[发明专利]一种大截面差钛合金管件差温气压成形方法及装置

说明书

本发明公开了一种大截面差钛合金管件差温气压成形方法及装置，通过模具分区加热调控变形均匀性，包括以下步骤，S1：在模具的不同区域布置不同的加热元件，分别进行温度测量与控制，实现模具大端温度较低、模具小端温度较高的差温温度场；S2：根据管坯大端与管坯小端的温度、直径、壁厚和材料性能，通过计算设计气压加载曲线，采用该气压加载曲线，向管坯内部注入压缩气体，使管坯大端与小端同步变形，并获得基本相同的最大应变速率。本发明提高了变形均匀性和成形效率，降低能耗。

技术领域

本发明涉及钛合金薄壁构件塑性成形制造技术领域，特别是涉及一种大截面差钛合金管件差温气压成形方法及装置。

背景技术

随着飞机、火箭、汽车、舰船等运载工具向轻量化和高可靠性发展，迫切需要采用钛合金制造各种空心薄壁件，例如飞机燃油系统、飞机和火箭发动机进气和排气系统、汽车排气系统、舰船发动机热端部件等采用的导油管、进气道、排气道、排气管等。其中有一类典型构件是大截面差钛合金管件，如图1所示。

与传统钢铁材料相比，钛合金构件具有减轻重量、耐腐蚀、耐高温等优势，但是由于钛合金室温塑性差、变形回弹大、高温组织演变复杂，存在成形困难、尺寸精度和组织性能控制困难等难题。钛合金大截面差管件常用成形方法是整体加热气压成形，其基本原理是：将两端封闭的管坯和模具一起放入加热炉中，加热到成形温度，以TC4钛合金为例，需加热至700-900℃，然后向管坯内部通入压缩气体，在管坯内部加压，使管坯变形贴靠外部的模具，成形为大截面差管件。

大截面差管件的整体加热气压成形方法存在如下问题：管坯完全被加热至同一个温度，在内压增大的过程中，由于周长较大的部位承压能力低、周长较小的部位承压能力高，易造成变形不同步，周长较大部位优先发生剧烈变形，导致构件壁厚不均或无法成形。

发明内容

本发明的目的是提供一种大截面差钛合金管件差温气压成形方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高变形均匀性和成形效率，降低能耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种大截面差钛合金管件差温气压成形方法，通过模具分区加热调控变形均匀性，包括以下步骤，

S1：在模具的不同区域布置不同的加热元件，分别进行温度测量与控制，实现模具大端温度较低、模具小端温度较高的差温温度场；

S2：根据管坯大端与管坯小端的温度、直径、壁厚和材料性能，通过计算设计气压加载曲线，采用该气压加载曲线，向管坯内部注入压缩气体，使管坯大端与小端同步变形，并获得基本相同的最大应变速率。

优选地，步骤二中所述气压加载曲线的计算公式为

其中，p(T)为在温度为T的条件下所需成形压力，t为管坯壁厚，r为管坯内侧半径，σ_s(T)为在温度T的条件下管坯的屈服强度。

优选地，步骤二中所述管坯两端截面形状不同，所述管坯为一端大一端小的锥形管坯，所述管坯的截面呈圆形或椭圆形或多边形。

优选地，步骤二中所述管坯的厚度为1mm-6mm，所述管坯的外径或横截面的外轮廓最大尺寸为20mm-3000mm，所述管坯的长度为100mm-2000mm。

优选地，步骤二中所述的管坯材料为钛合金，所述钛合金包括近α型和α+β型钛合金。

优选地，步骤二中所述管坯小端的温度为650℃-850℃，所述管坯小端的温度低于管坯材料的相变温度。

优选地，步骤二中所述压缩气体为空气的压缩气体或氩气的压缩气体或氮气的压缩气体或氦气的压缩气体。