[发明专利]一种薄壁钛合金管材高精度折弯的成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄壁钛合金管材高精度折弯的成型方法，属于金属加工成形技术领域。

背景技术

在航空航天领域，高速飞行器飞行时与空气摩擦产生大量热量，易导致产品机械性能下降，为保证产品在服役周期中具有较高的强度、刚度和较轻的重量，通常采用钛合金作为关键部位的零部件材料。考虑到飞行器装配需要，通常将连接管材设计成等截面异形管，以规避相干涉部件。这类钛合金等截面异形管材成形时，通常采用冷折弯配合热校形工艺。冷折弯工艺是通过在管材内部放置万向轴，利用弯管机折弯滑块运动来带动管材成形；热校形工艺是将管坯与模具加热至工艺温度，通过机械压力使管材发生变形，依靠热校形模具内型腔保证管材成形精度。但由于钛合金室温塑性差、强度高、弹性模量低等特点，导致该方法存在以下技术难点：(1)冷折弯成形力较大，小吨位设备难以满足需求；(2)弯角外侧易出现过度减薄甚至破裂缺陷，而弯角内侧易起皱；(3)冷折弯过程中，管材圆截面圆整精度难以保证，向垂直于折弯平面方向延展，需设计较大回弹余量，折弯角精度控制困难；(4)热校形时，热成形模具合模时易出现“咬边”缺陷，且长时加热易产生高温蠕变，导致产品圆截面的圆整度难以控制；(5)两步成形周期较长，成本较高。因此，亟待提出一种适用于薄壁钛合金异形管材的高效率、高精度、高成品率、低成本成形方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种薄壁钛合金管材高精度折弯的成型方法，所采取的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种薄壁钛合金管材高精度折弯的成型方法。该方法是通过模具密封管材的端部，通过模具上的气孔排空管材内的空气，并充入惰性气体，将管材置于凹模上，加热至工作温度后利用凸模对管材施加弯折力，同时管材的一端或两端进给补料并控制内部惰性气体的压力，合模完成后保压一段时间后，降低气压并按照退火曲线降温。

进一步，所述方法是通过模具镶块压实管材端部的方式对管材两端进行硬密封，再通过模具上的气孔排空管材内的空气，并充入惰性气体，将管材置于成型机的凹模上，将管材加热至工作温度后，利用凸模对向管材侧壁施加折弯力使管材向凹模内折弯，同时，调节管材内部气体压力并控制一端或两端的模具向管材弯曲部位进给补料，合模成型后保压一段时间后，降低气压并按照退火曲线降温。

所述方法的步骤如下：

1)将管材的两端放置在紧固模具中，通过螺栓连接产生的压力对管材进行扩口密封，获得密封管材；

2)将步骤1)所得的密封管材放置在热压成型机的凹模上，通过管材两端紧固模具上的气孔向管材和成型机炉腔内通入高纯度惰性气体，排出空气；

3)加热管材至工作温度，同时通过气路控制系统调节管材内气体的压力；

4)下压凸模促使管材折弯，同时进给一端或两端的紧固模具，并控制管材内部气体压力；

5)合模完成后保压一段时间，降低气体压力，并按照退火曲线降温。

优选地，步骤1)所述管材，厚度为0.1mm-0.6mm，内壁直径为10mm-50mm，长度为50mm-200mm。

优选地，步骤2)所述惰性气体，为氩气。

更优选地，在管材加热过程中，气体压力0.1MPa-0.3MPa；弯折成型过程中，气体压力，1MPa-5MPa。

优选地，步骤3)所述工作温度为400℃-800℃。

优选地，步骤4)所述下压凸模，可采用冲压或挤压的方式，下压速度为0.01mm/s-0.5mm/s；所述进给，进给的速度为0.01mm/s-0.5mm/s。

优选地，步骤5)所述保压一段时间，为5min-15min；所述再按照退火曲线降温并降低气体压力，降温减压的过程中，保持管材内外压差在0.1MPa-0.3MPa，待管材冷却至100℃以下时，卸载压力并取出零件。

所述方法的具体步骤如下：

1)将厚度为0.1mm-0.6mm，内壁直径为10mm-50mm，长度为50mm-200mm的薄壁钛合金管材放置在紧固模具中，通过螺栓连接后进行扩口密封，获得密封管材；

2)将步骤1)所得的密封管材放置在热压成型机的凹模上，通过管材两端紧固模具上的气孔向管材和成型机炉腔内通入高纯度氩气，排出管材和炉腔内的空气；

3)将管材加热至400℃-800℃，同时通过管材两端紧固模具上的气孔所连接的气路控制系统保持压力至0.1MPa-0.3MPa；