一種鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種薄壁筒錐形件精確校形控制裝置及方法，特別涉及一種鈦合金筒 錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置及方法，屬于難變形材料筒形件精密熱成形技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鈦合金薄壁構(gòu)件熱旋壓成形過程中，由于鈦合金較低的導(dǎo)熱系數(shù)，容易產(chǎn)生溫 度不均勻現(xiàn)象，導(dǎo)致在熱旋結(jié)束后出現(xiàn)由于各部位的熱收縮不一致而引起的同軸度、圓度 及形狀精度的偏離，從而降低工件的幾何精度，甚至在作為承力部件時會出現(xiàn)應(yīng)力分布不 均勻而降低其使用強(qiáng)度。因此對旋壓成形結(jié)構(gòu)件尺寸精度的控制是決定改工件是否合格的 重要參考指標(biāo)。在熱旋過程中，特別是對于大型結(jié)構(gòu)件，通過控制其整體溫度的均勻性從而 提高成形件的精度的難度太大。為降低成本，在熱旋結(jié)束后，我們允許成形工件有一定的誤 差，然后通過后期的較形使工件達(dá)到驗收標(biāo)準(zhǔn)。由于鈦合金在室溫下難以變形，且易產(chǎn)生回 彈，冷校形易開裂，需在加熱條件下進(jìn)行校形。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明是為解決鈦合金薄壁構(gòu)件熱旋壓成形結(jié)束后出現(xiàn)由于各部位的熱收縮不 一致而引起的同軸度、圓度及形狀精度的偏離，從而降低工件的幾何精度，甚至在作為承力 部件時會出現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻而降低其使用強(qiáng)度的問題，進(jìn)而提供一種鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu) 件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置及方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：
[0005] -種鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置，它包括加力桿、錐形模、圓筒、 加力環(huán)、加力板和螺母；
[0006] 加力桿的一端為阻擋端，加力桿的另一端為螺紋端，加力桿上由阻擋端至螺紋端 方向依次套裝有錐形模、圓筒、加力環(huán)和加力板；
[0007] 錐形模包括制成一體的錐筒段和直筒段，直筒段設(shè)置在錐形段的小端，圓筒的一 端套裝在直筒段上，圓筒的另一端貼靠加力環(huán)內(nèi)壁，加力板頂靠在加力環(huán)上，螺母旋擰在加 力桿的螺紋端，加力桿的阻擋端頂靠在錐形模的錐筒段上，筒錐復(fù)合構(gòu)件的錐筒套裝在錐 筒段上，而直筒套裝在直筒段上，加力環(huán)頂靠在筒錐復(fù)合構(gòu)件上。
[0008] -種鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制方法是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0009] 步驟一、第一次校形控制，筒錐復(fù)合構(gòu)件采用三種圓筒進(jìn)行分步校形，圓筒分別采 用外徑依次遞增的第一圓筒、第二圓筒和第三圓筒；
[0010] 將錐形模、第一圓筒、現(xiàn)有的筒錐復(fù)合構(gòu)件、加力環(huán)和加力板依次套裝在加力桿 上，第一圓筒的另一端置于壓力環(huán)內(nèi)并與加力環(huán)內(nèi)壁接觸，加力板頂靠在加力環(huán)上，旋擰螺 母施加預(yù)緊力，使筒錐復(fù)合構(gòu)件的錐筒內(nèi)表面與錐形模的錐筒段外表面充分貼合；
[0011] 步驟二、將步驟一得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出筒錐復(fù)合構(gòu)件；
