本發(fā)明涉及一種鈦合金薄壁件高溫成形模具，屬于工藝裝備設(shè)計(jì)及制造。
背景技術(shù)：
1、鈦合金因室溫下塑性成形性能差，易產(chǎn)生裂紋等缺陷，一般在高溫下進(jìn)行塑性成形。鈦合金的熱成形溫度一般在700℃-800℃之間。傳統(tǒng)的鈦合金薄壁件成形方法為先將耦合成形模具放入成形設(shè)備進(jìn)行加熱，待模具溫度升高至成形溫度且溫度均勻后，裝入鈦合金板料，加熱板料數(shù)分鐘后合模成形。該成形方法適合于單曲、小型、材料塑性變形較小的零件。但隨著航空航天、兵器、船舶及軌道交通等裝備的發(fā)展，越來越多的形狀不規(guī)則、曲率變化大的大型化、整體化復(fù)雜鈦合金薄壁件被用于裝備研制，此類鈦合金薄壁件采用傳統(tǒng)的鈦合金成形方式時(shí)易產(chǎn)生起皺和破裂等成形缺陷，嚴(yán)重時(shí)甚至損傷成形模具。若將此類薄壁構(gòu)件拆解成多個(gè)零件，則將增加生工序、成本和周期，同時(shí)成形質(zhì)量難以保證。如何實(shí)現(xiàn)此類鈦合金薄壁件的精準(zhǔn)、高質(zhì)量成形是亟需解決的難題。因此，急需一種創(chuàng)新的高溫狀態(tài)下鈦合金薄壁件精準(zhǔn)、高質(zhì)量成形方法及工裝，以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜鈦合金薄壁構(gòu)件的整體化、高效率、精準(zhǔn)成形。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鈦合金薄壁件高溫成形模具，該模具設(shè)計(jì)可在常規(guī)鈦合金高溫塑性成形設(shè)備上應(yīng)用，無需研制或采購(gòu)專用設(shè)備；同時(shí)，結(jié)合鈦合金構(gòu)件具體結(jié)構(gòu)特征成形時(shí)對(duì)材料流動(dòng)的需求(減薄或增厚)，依靠模具上特殊調(diào)控裝置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鈦合金材料在成形過程中的動(dòng)態(tài)流動(dòng)控制，使材料實(shí)現(xiàn)目的性流動(dòng)，防止鈦合金薄壁件產(chǎn)生破裂或起皺等缺陷。本發(fā)明可有效提升鈦合金薄復(fù)雜薄壁構(gòu)件的成形質(zhì)量和精度。本發(fā)明具體內(nèi)容，不僅局限于鈦合金板材，對(duì)于其他材料在高溫狀態(tài)下成形的復(fù)雜薄壁構(gòu)件同樣適用。
2、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，提供一種鈦合金薄壁件高溫成形模具，由上模(1)、下模(2)、上模板料工藝余量區(qū)(3)、下模板料工藝余量區(qū)(4)、材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)、材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)、上模延伸凸臺(tái)(7)組成。
3、所述上模(1)與下模(2)上設(shè)有形狀相匹配的零件型面區(qū)域，用于零件成形。
4、所述上模(1)的零件型面區(qū)域以外設(shè)有上模板料工藝余量區(qū)(3)，上模板料工藝余量區(qū)(3)上設(shè)有材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)；
5、所述下模(2)的零件型面區(qū)域以外設(shè)有下模板料工藝余量區(qū)(4)，下模板料工藝余量區(qū)(4)上設(shè)有材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)。
6、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)設(shè)于上模(1)的零件型面區(qū)域的一側(cè)或兩側(cè)，具體根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征及其成形時(shí)材料流動(dòng)趨勢(shì)確定。
7、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)與材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)的位置相對(duì)應(yīng)，形狀相匹配，當(dāng)上模(1)和下模(2)完成合模時(shí)，材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)落入材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)中，但材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)與材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)之間存有間隙δ。
8、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)設(shè)在零件結(jié)構(gòu)特征成形時(shí)易起皺部位的對(duì)應(yīng)位置上，同時(shí)避開零件結(jié)構(gòu)特征成形時(shí)易破裂的部位。
9、所述材料流動(dòng)調(diào)控凹槽(6)橫向貫通下模(2)，防止因封閉結(jié)構(gòu)對(duì)材料造成強(qiáng)拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致材料發(fā)生破裂。
10、所述間隙δ遵守以下公式：
