[发明专利]一种钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具及工作方法

说明书

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具及工作方法。零件需加工的内凹程度较大处，在内凹R型面对应的筒形件外侧加设材料膨胀系数小于胀瓣材料膨胀系数的型箍，来对该加工点进行限制。利用驱动凸轮来推动滚轮座，均匀推动胀瓣径向方向上向外运动，对待加工筒形件进行胀形，驱动凸轮相邻两个凸齿之间的连接处为弧形内凹的过渡区，包括一体连接、圆润过渡的曲率较小的陡部和曲率较大的缓部，通过驱动凸轮的转动，转换凸齿、陡部和缓部与滚轮接触，实现连续调节胀瓣径向方向上向外运动不同行程，均匀胀形。通过内部胀形和外部型箍的同时配合，即使零件需加工的内凹程度较大时，也能精密加工出内凹R型面。

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种TC4钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具及工作方法。

背景技术

TC4钛合金筒形件是航空发动机、导弹和飞船等航空航天器的一类重要结构件。热胀形工艺是TC4筒形件一种有效的成形方法。随着航空航天器零部件精度的不断提高，目前的内高压和轴向加载成形等胀形工艺不能完全满足此类零件的精度要求。

目前针对TC4钛合金筒形件的材料特点，采用高温条件下径向可变的分瓣胀形工装，运用热胀形工艺，加工高精度的TC4筒形件。但是现有技术存在如下技术问题，严重影响高精度TC4钛合金筒形件的精密加工：

(1)当零件需加工的内凹程度较小的时，使用现有胀形模具，可以达到预计的胀形。但是当零件需加工的内凹程度较大时，热胀形时由于胀瓣的型面也为内凹形，胀瓣向外胀形时，零件在形变时只接触到胀瓣内凹处的两个最高点，而胀瓣内凹处最低点没有与待加工筒体接触并施力，造成待加工筒体的内凹型面无法形成内凹R型面，而是形成一个坡，无法成形到设计图要求的尺寸，严重影对零件的加工精度、装配和使用效果。

(2)现在是利用楔形圆柱体，直接与胀瓣接触，通过对楔形圆柱施加向下的力，进而推动胀瓣径向向外移动。但是楔形圆柱直接与胀瓣接触时，摩擦力较大，使用多次后容易造成楔形圆柱或者胀瓣内型面出现磨损。并且在磨损后的再次加工时，会造成各个胀瓣在向外移动时的程度不一致，这种不均匀的胀形过程，会造成某一点或几点的应力集中，对零件的成形圆度及零件最终形状产生影响，严重的甚至会导致零件的开裂，严重影响加工的精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具及工作方法。对于零件需加工的内凹程度较大处，通过在内凹R型面对应的筒形件外侧加设材料膨胀系数小于胀瓣材料膨胀系数的型箍，来对该加工点进行限制。同时，利用驱动凸轮来推动滚轮座，进而均匀推动胀瓣径向方向上向外运动，对待加工筒形件进行胀形，驱动凸轮相邻两个凸齿之间的连接处为弧形内凹的过渡区，过渡区包括一体连接的曲率较小的陡部和曲率较大的缓部，陡部和缓部之间圆润过渡，可以通过驱动凸轮的转动，转换凸齿、陡部和缓部与滚轮接触，从而实现连续调节胀瓣径向方向上向外运动不同行程，达到胀形的目的。通过内部均匀胀形和外部型箍的同时配合，即使零件需加工的内凹程度较大处时，也能精密加工出内凹R型面，达到零件所需的高精度要求。

具体技术方案如下：

一种钛合金薄壁筒形件弧形凹面的热胀形模具，包括驱动凸轮、滚轮座、胀瓣和型箍，所述型箍的膨胀系数比待加工筒体材料的膨胀系数小；

所述驱动凸轮圆周上对称、均匀分布凸齿，相邻两个凸齿之间的连接处为弧形内凹的过渡区，过渡区包括一体连接的曲率较小的陡部和曲率较大的缓部，陡部和缓部之间圆润过渡；所述驱动凸轮的中心通过转轴、锥副齿轮连接电机的输出端；

所述滚轮座的位置与驱动凸轮的凸齿对应，滚轮座包括U型本体，U型本体包括上下各一个自由端，上自由端末端加工成圆弧形状，上下自由端的中部竖直方向开孔，孔内插入并固定滚轮的轴两端，滚轮滚动过程中可与驱动凸轮凸齿和过渡区侧面紧密抵接；