本發(fā)明涉及機械工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種非等壁厚深腔鈦合金構(gòu)件電輔助多道次成形方法。

背景技術(shù)：

1、碳纖維復(fù)合材料風扇葉片憑借質(zhì)量輕、抗顫震性能強等優(yōu)點，成為目前商用航空發(fā)動機的主流選擇。然而，復(fù)合材料葉片前緣在抗沖擊、抗壓性能方面較金屬葉片而言仍存在不足。因此，通過在復(fù)合材料葉片前緣包覆鈦合金構(gòu)件，可以顯著提高復(fù)材葉片的整體性能。然而，復(fù)材葉片從榫根至葉尖角度變化明顯，且碳纖維材料與鈦合金材料有明顯差異性。為保證葉片整體性能，鈦合金金包覆件具有獨特的非等壁厚、深腔、大夾角特征，這種復(fù)雜零件的加工制造一直是難題。

2、專利cn201910666362.7公開了一種大角度薄壁窄深腔特征構(gòu)件的復(fù)合成形方法，該方法通過校形模具對預(yù)加工件的兩個側(cè)翼薄壁進行向內(nèi)加熱并攏，進而實現(xiàn)最終構(gòu)件的加工。然而，此方法需要對整個模具進行加熱與保溫，生產(chǎn)效率低，并且零件在長時間加熱保溫條件下，力學性能容易劣化。

3、專利cn201811561155.7公開了一種鈦合金薄板電輔助分段漸進成形裝置及方法，該裝置包括凹模、凸模和脈沖電源，通過凸模逐漸下壓并與板料接觸，實現(xiàn)脈沖電流經(jīng)凸模、板料和凹模形成回路，對板料進行分段漸進加熱成形。然而，這種凸模沿豎直方向的運動路徑適合等厚板料成形，難以實現(xiàn)非等壁厚構(gòu)件的成形。

4、因此，目前非等壁厚深腔構(gòu)件的成形存在生產(chǎn)效率低、氧化嚴重、回彈大、生產(chǎn)成本高等問題。通過巧妙的設(shè)計，借助電流熱效應(yīng)以及電流在非等壁厚結(jié)構(gòu)中的分布特征，不僅可以大幅提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還可以有效地提高小壁厚區(qū)域材料的成形性能，降低成形后回彈，實現(xiàn)復(fù)雜深腔鈦合金構(gòu)件的高效、高精度成形。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種非等壁厚深腔鈦合金構(gòu)件電輔助多道次成形方法。大夾角非等壁厚預(yù)制件經(jīng)多道次電輔助水平方向的側(cè)壓成形，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕松钋粯?gòu)型。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、本發(fā)明提供一種非等壁厚深腔鈦合金構(gòu)件電輔助多道次成形方法，包括以下步驟：

4、s1、根據(jù)目標小角度深腔鈦合金構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計并采用機加工等方式加工非等壁厚大夾角預(yù)制件和各道次電輔助成形模具，每一道次的電輔助成形模具包括左模、右模和芯模；

5、s2、工作時，將第一道次電輔助成形模具安裝在帶有側(cè)壓功能的壓力機上，將待成形件置于所述芯模上，將低壓大電流脈沖直流電源的導(dǎo)線兩端連接到待成形件的兩端，第一道次中，待成形件為預(yù)制件；

6、s3、脈沖電源為低壓大電流脈沖直流電源，在低壓大電流脈沖直流電源上調(diào)整好電流參數(shù)，打開脈沖電源開關(guān)，對待成形件加熱；

7、s4、待大角度預(yù)制件達到成形溫度后，啟動壓力機，壓力機滑塊帶動左模、右模對待成形件實現(xiàn)側(cè)壓，保壓適當時間使預(yù)制件充分變形，得到較小角度的過渡成形件(較小角度指的是相對于變形前的待成形件的角度，得到的過渡成形件的角度較小)；

8、s5、第一道次成形結(jié)束后，關(guān)閉電源，使過渡成形件斷電，控制壓力機回程；

9、s6、重復(fù)上述步驟s2～s5，第一道次后的各道次中待成形件為前一道次中得到的過渡成形件，通過所設(shè)計的多道次電輔助成形，經(jīng)最終道次即可獲得目標小角度深腔鈦合金構(gòu)件。

10、進一步地，當進行兩道次成形時，所述方法包括如下步驟：

11、s1：根據(jù)目標深腔鈦合金構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點，采用機加工等方式加工非等壁厚大夾角第一預(yù)制件和第一道次電輔助成形模具，以及后續(xù)道次(第二道次)電輔助成形模具。電輔助成形模具包括左模、右模和芯模，第一道次的電輔助成形模具的左模、右模內(nèi)表面形狀與第一道次目標成形件形狀一致，第一道次的電輔助成形模具芯模用于支撐第一預(yù)制件并保證第一道次電輔助成形構(gòu)件內(nèi)腔精度，后續(xù)道次電輔助成形模具同理；

