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钛合金钣金零件热校型工装优化设计

发布于:2018-12-20 10:19 编辑:志峰钛业 浏览:

  [摘 要]优化设计真空热校型工艺装备,采用立式双工位可调节凸凹模数量结构,凸凹模上表面起凸模作用,下表面起凹模作用,通过调整凸凹模的数量能够控制每次校正零件数量,能够有效控制模具重量。结构件采用ZGGr25Ni20,利用其优良的抗氧化性、耐腐蚀性,使工装寿命达到使用要求。

  [关键词]钛合金;热校型;工装;模具

  0 引言

  合金钣金零件在先进航空发动机上占有相当的比重,并呈现出结构集成度愈来愈高、结构愈来愈复杂的发展趋势,在减轻发动机重量、改善和提高性能等方面发挥着日益重要的作用。与普通材质钣金零件在常温下成形不同,钛合金零件通常需要在550℃~750℃的高温下成形,高温可以显著改善钛材的工艺性能。某调节片零件如图1所示用于航空发动机尾喷口,是调整发动机状态的重要零件,其主体部分主要由内、外壳体焊接而成,组件材料均为TC2,厚度0.8mm。目前,内、外壳体零件热成形加工型面,冲切加工外轮廓。调节片由内、外壳体焊接而成,焊后零件存在比较严重的变形,需要进行真空热校型处理。

  1.工艺性分析

  调节片主要工艺路线是:集件,酸洗,点焊,装配点焊和定位焊,钳加工,连续点焊,钳加工,装夹零件,真空热校型,钻孔,检验。真空热校型工序起着消除焊接变形,保证零件型面尺寸的重要作用。

  TC2合金是一种具有中等强度和较好塑性的近α型钛合金,它含有4%α稳定元素Al和1.5%β稳定元素Mn,不能进行热处理强化,只能在退火状态下使用,合金具有较满意的工艺塑性、焊接稳定性和热稳定性,长期工作温度可达350℃,短时使用温度为750℃。调节片采用钛合金TC2。

  针对焊接变形和钛合金成形特点,采用校型工装配合适当参数进行真空热校型,来消除焊接变形保证零件质量,原热校型工装见图2,热处理参数详见图3。

  原热校型工装工位少,占炉时间长校型效率低,成型零件耐用度差。针对上述问题优化设计了真空热校型工装,新工装采用立式双工位可调节凸凹模数量结构。

  2.模具结构与工作过程

  热校型工装工作过程:先将上模座与真空炉上工作台相连,将下模座与真空炉下工作台相连。根据一次热校型零件数量确定凸凹模数量,通过导柱导向,用螺母和螺杆连接,使凸模、凹模和凸凹模连接在一起,将零件摆放在工装中间,通过圆垫定位三个工装零件,放置在下模座上面。校型开始前将导柱从工装中卸下。真空炉开始工作,当温度达到750℃,上工作台下行对调节片进行加压。持续加压合模一段时间,完成热校型。通过持续加压使弹性变形逐渐转变为不可回复的蠕变变形,弹性应力越来越小。上、下模座外形与热校型设备对应,上、下个设计18个直径60mm的定位孔,既可以实现工作位置调整也可以起到减重作用。与下模座相连的是凸模,凸模底部安装两个圆垫,通过圆垫实现凸模与下模座定位,根据需用可实现单工位与双工位转换。与上模座相连的是凹模,凹模底部安装两个圆垫,通过圆垫实现凹模与上模座定位,根据需用可实现单工位与双工位转换。凸模与凹模中间所夹零件为凸凹模,上、下面均为工作型面。

  凸模、凹模和凸凹模通过活动导柱定位,通过螺柱和螺栓紧固,在热校型时,由于工装表面氧化和?囟鹊牟痪?匀等原有,工装滑动面之间容易卡死,校型前将导柱抽出。凸模、凹模和凸凹模的型面设计考虑充分预热、控制变形速度、合理选择横向焊缝与工作型面接触位置和模具增重等工艺措施。各凸凹模上下面平行度0.1mm保证互换性。

  3.模具零件设计

  3.1 凸模、凹模设计

  为避免在升温过程中各部位膨胀变形尺寸不一致导致工装无法使用,凸模、凹模和凸凹模采用整体式结构设计。成形零件型面总体上位于同一水平面,保证凸凹模厚度不致过大影响校型工装重量。凸模、凹模在型面两侧有两水平面,作为制造和使用的基准。凸模、凹模、凸凹模侧面分别设计两个φ20H7通孔,以此孔作为导向基准,代替导套与活动导柱配合,为成型零件导向定位。凸凹模作为可换零件决定一次热校型零件的数量,凸凹模上下两面为按回弹补偿修正型面。成型零件材料选择ZGGr25Ni20不锈钢,具有优良的抗氧化性、耐腐蚀性,在高温下能够持续作业,具有良好的耐高温性。

  3.2 结构件设计