[发明专利]一种钛合金曲面零件的热成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及钛合金曲面零件的制造技术领域，具体涉及一种钛合金曲面零件的热成形制造方法。

背景技术

在航空航天产品上常采用钛合金曲面零件，例如钛合金蒙皮，此类零件一般采用热成形方法成形。

钛合金热成形时，一般采用金属模具进行。通常，先将模具加热到650℃以上的成形温度，再将坯料放入模具内预热，然后模具上、下模合模成形零件，利用液压机保压5～10分钟，成形完即分开模具，适当冷却后取出零件。

当钛零件和模具在加热时，二者的尺寸将随温度升高而增大，通常情况下，金属模具在高温下尺寸比钛零件增大更多，而钛零件在高温下成形，其尺寸由高温状态的模具尺寸决定，因此由模具成形出的钛零件尺寸将增大，即使成形后冷却，零件冷却到室温尺寸仍易偏大。对于有尺寸配合要求的零件，这种工艺会带来尺寸精度上的误差。

考虑到这种情况，目前，热成形的模具在室温时一般做得比钛零件最终需要的尺寸小，即模具要考虑缩尺(缩小)，这样，在模具加热到钛合金零件的成形温度时，放入工件并加热到同样的温度，工件成形，成形后模具的凸、凹模分开，工件和模具按照各自的收缩规律进行收缩，理论上工件能收缩到名义值。

但是，由于缩尺系数很难准确给定以及缩尺系数误差的存在，成形后的零件型面并不能达到名义尺寸，即实际尺寸会偏离名义尺寸。而且，钛合金工件成形后模具分开，工件取出，工件的收缩过程得不到模具凸模和凹模的支撑，工件存在回弹和无约束条件下的变形，导致工件成形后常温下型面精度达不到要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种钛合金曲面零件的热成形方法，其目的在于通过使工件在成型时凸模与凹模不分开的合模状态下进行随炉冷却，由此获得精确的钛合金零件尺寸与精度，解决成形尺寸和型面精度与实际需求存在差距的技术问题。

实现本发明目的所采用的具体技术方案如下：

一种钛合金曲面零件的热成形方法，包括以下步骤：

将成形模具装入压力机的加热炉内；

将钛合金毛坯装入模具内，并对毛坯和模具加热；

利用压力机通过所述模具对毛坯进行冲压成形；

工件和模具冷却后，打开模具，取出工件，即可完成钛合金曲面零件的成形；

其特征在于，所述冷却是工件和模具一起随炉冷却，且冷却中模具保持处于合模状态，即模具凸模与凹模不分开。

作为本发明的进一步优选，所述成形模具的凸模型面尺寸与钛合金曲面零件尺寸一致。

作为本发明的进一步优选，所述模具的凸模与凹模的间隙为1.15t，其中t为毛坯的材料厚度。

作为本发明的进一步优选，所述模具的凸模可作为检验模。

作为本发明的进一步优选，所述钛合金毛坯装入压力机的加热炉前，先在其表面涂刷保护涂料。

作为本发明的进一步优选，所述对毛坯和模具加热的温度优选为700-750℃。

作为本发明的进一步优选，所述冲压成形后再冷却前先保压一段时间再卸除压力机的压力。

作为本发明的进一步优选，所述钛合金曲面零件优选为蒙皮类零件。

本发明还公开了一种利用所述的热成形方法所制备的钛合金曲面零件。

本发明的钛合金曲面零件的热成形方法中，热成形所用的模具尺寸可以直接按工件尺寸设计，不需要考虑缩尺系数，不因为模具材料比钛合金膨胀系数大而缩小模具尺寸。

本发明中，模具的凸模与凹模的间隙优选可以按1.15t确定(t为材料厚度)。

本发明在热成形步骤中，保压时间不少于15min，卸除压力后压力机仍处于闭合状态；在随炉冷却步骤中，工件位于模具内，模具冷却过程一直处于合模状态，即模具凸模与凹模没有分开。

本发明中，工件随模具冷却到常温后，模具尺寸收缩回复到名义尺寸，工件一直在合模状态的模具内，模具限制了工件从高温到常温的自由收缩，在随炉冷却的过程中模具继续对工件进行成形，从高温到常温，工件尺寸始终与该温度下的模具尺寸一致。

本发明的方法与现有技术相比，至少具有如下优势：

（1）模具可以直接按工件尺寸设计，不考虑缩尺，设计简单。

（2）模具的模胎可以兼做工件型面的检验模，不需另外生产检验模。

（3）模具采用1.15t(t为工件材料厚度)的小间隙，有利于保证零件的型面精度。

（4）零件成形精度高，型面与模胎贴合精度可达0.2mm以内。