11、δ＝1.1×t
12、其中t為零件厚度。
13、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)的截面為矩形或半圓形，任意一處的截面具有相同的形狀和尺寸，邊緣為倒圓角，倒圓角的r按下列公式進(jìn)行設(shè)計(jì)：
14、r＝(d-10)÷2；
15、式中d為截面寬度；
16、若d小于10mm，則r＝d÷2；
17、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)靠近上模(1)的零件型面區(qū)域的一側(cè)底緣與上模(1)的零件型面區(qū)域靠近材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)的底緣平行，距離l調(diào)為：
18、
19、式中h傳為采用傳統(tǒng)耦合模成形過程中，褶皺出現(xiàn)時(shí)，上下模之間的高度，h傳可通過成形仿真確定，采用傳統(tǒng)耦合模具進(jìn)行成形仿真，當(dāng)仿真過程中材料開始出現(xiàn)褶皺時(shí)，上下模具之間的高度即為h傳，α為靠近材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)的上模(1)的零件型面區(qū)域與模具底面所成的銳角，通過計(jì)算該零件型面區(qū)域與模具底面所成的最大銳角α大和最小銳角α小，按上式即可求出凸臺(tái)位置。
20、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)的長(zhǎng)度應(yīng)比零件結(jié)構(gòu)特征成形時(shí)易起皺部位長(zhǎng)度兩邊各至少分別長(zhǎng)3mm～5mm；
21、所述材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)(5)的高度h應(yīng)按下述公式進(jìn)行設(shè)計(jì)：
22、h＝h傳+(3mm～5mm)；
23、所述上模(1)的零件型面區(qū)域沿零件易破裂端設(shè)有上模延伸凸臺(tái)(7)，上模延伸凸臺(tái)(7)脊線平行于上模板料工藝余量區(qū)(3)的平面，上模延伸凸臺(tái)(7)的作用在于引導(dǎo)易破裂區(qū)前伸，防止成形時(shí)，零件有效區(qū)域內(nèi)發(fā)生破裂缺陷。
24、根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，提供一種鈦合金薄壁件高溫成形過程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)材料流動(dòng)、抑制缺陷模具進(jìn)行鈦合金薄壁件成形的工藝方法，采用上述鈦合金薄壁件高溫成形模具。
25、1)成形所需的板料長(zhǎng)度尺寸l按下述公式進(jìn)行設(shè)計(jì)：
26、l＝l型+l調(diào)+l凹+(50-80mm)
27、式中l(wèi)型為下模2零件型面處展開料的長(zhǎng)度，l凹為材料流動(dòng)調(diào)控凹槽截面的周長(zhǎng)，按照零件復(fù)雜程度額外增加(50-80mm)余量，用以補(bǔ)充材料流動(dòng)。
28、2)成形時(shí)，隨著上模的下移，材料流動(dòng)調(diào)控凸臺(tái)5逐步落入材料流動(dòng)調(diào)控凹槽6中，兩者之間裝載的板料工藝余量部位將被兩者夾緊，從而對(duì)該部位對(duì)應(yīng)的零件成形區(qū)域的板料起到拉伸作用，防止材料在對(duì)應(yīng)的零件成形區(qū)域堆積，進(jìn)而阻止該部位褶皺的產(chǎn)生。
29、3)同時(shí)，延伸凸臺(tái)7部位的材料由于彎曲半徑小，將逐漸減薄，其減薄后由于材料與模具的摩擦、干涉等作用，將有效抑制零件易破裂端材料的減薄，防止出現(xiàn)破裂缺陷。
30、4)成形保溫保壓后，即可取出零件，并將板料工藝余量區(qū)切割去除，按照理論外形切割出最終零件。
31、本發(fā)明提供的鈦合金薄壁件高溫成形過程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)材料流動(dòng)、抑制缺陷產(chǎn)生工藝方法及模具設(shè)計(jì)，可在工裝上依據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特征及成形時(shí)材料流動(dòng)趨勢(shì)設(shè)計(jì)調(diào)控裝置，通過合理設(shè)計(jì)調(diào)控裝置的大小和位置分布，對(duì)失穩(wěn)起皺區(qū)域進(jìn)行定向消除控制，防止褶皺缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)，還可保證易破裂處有足夠材料進(jìn)行補(bǔ)充，防止產(chǎn)生局部破裂。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)大型、變曲率、復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征的鈦合金薄壁件的整體高質(zhì)量精準(zhǔn)成形，有力支撐各類復(fù)雜裝備的研制與迭代升級(jí)。同時(shí)，該模具設(shè)計(jì)及工藝方法無需采用特殊專用設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)鈦合金薄壁件的高質(zhì)量成形，無需額外設(shè)備研發(fā)和投入。
1.一種鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鈦合金薄壁件高溫成形模具，其特征在于，