用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及模具

摘要

本发明提供了用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法及热成形模具，包括：将设计的热成形模具放入到热成形机中；对钛合金毛坯表面涂刷保护层；加热成形机，待温度达到700‑750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热；热成形模具上下模进行合模保压，将钛合金毛坯冲压成形；热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件，进行自然冷却；对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，修改热成形模具的型腔。由此设计出的热成形模具能够避免模具与零件的热膨胀系数不同导致的尺寸误差，满足对产品尺寸的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金异形面零件的模具设计及其加工的技术领域，具体涉及用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法以及热成形模具。

背景技术

在航空航天产品上常采用钛合金异形面零件，这类零件形状复杂，成形困难。

一般采用热成形方法成形，零件成形时，需先将模具加热到700℃(根据材质，料厚等因素)左右，再将材料放入到模具中预热一定的时间，模具闭合后保压一定的时间，最后将零件取出。当钛合金零件和模具同时加热时，两者的热膨胀系数不同，随着时间的加长，两者的差距会更加明显，零件冷却后还会出现形状的变化。这导致设计出的模具无法满足对产品尺寸的要求。

同时，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，这也给钛合金异形面零件的模具设计增加了挑战性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法以及热成形模具，由此设计出的热成形模具能够避免热成形模具与钛合金异形面零件的热膨胀系数不同导致的尺寸误差，满足对产品尺寸的要求。

为此，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法，所述方法包括：

按照钛合金异形面零件的尺寸要求，设计热成形模具；

将设计的热成形模具放入到热成形机中；

对钛合金毛坯表面涂刷保护层；

加热成形机，待温度达到700-750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热，加热时间15-25分钟；

热成形模具上下模进行合模保压，保压时间10-15分钟，将钛合金毛坯冲压成形；

热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件；

自然冷却取出的钛合金异形面零件；

对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；

基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，得到准确的膨胀系数，修改热成形模具的型腔，得到热成形模具。

进一步地，还包括：对钛合金异形面零件的结构形式进行分析，外形落差大于15mm的区域成形时，增加工艺阻流筋。

进一步地，所述阻流筋根据经验值设计。

进一步地，所述阻流筋设置在钛合金异形面零件成形边缘15mm处，所述阻流筋宽度为10mm，高度为5mm。

进一步地，所述热成形模具的材料为1Cr18Ni9Ti。

进一步地，热成形模具的收缩系数为0.0055。

另一方面，本发明还提供了一种根据上述用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法得到的热成形模具。

本发明的优点和积极效果：

上述方案中，在热成形模具和钛合金异形面零件同时加热同时冷却后，测量两者之间尺寸的实际差值，从而解决两者膨胀系数不同导致的误差。通过此方案可以通过一次试模获得准确的膨胀系数差，可以有效地减少生产成本，特别适合精度要求高，型面复杂的零件。

另外，上述方案中，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，模具设计时增加了阻流筋，让材料流动较快的区域流动速度减慢，使其跟流动较慢的区域能够协同形变，最终成形合格的零件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中钛合金异形面零件的轴侧视图；

图2为本发明实施例中钛合金异形面零件的主视图；

图3为本发明实施例中钛合金异形面零件的俯视图；

图4为本发明实施例中钛合金异形面零件的右视图；

图5为本发明实施例中热成形模具的轴侧视图；

图6为本发明实施例中热成形模具的主视图；

图7为本发明实施例中热成形模具的俯视图；

图8为本发明实施例中热成形模具的右视图；

图9为本发明实施例中钛合金零件实物测量数据；

图10为本发明实施例中根据对比数据调整后模具数模图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例采用的钛合金异形面零件的材料是TC1薄板曲面件，待加工的钛合金异形面零件如图1-图4所示，TC1薄板曲面件的厚度为2mm，宽度为94mm，长度为310mm，型面的精度要求0.02mm。

下面对本发明实施例中提供的一种用于加工钛合金异形面零件的热成形模具设计方法进行说明，钛合金异形面零件，按照热成形的方法，考虑到产品要求，模具材料的收缩系数，模具材料选择1Cr18Ni9Ti。该方法包括以下步骤：

S101、按照钛合金异形面零件的尺寸要求，设计热成形模具；

S102、将设计热成形模具放入到热成形机中；

S103、对钛合金毛坯表面涂刷保护层；

S104、加热成形机，待温度达到700-750℃后，将涂刷保护层之后的钛合金毛坯放入到热成形模具中进行加热，加热时间15-25分钟；

在750℃的条件下，模具材料与零件材料膨胀系数的不同，选择的模具收缩系数为0.0055。先将模具加热到750℃，将涂覆好保护膜的毛坯料加热20分钟，放入到模具中进行冲压。

S105、热成形模具上下模进行合模保压，保压时间10-15分钟，将钛合金毛坯冲压成形；

S106、热成形模具上下模开模后，取出钛合金异形面零件；

S107、自然冷却取出的钛合金异形面零件；

S108、对冷却好的钛合金异形面零件进行测量，钛合金异形面零件的曲面通过逆向造型获得准确的数模；

零件冷却后，对其进行实际数据测量。

S109、基于钛合金异形面零件的数模与热成形模具的数模之间的差异，得到准确的膨胀系数，修改热成形模具的型腔，得到热成形模具。

实际成型零件的数模同原数模对比，偏差最大处为0.039，最小处为0.002。根据差异调整模具型腔尺寸，从而冲压出合格的产品。

得到的热成形模具如图5-图8所示。

上述实施例方案中，在热成形模具和钛合金异形面零件同时加热同时冷却后，测量两者之间尺寸的实际差值，从而解决两者膨胀系数不同导致的误差。通过此方案可以通过一次试模获得准确的膨胀系数差，可以有效地减少生产成本，特别适合精度要求高，型面复杂的零件。

在另一实施例中，考虑到外形落差大于15mm的区域成形时材料流动的速度较慢容易开裂，落差小的区域材料流动较快容易起皱，所以首先对钛合金异形面零件结构形式进行分析，在外形落差大于15mm的区域成形时，增加工艺阻流筋，让材料流动速度均匀进行。

阻流筋可以根据经验值设计，本发明实施例中，阻流筋设置在钛合金异形面零件成形边缘15mm处，阻流筋宽度为10mm，高度为5mm。

上述实施例方案中，当零件外形高低落差较大时会导致成形后零件开裂或褶皱，模具设计时增加了阻流筋，让材料流动较快的区域流动速度减慢，使其跟流动较慢的区域能够协同形变，最终成形合格的零件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。