[发明专利]一种钛合金板材热冲孔装置及利用该装置进行冲孔的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钛合金板材热冲孔装置及利用该装置进行冲孔的方法。

背景技术

钛合金具有轻质高强、耐蚀性好、低温或高温性能良好、热稳定性和焊接性能优异等 一系列优点，是目前逐渐广泛应用的一种先进结构材料，并且随着钛合金型材成本的逐渐 降低，尤其是钛合金的板材，其在航空航天、医疗、建筑、化工、电子通讯等领域的应用 逐年增加；

但由于钛合金室温塑性差，传统的塑性加工手段往往难以直接应用在钛合金上，目前 钛合金板材孔加工主要通过机械钻孔或者采用板材整体加热的热冲孔方法完成；

然而机械钻孔不仅效率相对较低，精度也受到限制，而热冲孔方法是将钛合金板材整 体加热后进行冲孔，实际上只有冲孔剪切变形区需要升温以降低强度，将钛合金板材整体 加热不仅浪费能源，而且使非变形区强度降低，也部分参与变形，降低冲孔精度以及工作 效率。

发明内容

本发明为了解决现有的钛合金板材热冲孔装置和方法效率低、冲孔精度差，能源消耗 高的问题，提出一种钛合金板材热冲孔装置及利用该装置进行冲孔的方法。

本发明的技术方案是：

一种钛合金板材热冲孔装置，该装置包括上平台、上绝缘陶瓷、上筒形纯铜导体、环 形钨铜冲头、环形钨铜垫圈、下筒形纯铜导体、下绝缘陶瓷、下平台、电流电源、上铜板 导体和下铜板导体；

所述上筒形纯铜导体、环形钨铜冲头、环形钨铜垫圈和下筒形纯铜导体同轴，上绝缘 陶瓷固定在上平台下端面，上筒形纯铜导体固定在上绝缘陶瓷下端面，环形钨铜冲头固定 在上筒形纯铜导体下端面，下绝缘陶瓷固定在下平台上端面，下筒形纯铜导体固定在下绝 缘陶瓷上端面，环形钨铜垫圈固定在下筒形纯铜导体的上端面，上铜板导体的一端与上筒 形纯铜导体连接，上铜板导体的另一端与电流电源的正极连接，下铜板导体的一端与下筒 形纯铜导体连接，下铜板导体的另一端与电流电源的负极连接。

所述的环形钨铜冲头的外径小于环形钨铜垫圈的内径；所述的环形钨铜冲头与环形钨 铜垫圈之间的间距可根据待冲孔钛合金板材的厚度进行调节；

所述的上铜板导体的横截面积大于30cm²；所述的下铜板导体的横截面积大于 30cm²；所述的上绝缘陶瓷的材质为氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷；所述的下绝缘陶瓷的材 质为氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷；所述的环形钨铜冲头的材质为W₈₀Cu₂₀合金；所述的环形 钨铜垫圈的材质为W₈₀Cu₂₀合金；

一种利用钛合金板材热冲孔装置进行热冲孔的方法按以下步骤进行：

步骤一：将待冲孔钛合金板材放置于钛合金板材热冲孔装置的环形钨铜垫圈上，然后 将环形钨铜冲头下降至其下表面与待冲孔钛合金板材接触；

步骤二：启动电流电源，当待冲孔钛合金板材表面与环形钨铜冲头和环形钨铜垫圈接 触部分的温度升至750℃～860℃时，再通过环形钨铜冲头向待冲孔钛合金板材施加20MPa ～40MPa的压力，即完成冲孔。

本发明所述装置及利用该装置进行冲孔的方法的原理为：

待冲孔钛合金板材放置于环形钨铜冲头和环形钨铜垫圈之间的间隙后，环形钨铜冲头 随上平台、上绝缘陶瓷和上筒形纯铜导体下降并与待冲孔钛合金板材接触，此时上筒形纯 铜导体、环形钨铜冲头、环形钨铜垫圈、下筒形纯铜导体、电流电源、上铜板导体下铜板 导体和待冲孔钛合金板材形成电流回路，然后电流电源供电，待冲孔钛合金板材的电阻率 远大于上筒形纯铜导体、环形钨铜冲头、环形钨铜垫圈、下筒形纯铜导体、上铜板导体和 下铜板导体，因此在待冲孔钛合金板材表面与环形钨铜冲头和环形钨铜垫圈接触部分即被 加热区域产生较大的焦耳热并快速升温，当待冲孔钛合金板材被加热区域的温度达到 750℃～860℃后，此时的待冲孔钛合金板材剪切强度约为12MPa，通过环形钨铜冲头向待 冲孔钛合金板材施加20MPa～40MPa的压力，即完成冲孔。

本发明钛合金板材热冲孔装置及利用该装置进行冲孔的方法具备以下有益效果：

1、本发明装置是将待冲孔钛合金板材进行局部加热，相比于现有的钛合金热冲孔将 板材整体加热而言，可以减少无谓加热导致大量能源浪费，相对于传统的整体加热冲孔， 可节约能源80％以上；