[0012] 步驟三、第二次校形控制，采用第二圓筒重復(fù)步驟一組裝好筒錐復(fù)合構(gòu)件，使筒錐 復(fù)合構(gòu)件的錐筒內(nèi)表面與錐形模的錐筒段外表面充分貼合；
[0013] 步驟四、將步驟三得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出筒錐復(fù)合構(gòu)件；
[0014] 步驟五、第三次校形控制，采用第三圓筒重復(fù)步驟一組裝好筒錐復(fù)合構(gòu)件，使筒錐 復(fù)合構(gòu)件的錐筒內(nèi)表面與錐形模的錐筒段外表面充分貼合；
[0015] 步驟六、件步驟五得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出筒錐復(fù)合構(gòu)件，鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控 制完畢。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用不同金屬材料之間膨脹系數(shù)差異，采用高溫?zé)?處理分步整形和最終校形裝置。本發(fā)明為鈦合金等難變形材料薄壁筒錐復(fù)合構(gòu)件成形及內(nèi) 徑精確控制提供科學(xué)有效的裝置和方案，實現(xiàn)工藝穩(wěn)定性；本發(fā)明實現(xiàn)了薄壁筒-錐復(fù)合 構(gòu)件內(nèi)徑尺寸和幾何形狀的精確控制，鈦合金薄壁筒錐復(fù)合構(gòu)件成形后壁厚和內(nèi)徑尺寸超 差的難題；同時熱整形過程消除工件加工過程產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力。本發(fā)明整形控制裝置結(jié) 構(gòu)簡單，設(shè)計合理。為此，本發(fā)明提出一種鈦合金大型薄壁回轉(zhuǎn)體構(gòu)件內(nèi)徑精確校形裝置和 精確控制方法，采用多套擴(kuò)徑模具逐級分步整形和最終熱處理校形模具，實現(xiàn)鈦合金薄壁 構(gòu)件內(nèi)徑尺寸的精確控制。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1 的B向視圖，圖3是圖2的A-A剖視圖，圖4是圖3的K處放大圖，圖5是本發(fā)明鈦合金筒 錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制裝置分解示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0018] 一：結(jié)合圖1-圖5說明，本實施方式的一種鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi) 徑尺寸精確控制裝置，它包括加力桿1、錐形模3、圓筒4、加力環(huán)6、壓力板7和螺母8 ;
[0019] 加力桿1的一端為阻擋端，加力桿1的另一端為螺紋端，加力桿1上由阻擋端至螺 紋端方向依次套裝有錐形模3、圓筒4、加力環(huán)6和壓力板7 ;
[0020] 錐形模3包括制成一體的錐筒段3-1和直筒段3-2,直筒段3-2設(shè)置在錐形段3-1 的小端，圓筒4的一端套裝在直筒段3-2上，圓筒4的另一端貼靠加力環(huán)6內(nèi)壁，壓力板7 頂靠在加力環(huán)6上，螺母8旋擰在加力桿1的螺紋端，加力桿1的阻擋端頂靠在錐形模3的 錐筒段3-1上，筒錐復(fù)合構(gòu)件5的錐筒5-1套裝在錐筒段3-1上，而直筒5-2套裝在直筒段 3-2上，加力環(huán)6頂靠在筒錐復(fù)合構(gòu)件5上。
