[发明专利]一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置及方法

说明书

本发明公开了一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置及方法，其中，该装置包括下模具、气孔、钛合金板材、上模具、检测器和激光发生器；其中，钛合金板材设置于下模具的上部；上模具设置于钛合金板材的上部；下模具开设有气孔；激光发生器发射光束，照射于钛合金板材的表面，检测器检测钛合金板材的表面的温度，当检测器检测到钛合金板材的表面的温度达到设定温度时，从气孔通氩气，钛合金板材的表面开始凸起变形，当检测器检测到钛合金板材的表面凸起到设定高度h时，气孔停止通氩气。本发明结构简单，能耗低，可实现钛合金快速成形，并可以控制变形顺序，改善胀形工艺局部“越胀越薄”问题，提高气压胀形壁厚均匀性。

技术领域

本发明属于钣金加工领域，涉及一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置及方法，适用于快速成形、低成本以及壁厚均匀性要求较高的钛合金钣金结构件。

背景技术

钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等优点而被广泛用于航空航天领域。但由于钛合金屈强比大，延伸率较低，易回弹，通常需要专用热成形设备进行高温成形，成形成本高，限制了钛合金应用。胀形是利用模具使毛坯厚度减薄和表面积增大，以获取零件几何形状的冲压加工方法。现有的胀形通常会使板材局部越来越薄直至破裂。因此，钛合金钣金结构件在高温胀形过程，局部减薄破裂是常见缺陷，通常很难避免。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置及方法，与常规高温胀形相比本发明结构简单，能耗低，可实现钛合金快速成形，并可以控制变形顺序，改善胀形工艺局部“越胀越薄”问题，提高气压胀形壁厚均匀性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：根据本发明的一个方面，提供了一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置，包括：下模具、气孔、钛合金板材、上模具、检测器和激光发生器；其中，所述钛合金板材设置于所述下模具的上部；所述上模具设置于所述钛合金板材的上部；所述下模具开设有气孔；所述激光发生器发射光束，照射于所述钛合金板材的表面，所述检测器检测所述钛合金板材的表面的温度，当所述检测器检测到所述钛合金板材的表面的温度达到设定温度时，从气孔通氩气，所述钛合金板材的表面开始凸起变形，当所述检测器检测到所述钛合金板材的表面凸起到设定高度h时，气孔停止通氩气。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形装置中，所述钛合金板材的厚度为t mm，其中，0.5≤t≤3。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形装置中，所述气孔的直径为5～10mm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种钛合金板材局部激光加热气压成形装置方法，使用本发明的一方面所述的钛合金板材局部激光加热气压成形装置实现该方法，该方法包括如下步骤：步骤一：将钛合金板材放置于下模具和上模具之间夹紧；步骤二：控制激光发生器发射光束，照射于需要凸起钛合金板材表面，检测器检测钛合金板材表面温度；步骤三：当检测器检测到钛合金板材表面温度达到设定温度时，从气孔通氩气，钛合金板材表面开始凸起变形；步骤四：当检测器检测到钛合金板材凸起到设定高度h时，气孔停止通氩气，并将下模具和钛合金板材之间氩气从气孔中排出。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形方法中，在步骤一中，将钛合金板材放置于下模具和上模具之间夹紧，夹紧力为5～20MPa。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形方法中，在步骤二中，激光发生器发射光束，光束功率100～1000W，光束直径1～10mm，光束扫描速度10～100mm/s。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形方法中，在步骤三中，当检测器检测到钛合金板材表面温度达到设定温度为800～950℃。

上述钛合金板材局部激光加热气压成形方法中，在步骤四中，检测器检测到钛合金板材凸起到设定高度h与钛合金板材的厚度t、钛合金板材在设定温度时的屈服强度σ和氩气最小压力p之间关系为：h＝2×t×σ/p。