12、s2：將所述第一道次電輔助成形模具安裝在帶有側(cè)壓功能的壓力機上，將第一預(yù)制件置于第一道次芯模上，將低壓大電流脈沖直流電源的導(dǎo)線兩端通過夾頭或者其他方式分別沿長度方向連接到第一預(yù)制件的兩端。在所述的壓力機旁安裝測溫裝置，將所述的測溫裝置對準第一預(yù)制件的成形區(qū)域，根據(jù)測溫條件設(shè)置測溫裝置的相關(guān)測溫參數(shù)并校準測溫精度；

13、s3：在脈沖電源上調(diào)整好電流參數(shù)，打開脈沖電源開關(guān)，對第一預(yù)制件加熱；

14、s4：待第一預(yù)制件達到成形溫度后，調(diào)整壓力機參數(shù)并啟動壓力機，壓力機滑塊帶動左側(cè)壓模具(左模)、右側(cè)壓模具(右模)對第一預(yù)制件實現(xiàn)側(cè)壓，保壓適當時間使第一預(yù)制件充分變形，得到較小角度的過渡成形件；

15、s5：第一道次成形結(jié)束后，關(guān)閉電源，使成形件斷電，控制壓力機回程；

16、s6：換上第二道次電輔助成形模具。第二道次電輔助成形模具仍然包括左模、右模和芯模。左模、右模內(nèi)表面形狀與目標成形件形狀一致，芯模用于支撐s4中獲得的過渡成形件，并保證第二道次電輔助成形構(gòu)件內(nèi)腔精度；重復(fù)s2～s5，實現(xiàn)第二道次電輔助成形，獲得最終目標小角度深腔鈦合金構(gòu)件。

17、進一步地，通過左模、右模對預(yù)制件實現(xiàn)水平施壓成形，芯模起支撐與保證過渡成形件內(nèi)腔尺寸精度的作用。

18、進一步地，左模、右模、芯模的材質(zhì)均采用耐熱不銹鋼或者高溫合金。

19、進一步地，每一道次的電輔助成形模具(左模、右模和芯模)表面都需要進行絕緣處理，具體可采用噴涂絕緣涂層等處理方法。

20、進一步地，采集電輔助成形過程中成形區(qū)域的溫度變化傳送給計算機，從而通過計算機控制壓力機的運動速率和終止條件。

21、進一步地，通過測溫裝置采集電輔助成形過程中成形區(qū)域的溫度變化；所述測溫裝置為非接觸式紅外測溫裝置。

22、進一步地，所述成形區(qū)域為電輔助成形模具安裝待成形件的區(qū)域。

23、進一步地，低壓大電流脈沖直流電源正極、負極直接與待成形件沿長度方向的兩端相連。

24、進一步地，各道次電輔助成形模具中，左模、右模內(nèi)表面形狀和芯模外表面形狀與對應(yīng)道次目標成形件形狀一致，其中，左模、右模內(nèi)表面形狀與對應(yīng)道次目標成形件外表面形狀一致，芯模外表面形狀與對應(yīng)道次目標成形件內(nèi)表面形狀一致。

25、進一步地，電輔助成形道次數(shù)量應(yīng)該根據(jù)具體材料性能特點和目標構(gòu)件特點選擇。

26、進一步地，將非等壁厚深腔鈦合金構(gòu)件電輔助多道次成形方法獲得的小角度深腔鈦合金構(gòu)件用于包覆在碳纖維復(fù)合材料風扇葉片前緣，以高碳纖維復(fù)合材料風扇葉片的整體性能。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

28、(1)通過低壓大電流脈沖直流電源直接給多道次坯料進行快速加熱，在確保鈦合金成形性能的前提下，大幅減少了加熱過程中鈦合金構(gòu)件性能惡化和表面氧化的影響，加熱效率高，還能減少深腔鈦合金構(gòu)件成形后的回彈。

29、(2)基于電流在非等壁厚構(gòu)件中的非均勻分布特征，構(gòu)件中壁厚相對薄的部位電流密度高，進而使得局部溫度較高，壁厚相對薄的部位材料軟化明顯，提高了此區(qū)域材料的成形性能，防止成形過程中壁厚相對薄的部位因局部應(yīng)力過大而發(fā)生破裂失效，并降低了此區(qū)域的回彈。

30、(3)考慮非等壁厚鈦合金深腔結(jié)構(gòu)特點，確定通過壓力機實現(xiàn)側(cè)壓成形。通過電輔助成形裝置實現(xiàn)非等壁厚坯料的加熱，避免了采用價格昂貴的大型等溫側(cè)壓成形設(shè)備，大幅減少了制造成本。