[发明专利]一种大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于一种封头的制造方法，具体涉及一种薄壁TC4钛合金封头的制造方法。

背景技术

大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头是载人飞船空间站的一种重要结构件。TC4钛合金常温下强度高，塑性低，弹性模量大，加工工艺性较差，必须要在高温条件下成形。大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头制备，如果采用热冲压或高温锻造，然后再机械加工方法，存在如下问题：采用热冲压与机械加工工艺，必须采用多套模具，分多次冲压完成，并且冲压前还要对TC4钛合金原材料进行包覆，冲压后还要去除包覆层，因而制造成本高，效率低，并且冲压是坯料整体拉伸成形，坯料回弹较大、材料有损伤，冲压零件精度偏低；采用锻造与机械加工工艺，也必须采用带大型凸模和凹模的锻造模具，经过多次锻造成厚壁模锻件，然后车加工成形，成本高，效率低，并且由于封头尺寸大，锻造组织不均匀，锻造厚壁模锻件经内外表面车加工后，中心层性能较低，难满足使用要求，并且锻造模锻件加工余量大，变形严重，零件精度低；此外采用冲压或锻造再机械加工方法，往往受设备限制，需要大吨位的热冲压机床或锻造设备和大型加热炉。

《机械工人(热加工)》2004年第10期中文献《钛合金封头的热成形》中采用三次冲压的方式成形了SR300×5mm的封头。该工艺采用了三套冲压模，工序多，周期长，成本高，零件壁厚、尺寸小。

《热加工工艺》2003年第2期中文献《热旋封头工艺的研究与开发》中采用A3钢和热旋方式加工了Φ800×6mm的厚壁封头。文献中仅提到旋压成形A3钢厚封头，未涉及产品精度和性能要求，并且A3钢强度低、塑性好，旋压加工较TC4钛合金容易很多。

目前国内外未见膜盒式贮箱薄壁TC4钛合金封头的制造方法的文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精度高、制造成本低的大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头的制造方法。

本发明是这样实现的：一种大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头的制造方法，它包括以下步骤：

(1)一道次强旋：将芯模预热至200℃～350℃，将坯料装卡在预热后的芯模上，工装型面相对封头型面留有0.5～1mm的加工余量，并将整个坯料预热至300℃～500℃，然后集中给需旋压部位加热到750℃～900℃，再强旋至最大变形量的30％～45％处；

(2)多道次普旋：将步骤(1)所得的坯件在700℃～900℃温度下，进行4～6道次的普旋，使强旋坯件未变形的法兰区贴靠在芯模上，收缩形成封头半成品；

(3)再一道次强旋：将步骤(2)所得的封头半成品在750℃～900℃温度下从中心部位再一次强旋至封头口部，使变形量为5％～10％；

(4)真空退火处理：将旋压过的封头半成品在760℃～800℃进行50～70min高温真空退火处理，然后随炉冷却；

(5)粗车外型面：将退火处理后的封头半成品进行粗车加工，留有加工余量1～1.5mm；

(6)稳定化处理：将步骤(5)所得的封头半成品在70～110min内升温至380℃～420℃，保温50～70min，随后在50～70min内升温至580℃～620℃，保温100～140min，然后随炉冷却；

(7)精车内外型面：先精车内型面，再精车外型面至产品要求尺寸。

本发明存在以下优点：采用强旋、多道次普旋、再强旋的旋压方法，克服了冲压或锻造零件精度偏低的缺点，提高了产品的精度；在粗车与精车之间进行稳定化处理，克服了零件的残余应力的影响，进一步提高了产品的精度。此外，由于制造过程中不需要多套模具，所以降低了制造成本。

具体实施方式

实施例1

一种大尺寸薄壁高精度TC4钛合金封头的制造方法，它包括以下步骤：

(1)一道次强旋：选择厚度为10mm的坯料，制备成带中心定位孔、直径为Φ650mm的圆板坯件；用氧气—乙炔焊炬将芯模预热至200℃，将坯料装卡在预热后的芯模上，工装型面相对封头型面留有0.5mm的加工余量，并将整个坯件预热至300℃，然后集中给需旋压部位加热到750℃，再强旋至最大变形量的30％处。旋压机原理是通过控制变形量，调整与变形量相对应间隙量，压制坯件达到所需要的尺寸，而不是通过控制压力值实现所需要的尺寸，对于旋压工艺，通过旋压变形量、芯模温度和坯件温度即可实现所需要的尺寸。

(2)多道次普旋：将步骤(1)所得的坯件在700℃温度下，进行4道次的普旋，使强旋坯件未变形的法兰区贴靠在芯模上，收缩形成封头半成品；