鈦合金內(nèi)整流罩熱成形工藝方案

鈦合金板室溫塑性低、變形回彈大、易失穩(wěn)起皺、對裂紋敏感易開裂，通常采用550～750℃的高溫?zé)釠_壓成形(簡稱熱成形)。因此，TC1整流內(nèi)罩必須熱成形。鈦合金TC1整流內(nèi)罩高徑比達(dá)1.0，變形量大，變形力包括凸緣部分的板料內(nèi)部徑向壓應(yīng)力和凸模頂部周圍的板料內(nèi)部拉應(yīng)力也大，因而，在成形過程中，凸緣部分容易起皺，凸模頂部附近的板料存在開裂傾向，進(jìn)入凹模但尚未貼模而處于懸空狀態(tài)的板料極易受壓失穩(wěn)起皺；0.8mm的薄壁將加劇上述三處二類成形問題，使TC1整流內(nèi)罩成形更加困難；頂部翻邊孔的存在加大了相關(guān)部分的板料開裂趨勢。

鈦合金TC1整流內(nèi)罩是某新型國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的一種鈦合金板零件，薄壁、大高徑比、頂部有一內(nèi)翻邊孔、呈旋轉(zhuǎn)拋物面結(jié)構(gòu)特征，該鈦合金零件基本依照國外先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的有關(guān)鈦合金板金零件結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)而成，該鈦合金板金結(jié)構(gòu)為國內(nèi)首次采用，其成形難度大。本文對鈦合金TC1整流內(nèi)罩的熱成形工藝進(jìn)行了研究，并研制成功了多個(gè)合格裝機(jī)零件，這里主要介紹相關(guān)的熱成形工藝及其模具結(jié)構(gòu)。

一般，高徑比大于0.5的回轉(zhuǎn)拋物面類板金零件需要兩道或兩道以上的拉延工序。在拉延過程中，板料破裂傾向或趨勢可以通過增加中間成形工序?qū)⒖偟拇蟮淖冃位》纸獾礁鞒尚喂ば虻姆椒右越鉀Q，板料起皺現(xiàn)象可以在增加中間成形工序的同時(shí)，通過中間過渡結(jié)構(gòu)而消除。然而，增加熱成形工序和采用過渡結(jié)構(gòu)等工藝措施與熱成形的基本工藝原則相矛盾。首先，為了減輕高溫氧化和吸氫等對鈦合金零件的有害影響，要求對鈦合金零件的加熱次數(shù)和累積加熱時(shí)間應(yīng)盡可能的少，因此，鈦合金零件的熱成形工序愈少愈好，最理想的情況是只采用一道熱成形工序。其次，熱成形模具內(nèi)部溫度通常按一定的梯度分布，距離加熱源即上、下加熱平臺愈近的模具部位溫度愈高，反之，相應(yīng)模具部位的溫度愈低，因此，要求熱成形模具的總高度應(yīng)盡可能地低。再次，多工序在增加模具數(shù)量的同時(shí)，也增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，而在熱成形時(shí)，由于模具表面氧化及其溫度分布的不均勻等原因，模具滑動(dòng)面之間極容易卡死，因此，熱成形模具結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單。

解決上述矛盾的理想途徑應(yīng)該是，采用最少的熱成形工序和最簡單的熱成形模具結(jié)構(gòu)成形TC1整流內(nèi)罩，也就是說，最好將熱拉延、熱翻邊和熱校形三者合一，只采用一道熱拉延校形工序成形TC1整流內(nèi)罩，實(shí)際上，鈦合金板材本身良好的抗拉延變薄特性為此提供了可能。良好的抗拉延變薄特性意味著為了防止凸緣起皺，可以在相當(dāng)大的范圍內(nèi)通過增大壓邊力消除凸緣起皺；意味著為了防止進(jìn)入凹模但尚未貼緊凸模而處于懸空狀態(tài)的鈦板受壓失穩(wěn)起皺，可以在相當(dāng)大的程度上增大壓邊力，以提高這部分板料內(nèi)部的拉應(yīng)力，從而等于相應(yīng)地降低了其內(nèi)部的徑向壓應(yīng)力，達(dá)到基本甚至完全消除該部分材料因受壓失穩(wěn)的起皺現(xiàn)象；意味著只要工藝措施得當(dāng)，鈦板的開裂傾向可以得到有效地控制。綜上所述，應(yīng)以增加壓邊力為主要手段，采用熱拉延、熱翻邊和熱校形三者合一的工藝方案，在一道熱拉延校形工序中，熱成形TC1整流內(nèi)罩。