[发明专利]一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法

说明书

本发明公开了一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，在钛合金薄壁型材冷拉弯成形过程采用预拉伸和两次冷拉弯相结合的方式，通过预拉伸过程使型材产生一定的预拉伸变形量，后通过两次冷拉弯变形分别成形出曲率半径为400mm～650mm和局部曲率半径为100mm～180mm的曲面形状，控制型材预拉伸变形量在0.5％～2.5％之间，第一次冷拉弯过程中拉力控制在18MPa～35MPa之间，拉伸机两端夹头同步移动速度控制在15～35mm/s之间，第二次冷拉时控制拉力在12MPa～25MPa之间；避免由于拉力和速度过大造成型材断裂，或者由于拉力和速度过低造成型材腹板出现起皱现象；本发明方法工艺流程可控，采用预拉伸和两次冷拉弯相结合的方式成形，可以避免热拉伸带来的型材表面氧化现象。

技术领域

本发明属于钛合金型材冷变形技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁型材冷 拉弯成形方法。

背景技术

钛合金型材作为一种新型高结构效益材料在先进军用飞机上已获得广泛应 用。国际上，俄罗斯及欧美等钛工业发达国家已具有成熟的钛合金型材生产技 术，其生产的钛合金型材均已普遍应用到飞机上。钛合金型材在苏联的飞机上 主要用于飞机升降副翼、方向舵、发动机短舱结构，其中薄壁精密型材在飞机 上的用量在上世纪八十年代已经占到了钛合金毛料重量的16％，主要包括OT4、 BT5、BT6ч、BT20、BT22等多种牌号合金，涵盖了从688MPa～1080MPa不 同强度级别的钛合金系列。截面形式有“T”、“L”、“Z”和“Π”形等多种形状， 壁厚为1.2mm～5mm。欧美国家主要在大型客机和运输机上大量应用钛合金厚 壁型材和薄壁型材，其中美国最大的钛合金制造商RTI公司生产的钛合金薄壁 型材经热蠕变拉弯成形后，已经成功应用，如B-777上“T”形水平安定面加强筋、 “L”形机翼梁，A-340上“Π”形襟翼滑轨等。在钛合金拉弯成形设备方面，如 法国ACB公司、美国CYRIL BATH公司和LF公司均可以生产满足型材成形的 设备，并且能达到很高的制造精度。2010年，美国CYRILBATH公司对自阻加 热系统进行改进，在周围增加了保温箱，提高零件的加热效率和温度均匀性。

国内钛合金型材研制起步较晚，应用上必需使用型材的部位，往往不得已 用钣金件或厚板机加代替，工艺复杂、零件质量不易保证。国内钛合金薄壁型 材主要应用在飞机发动机舱、起落架舱、尾梁、机尾罩、空调系统、防火系统 等飞机各部位，涉及到的钛合金包括BT20(TA15)和OT4(TC2)两种牌号， 等边L形、不等边L形、T形、锐角L形、Z形等多种规格。钛合金薄壁型材 用于飞机长桁、隔框、隔板以及连接角材等部位时，与机身连接处多为异型曲 面，因此型材装机前需要进行拉弯成形。

国内在进行国产钛合金型材冷拉弯生产过程中，由于型材壁厚尺寸和性能 均匀性差，当采用大变形量或较大的拉伸力时出现局部裂纹甚至断裂情况，当 采用较小变形量或较小的拉伸力时又极易出现局部起皱、回弹大(最大回弹量 30mm左右)、精度不高，无法采用稳定化退火热处理进行矫形(即使采用退火 处理后再进行补拉，回弹依然较大)。另外，国内工厂的成形设备多靠工人的个 人经验，且部分型材的局部小曲率半径成形只能采用工人手工成形，成形后工 件局部翘曲变形、精度差，一定程度上制约了我国型材成形技术的发展。因此， 近年来国内陆续研发了小型拉伸成型设备，通过在型材周围安装加热保温炉， 或通过自阻加热系统利用型材坯料自身电阻产生焦耳热，从而完成型材的热拉 伸成形。但是这种热成形方式，一方面对成形中的加热系统的控温精度和模具 耐热性要求高，模具寿命降低，另一方面型材在加热过程中会发生氧化污染， 影响后续零件精度。因此，急需对现有的冷拉弯工艺进行改进。

发明内容

本发明的目的是：提出一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，以解决目前 国内的钛合金薄壁型材(尤其是壁厚为1.3mm～2.7mm)厚度不均匀，目标零 件带有大曲率半径和局部小曲率半径的复杂零件的冷拉弯成形难题。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种钛合金薄壁型材冷拉弯成形方法，该方法包括以下步骤：