[发明专利]大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具及成形方法

说明书

本发明属于塑性成形加工的技术领域，具体涉及一种大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具及成形方法。超塑成形模具，其包括上模和下模，上模与下模耦合，二者由超塑成形设备的压力机压紧板料后形成可靠的密封；下模用于在惰性气体的压力下使板料贴模成形，将2个对称零件通过工艺补充面设计在同一下模的型面上，同时成形一架份2件，型面的具体尺寸通过工艺仿真确定，确保成形零件的厚度均匀性。本发明提供的大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具及成形方法使用气胀超塑成形，解决了原有刚性上下模压制产生的褶皱、局部严重减薄和回弹量大导致形状尺寸超差的问题。

技术领域

本发明属于塑性成形加工的技术领域，具体涉及一种大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具及成形方法。

背景技术

钛合金由于比强度高、抗疲劳、抗腐蚀性能优异，能在600℃左右温度工作而表现突出，且其密度仅为钢和镍基高温合金的一半左右，这些优异性能使钛合金能够成功应用于航空航天工业。

如图1所示，目前常用的大型双曲度角材为TC4钛合金等温热成形零件，钛合金薄壁件由于冷加工难成形，而多采用等温热成形法。等温热成形是将金属材料加热至再结晶温度以下，利用金属材料在高温下塑性提高、变形抗力降低的特点制造零件的一种压力加工技术。该零件位于后桶段，每架飞机有对称2件，板厚2mm，零件长度约2700mm，弦高接近300mm，零件规模从长度到弦高都达到了在产零件的极限，加之形状曲度的复杂性，在成形时极易产生褶皱、局部严重减薄和回弹量大导致形状尺寸超差的现象。

而金属的超塑性是指金属材料在特定的内在条件(指材料成分、组织及相变能力)和外在条件(指温度、加热方式、压力及应变速率等)下，呈现无缩颈和异常高的延伸率的特性，凡变形量超过100％的变形都称为超塑性变形。超塑成形正是利用金属的超塑性来成形出变形量较大、形状复杂的零件。

发明内容

针对上述大型钛合金双曲度角材零件目前制造的不足，提出一种大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具及成形方法。

本发明的技术方案为：

一种大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形模具，其包括上模和下模，上模与下模耦合，二者由超塑成形设备的压力机压紧板料后形成可靠的密封；下模用于在惰性气体的压力下使板料贴模成形，将2个对称零件通过工艺补充面设计在同一下模的型面上，同时成形一架份2件，型面的具体尺寸通过工艺仿真确定，确保成形零件的厚度均匀性。

所述的上模包括上模进气孔1、上模测温孔2、上模压边梗3和上模压板槽4；其中，上模进气孔1设置两组，分别位于上模的两端头，用于连接设备进气系统，在板料超塑成形时充入氩气；上模的侧壁处下端开设有上模测温孔2，用于升降温时监测上模的温度；上模的侧壁处上端设置上模压板槽4，用于上模与设备上平台使用压板连接固定；上模的下表面边缘处设置有上模压边梗3。

所述的下模包括下模排气孔5、下模测温孔6、下模压边梗7、下模压板槽8和导向板9；其中，下模排气孔5开设于下模的上表面，位于零件最后贴模的圆角处，用于板料超塑成形贴模时排气；下模测温孔6开设于下模的侧壁处上端，用于升降温时监测下模温度；下模压板槽8设置于下模的侧壁处下端，用于下模与设备下平台使用压板连接固定；下模压边梗7位于下模的上表面边缘处，用于与上模压边梗3结合作用，上、下模夹紧并密封板料，确保气压的加载；下模的四周侧壁上设置有导向板9，用以控制合模定位的准确度。

另一方面，本发明提供了一种采用上述的超塑成形模具进行大型钛合金双曲度角材零件的超塑成形的方法，其包括以下步骤：

步骤1、清理钛合金板料表面至干净无油污，在板料两面与超塑成形模具工作面涂覆止焊剂；

步骤2、将整套超塑成形模具安装进入超塑成形设备中，保证上、下模滑合定位准确；将板料放置于下模上，设备上平台联动上模下行，接触到板料，上平台停止下行；