[发明专利]一种钛合金整体壁板电辅助多点压机成形装置和方法

说明书

本发明公开了一种钛合金整体壁板自阻加热多点压机渐进成形装置和成形方法，该装置和成形方法将板材电脉冲自阻加热特性与多点压机渐进成形技术结合在一起，所述成形装置包括：待成形整体壁板(带筋板)、压边块、导线、刚性工具头、红外热成像仪、可调工具头组和脉冲电源发生器、控制系统。本发明利用钛合金材料在加热状态下的软化和蠕变性能，使其塑性提高，从而降低成形力和改善成形性，减少成形工序和零件的回弹；利用多点压机渐进成形原理，实现大尺寸工件的柔性模加工过程。多点工具头连接脉冲电源发生器后可根据整体壁板不同部位的变形需求采用变温加热，对腹板和筋板分区变形，降低带筋板的钛合金整体壁板这类难变形材料成形难度。

技术领域

本发明属于多点渐进与数控热渐进复合成形技术领域，特别是钛合金整体壁板这类复杂曲面件电辅助多点压机成形装置和成形方法。

背景技术

钛及钛合金材料不仅具有耐高温(能在600℃左右温度下稳定使用)、耐腐蚀、比强度高、抗疲劳和使用温度范围宽等突出优点，而且钛的资源丰富，可循环利用。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。钛合金在工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛合金也被人们誉为“太空金属”、“海洋金属”和“陆地金属”，是重要的战略金属材料。

然而，钛合金在常温下屈强比大，所需成形力大，易开裂，因此钛和钛板的塑性变形范围十分窄小；而且，钛合金在常温下弹性模量也很小，因此钣金成形后回弹严重，不易贴模，成形困难。另外，钛合金在加工后易产生各向异性，导致板材性能和尺寸精度降低。目前，钛合金整体壁板常规冷变形或温热变形方法成形对设备吨位要求较高、成形过程中易出现筋根部开裂和筋上端失稳变形等成形缺陷，且最终成形尺寸精度难以保证。虽然钛合金壁板件可采用整体化铣方法或腹板焊接加强筋的方法成形，但整体化铣方法易切断金属流线、造成关键受力位置流线不合理，而焊接加强筋容易引入残余变形和焊接缺陷。因此，迫切需要针对钛合金网格筋整体壁板件开发新的整体成形技术。

经检索，发现中国发明专利：铝合金飞机整体壁板多点成形方法，公开号：CN104646475A，申请号：201510096716.0，该发明公开了一种飞机铝合金整体壁板多点成形方法，该方法将带筋的铝合金整体壁板放置于可快速重构模面的上下多点模具之间，筋条之间填充填料，壁板与多点模具之间放置弹性垫，用模具对压方式按照可控制的变形路径逐步成形出带有筋条的铝合金整体壁板零件。该发明能够用于不同筋条结构的双曲率飞机铝合金整体壁板成形，解决了大尺寸、高筋条整体壁板成形的难题，但对于钛合金这类高屈强比的材料，如果采用该方法所需成形力大而且易回弹，成形难度较大，成形尺寸精度也会较低。

经检索，发现中国发明专利：一种高温钛合金网格筋壁板的电辅助压弯成形工艺方法，公开号：CN 111957777 B，申请号：202010782037.X，该发明公开了一种高温钛合金网格筋壁板的电辅助压弯成形工艺方法，包括以下步骤：将高温钛合金厚板铣削加工成为平面网格筋壁板；通过连接脉冲电流发生器的两个电极分别对平面网格筋壁板两端进行接触压边；脉冲电流发生器通过电极对平面网格筋壁板进行自阻加热；控制压弯凸模下行对平面网格筋壁板进行压弯操作；待平面网格筋壁板成形至设计的几何形状。该发明将脉冲电流辅助成形的思想应用于高温钛合金网格筋壁板整体成形过程，预期利用材料自阻加热效应及电致塑性效应提高高温钛合金网格筋整体壁板件成形性，并通过电-热-力场的协同控制，实现高温钛合金网格筋整体壁板件形性一体化精确调控，但由于壁板的筋板和腹板厚度不同，其变形抗力也不同，此方法在成形过程容易出现变形不协调现象。

多点成形是一种板材三维曲面成形的柔性加工方法，其基本思想是采用一系列规则排列、高度可调的基本体来离散并代替传统的整体模具。由于具有高度柔性化等特点，多点成形方法具有传统模具不可替代的优势。根据成形件的不同曲面形状来实现成形面的自由、快速构造。上述多点成形技术已成功应用于高速列车、造船与飞机蒙皮等领域，实现了商品化和产业化。多点成形技术是通过调节离散型冲头高度自由构造成形曲面，是对三维曲面板材传统生产方式的重大创新，对于多种复杂曲面的成形有着独特优势。