[0021] 本實施方式本質(zhì)是根據(jù)不同物質(zhì)熱膨脹系數(shù)的差異來實現(xiàn)目標(biāo)構(gòu)件的擴(kuò)徑 及整形并且利用高溫保溫實現(xiàn)去應(yīng)力退火。鈦合金的熱膨脹系數(shù)大約為：（9.41~ 10. 03) X 10-6/°C。選取膨脹系數(shù)與之相差較大的鋼（如30號鋼、45號鋼、Q235鋼、Q255鋼 和Q275鋼）作為校形控制裝置。裝置由七個可拆卸部分組成：1為加力桿；2為墊片；3為 錐形模；4為圓筒（第一圓筒、第二圓筒和第三圓筒三種）；6為加力環(huán)；7為加力板；8為螺 母（上述七個部件均采用30號鋼、45號鋼、Q235鋼、Q255鋼或Q275鋼）。為防止工件因一 次性擴(kuò)徑過大而出現(xiàn)裂紋，筒錐復(fù)合構(gòu)件5的直筒5-2擴(kuò)徑分三步進(jìn)行，分別使用外直徑依 次遞增而內(nèi)直徑相同的三種圓筒4(第一圓筒、第二圓筒和第三圓筒），錐形模3由于主要起 保證工件錐角滿足要求的作用，故只需一個錐形模3。為保證圓筒4與錐形模3之間的安裝 精度，錐形模3的直筒段3-2與圓筒4之間采取間隙配合加工。直筒5-2和直筒段3-2為 直圓筒。
【具體實施方式】 [0022] 二：結(jié)合圖3和圖5說明，本實施方式的圓筒4的外徑小于或等于 筒錐復(fù)合構(gòu)件5的直筒5-2的內(nèi)徑。如此設(shè)置，便于筒錐復(fù)合構(gòu)件5的直筒5-2逐級擴(kuò)徑。 其它與一相同。
【具體實施方式】 [0023] 三：結(jié)合圖3和圖5說明，本實施方式所述裝置還包括墊片2,墊片2 設(shè)置在加力桿1的阻擋端上并頂靠在錐形模3的錐筒段3-1上。如此設(shè)置，墊片2套裝在 加力桿1上并頂靠在錐形模3大端，旋緊螺母8施加預(yù)緊力后，有利于筒錐復(fù)合構(gòu)件5的錐 筒5-1內(nèi)表面與錐形模3的錐筒段3-1外表面充分貼合。
【具體實施方式】 [0024] 四：結(jié)合圖1、圖3和圖5說明，本實施方式的一種鈦合金筒錐復(fù)合 構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制方法是按照以下步驟進(jìn)行的：
[0025] 步驟一、第一次校形控制，筒錐復(fù)合構(gòu)件5采用三種圓筒4進(jìn)行分步校形，圓筒4 分別采用外徑依次遞增的第一圓筒、第二圓筒和第三圓筒；
[0026] 將錐形模3、第一圓筒、現(xiàn)有的筒錐復(fù)合構(gòu)件5、加力環(huán)6和加力板7依次套裝在加 力桿1上，第一圓筒的另一端置于壓力環(huán)6內(nèi)并與加力環(huán)6內(nèi)壁接觸，壓力板7頂靠在加力 環(huán)6上，旋擰螺母8施加預(yù)緊力，使筒錐復(fù)合構(gòu)件5的錐筒5-1內(nèi)表面與錐形模3的錐筒段 3-1外表面充分貼合；
[0027] 步驟二、將步驟一得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出工件；
[0028] 步驟三、第二次校形控制，采用第二圓筒重復(fù)步驟一組裝好筒錐復(fù)合構(gòu)件5,使筒 錐復(fù)合構(gòu)件5的錐筒5-1內(nèi)表面與錐形模3的錐筒段3-1外表面充分貼合；
[0029] 步驟四、將步驟三得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出工件；
[0030] 步驟五、第三次校形控制，采用第三圓筒重復(fù)步驟一組裝好筒錐復(fù)合構(gòu)件5,使筒 錐復(fù)合構(gòu)件5的錐筒5-1內(nèi)表面與錐形模3的錐筒段3-1外表面充分貼合；
[0031] 步驟六、件步驟五得到的裝置整體放入井式電阻爐中加熱至600-700°C，并保溫 1-2小時，然后隨爐冷卻至室溫，取出工件，鈦合金筒錐復(fù)合構(gòu)件內(nèi)徑尺寸精確控制完畢。
[0032] 本實施方式的鈦合金大型薄壁回轉(zhuǎn)體構(gòu)件（筒錐復(fù)合構(gòu)件）的直筒擴(kuò)徑加整體構(gòu) 件精確整形控制方法分為三步：使用的圓筒與錐形模組合依次為第一圓筒和錐形模、第二 圓筒和錐形模、第三圓筒和錐形模；第一圓筒、第二圓筒和第三圓筒的外直徑依次遞增而內(nèi) 直徑相同。
[0033] 本實施方式的1為加力桿；2為墊片；3為錐形模；4為圓筒（第一圓筒、第二圓筒 和第三圓筒三種）；6為加力環(huán)；7為加力板；8為螺母（上述七個部件均采用30號鋼、45號 鋼、Q235 鋼、Q255 鋼或 Q275 鋼）。
[0034] 本發(fā)明的方法流程為：
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