒形件端面最小曲率ρ_min的弧线段上，将曲率较大的位置单独划分 成一瓣；当异型变截面钛合金筒形件母线的最大曲率时，分瓣数量范围设置为3～5个；

所述分瓣式热胀形模胎包括：若干瓣子模胎、上卡环及下卡环； 所述若干瓣子模胎组合之后构成所述分瓣式热胀形模胎的主体，所述 分瓣式热胀形模胎的外形面与异型变截面钛合金筒形件的内形面一 致，分瓣式热胀形模胎套入异型变截面钛合金筒形之后，其外形面与 异型变截面钛合金筒形件内形面之间存在一定间隙，用于在后续步骤 对异型变截面钛合金筒形件进行校形；所述上卡环及下卡环用于在所 述若干瓣子模胎组合之后对所述分瓣式热胀形模胎的主体上下两端 进行固定，以防止在热胀形过程中分瓣式热胀形模胎向内侧偏移；

步骤S2：根据异型变截面钛合金筒形件的尺寸参数，按如下间 隙计算公式确定分瓣式热胀形模胎的尺寸：

δ≥ηΔD－Δd＝[η×D×λ₁×ξ×（T-T₀）/10^-6]-[d×λ₂×（T-T₀）/10^-6]

其中：η为分瓣式模胎修正系数，

n：步骤S1中确定的分瓣数量；

ξ：分瓣式模胎真空辐射系数；

δ：分瓣式模胎整体与筒形件间隙；

D：分瓣式模胎直径；

d：圆筒直径；

ΔD：模胎直径增大值；

Δd：圆筒直径增大值；

λ₁：模具线胀系数；

λ₂：筒体线胀系数；

T₀：室温；

T：校形温度；

步骤S3：将经热成形和焊接工艺制造而成的异型变截面钛合金 筒形件清洗后组装，组装时将筒形件竖直放置，然后装入所述若干瓣 子模胎，再分别将上卡环、下卡环装卡形成装配体；将装配体于室温 条件下放入真空炉中，待真空度达1×10^-2Pa后开始升温，升温时间 3h，升至800℃保温2.5h；待炉温降至200℃以下，将装配体取出， 测量筒形件型面及各部位尺寸，若不合格，重复步骤S3，直至筒形 件型面及各部位尺寸满足要求为止。

其中，所述上卡环及下卡环均通过销体对所述分瓣式热胀形模胎 的主体进行固定。

其中，所述子模胎采用ZG1Cr18Ni12不锈钢材料，所述上卡环 和下卡环材料使用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。

（三）有益效果

本发明技术方案通过分瓣式模胎设计原理及间隙计算公式设计 出适用于异形变截面钛合金筒形件的热胀形模胎，并通过有效的装卡 方式及热处理过程将异形变截面钛合金筒形件校形至理想型面和尺 寸，消除了零件因热成形和焊接过程产生的变形，达到装配间隙 <0.1mm、阶差<0.2mm，型面与理论外形允许偏差±0.3，壁厚减薄率 小于10%的技术要求。缩短了零件生产周期、降低了制造成本、提高 了生产效率。

附图说明

图1为本发明技术方案流程图。

图2为本发明实施例提供的模胎的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实 施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例

为解决现有技术的问题，本实施例提供一种用于TA15异型变截 面钛合金筒形件的分瓣式热胀形校形方法，如图1所示，所述方法包 括如下步骤：

步骤S1：根据异型变截面钛合金筒形件的端面曲率确定分瓣式 热胀形模胎的分瓣数量；所述模胎的分瓣位置设置于异型变截面钛合 金筒形件端面最小曲率ρ_min的弧线段上，将曲率较大的位置单独划分 成一瓣；当异型变截面钛合金筒形件母线的最大曲率时，分瓣数量范围设置为3～5个；

所述分瓣式热胀形模胎包括：若干瓣子模胎、上卡环及下卡环； 所述子模胎分瓣数量由步骤S1计算得出，子模胎分瓣体靠上、下卡 环组成一个外形面与零件内形面一致、间距为1.8mm的整体模胎， 各个分瓣体由整体铸造的模胎切割而成，其位置关系如图2所示。

所述若干瓣子模胎组合之后构成所述分瓣式热胀形模胎的主体， 所述分瓣式热胀形模胎的外形面与异型变截面钛合金筒形件的内形 面一致，分瓣式热胀形模胎套入异型变截面钛合金筒形之后，其外形 面与异型变截面钛合金筒形件内形面之间存在一定间隙，用于在后续 步骤对异型变截面钛合金筒形件进行校形；所述上卡环及下卡环用于 在所述若干瓣子模胎组合之后对所述分瓣式热胀形模胎的主体上下 两端通过销体进行固定，以防止在热胀形过程中分瓣式热胀形模胎向 内侧偏移；所述子模胎采用ZG1Cr18Ni12不锈钢材料，所述上卡环 和下卡环材料使用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。在使用过程中，利用模 胎材料和钛合金筒形件材料的膨胀系数差别较大的原理，在高温状态 下经上下卡环固定后的模胎受热膨胀并对钛合金筒形件施加膨胀压 力，使其发生塑性及蠕变变形，冷却后可以达到设计要求的型面和尺 寸。

由于本实施例针对TA15异型变截面筒形件，其母线最大曲率 因此，子模胎分瓣分为三瓣，即1#子模胎、2#子 模胎、3#子模胎，分瓣点选择上断面的最小曲率和次小曲率弧线段上。

步骤S2：根据异型变截面钛合金筒形件的尺寸参数，按如下间 隙计算公式确定分瓣式热胀形模胎的尺寸：

δ≥ηΔD－Δd＝[η×D×λ₁×ξ×（T-T₀）/10^-6]-[d×λ₂×（T-T₀）/10^-6]

其中：η为分瓣式模胎修正系数，

n：步骤S1中确定的分瓣数量；

ξ：分瓣式模胎真空辐射系数；

δ：分瓣式模胎整体与筒形件间隙；

D：分瓣式模胎直径；

d：圆筒直径；

ΔD：模胎直径增大值；

Δd：圆筒直径增大值；

λ₁：模具线胀系数；

λ₂：筒体线胀系数；

T₀：室温；

T：校形温度；

根据如上公式计算，模胎外壁距筒体内壁间距为1.8mm。

步骤S3：将经热成形和焊接工艺制造而成的异型变截面钛合金 筒形件清洗后组装，组装时将筒形件竖直放置，然后装入所述1#子 模胎、2#子模胎、3#子模胎，再分别将上卡环、下卡环装卡形成装配 体；将装配体于室温条件下放入真空炉中，待真空度达1×10^-2Pa后 开始升温，升温时间3h，升至800℃保温2.5h；待炉温降至200℃以 下，将装配体取出，测量筒形件型面及各部位尺寸，要求达到：装配 间隙0.05mm、阶差0.1mm，型面与理论外形允许偏差+0.1，壁厚减 薄率小于2%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以 做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。