制備Ti/Al粉末體葉片成形裝置及成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備Ti/Al粉末體葉片成形裝置及成形方法，具體涉及一種用于葉身部位帶有復(fù)雜扭轉(zhuǎn)角的Ti/Al粉末體葉片的成形裝置及成形方法，屬于粉末成形工藝技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新型飛機(jī)向輕量化、高性能和低成本的方向發(fā)展，對(duì)其動(dòng)力系統(tǒng)提出了更高的要求，葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的心臟，不僅是飛機(jī)的動(dòng)力，也是航空技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。作為新型耐高溫輕量化結(jié)構(gòu)材料，TiAl基合金在航空航天領(lǐng)域中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景，將成為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料。但是，TiAl基合金塑性差、變形抗力大、變形溫度高，阻礙了該材料在葉片零件領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。
[0003]以往通常采用精密鑄造模具或精密鍛造工藝制備TiAl基合金葉片。由于TiAl基合金的流動(dòng)性和抗裂性較差，給鑄造成形工藝帶來(lái)了一定的困難，而且易形成縮孔，疏松等缺陷，使葉片成品率較低，影響其批量生產(chǎn)和應(yīng)用。精密鍛造成形TiAl金屬間化合物類(lèi)葉片，由于TiAl基合金變形抗力大、變形溫度高，精鍛過(guò)程，模具變形和磨損嚴(yán)重，進(jìn)而降低葉片的尺寸精度，更重要的是，由于葉片的型面復(fù)雜，截面寬厚比大，且葉身部位帶有復(fù)雜扭轉(zhuǎn)角，對(duì)TiAl金屬間化合物類(lèi)葉片熱加工性能同樣具有一定的考驗(yàn)。因此，葉片成形技術(shù)的提升已經(jīng)成為制約推動(dòng)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的瓶頸之一，改進(jìn)TiAl基合金葉片的成形工藝、提高葉片成形效率已經(jīng)成為我國(guó)航空發(fā)動(dòng)葉片精確成形技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。
[0004]在中國(guó)專利，公開(kāi)號(hào)為CN103143709A于2013年6月12日公開(kāi)了一種基于Ti/Al粉末鍛造與后續(xù)反應(yīng)燒結(jié)的工藝方法，即采用“混粉一制備Ti/Al粉末預(yù)成型坯一Ti/Al粉末體精密模鍛成形一Ti/Al粉末鍛件反應(yīng)燒結(jié)一高溫復(fù)壓矯形”的工藝路線方法制備TiAl金屬間化合物零件，但并未涉及關(guān)于反應(yīng)燒結(jié)前的粉末體復(fù)雜鍛件的具體制備方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為解決TiAl基合金塑性差、變形抗力大、變形溫度高而導(dǎo)致傳統(tǒng)加工工藝成形葉片零件困難的問(wèn)題，提供一種制備Ti/Al粉末體葉片成形裝置及成形方法。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:裝置方案:所述裝置包括加強(qiáng)套、下模沖頭、下模墊板、上模沖頭、瓣合式上模、瓣合式下模和圓柱形頂桿，瓣合式上模由第一瓣上模、第二瓣上模、第三瓣上模和第四瓣上模配合構(gòu)成，瓣合式下模由第一瓣下模和第二瓣下模、第三瓣下模和第四瓣下模配合構(gòu)成，瓣合式下模和瓣合式上模由下至上設(shè)在加強(qiáng)套內(nèi)部，瓣合式上模和瓣合式下模均與加強(qiáng)套滑動(dòng)配合并被加強(qiáng)套約束，下模沖頭裝在瓣合式下模內(nèi)部且二者滑動(dòng)配合，上模沖頭的一端設(shè)在瓣合式上模內(nèi)且二者滑動(dòng)配合，加強(qiáng)套設(shè)在下模墊板上，上模沖頭、瓣合式上模、加強(qiáng)套、瓣合式下模、下模沖頭形成一個(gè)封閉的葉片模腔通道，圓柱形頂桿的一端穿過(guò)下模墊板后頂靠在下模沖頭和瓣合式下模共同的底端面。
[0007]方法方案:所述方法包括如下步驟:
[0008]步驟一、潤(rùn)滑處理及混和粉末:對(duì)Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯成形模具的間接觸面和模具工作面進(jìn)行潤(rùn)滑處理，分別稱取兩次裝填所需的Ti/Al粉末，其中Ti/Al粉末中Ti粉末與Al粉末重量份數(shù)的比值為5:3 ;
[0009]步驟二、利用權(quán)利要求1中所述的成形裝置制備Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯:
[0010]步驟二一、將Ti/Al粉末分別置于由下模沖頭、瓣合式下模、加強(qiáng)套圍成的模腔和由瓣合式上模圍成的模腔內(nèi)；
[0011]步驟二二、Ti/Al粉末通過(guò)上模沖頭和瓣合式上模正向壓制，下模沖頭反向壓制成形，成形壓力為800-1000MPa，保壓時(shí)間為3_5min ；
[0012]步驟二三、采用加強(qiáng)套靜止，圓柱形頂桿帶動(dòng)瓣合式下模、下模沖頭、Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯和瓣合式上模上行，隨后沿瓣合式上模與瓣合式下模分模面開(kāi)模，取出Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯，實(shí)現(xiàn)Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯退模過(guò)程；
[0013]步驟三、Ti/Al粉末精密模鍛成形:將步驟二制得的Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯置于鍛造模具的模腔內(nèi)；通過(guò)對(duì)上模施加載荷作用帶動(dòng)上模下行，由上模與下模配合實(shí)現(xiàn)Ti/Al粉末體葉片精鍛件成形，成形壓力為1000-1200MPa，保壓時(shí)間為3_5min ;采用下模包套靜止，圓柱形頂桿帶動(dòng)下模上行，實(shí)現(xiàn)Ti/Al粉末體葉片精鍛件退模過(guò)程。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用Ti/Al粉末分步裝填，瓣合式上模、上模沖頭、下模沖頭逐級(jí)壓制與雙向壓制相結(jié)合的成形工藝。該成形工藝實(shí)現(xiàn)了 Ti/Al粉末的合理分配以及粉末體坯料的分區(qū)及雙向加載，所制備葉片坯料的致密度分布均勻。
[0015]本發(fā)明的成形裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，易于在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能夠提高生產(chǎn)效率，而且模具材料承受載荷較低，減少模具的損耗，延長(zhǎng)模具的使用壽命。成形過(guò)程在常溫下進(jìn)行，無(wú)需高溫等溫鍛造或熱等靜壓等特殊工藝設(shè)備，極大程度地降低了對(duì)設(shè)備的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖1的B-B剖視圖，圖4是圖1的C-C剖視圖，圖5是本發(fā)明方法工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的裝置包括加強(qiáng)套
1、下模沖頭3、下模墊板4、上模沖頭5、瓣合式上模6、瓣合式下模7和圓柱形頂桿8，瓣合式上模6由第一瓣上模6-1、第二瓣上模6-2、第三瓣上模6-3和第四瓣上模6-4配合構(gòu)成，瓣合式下模7由第一瓣下模7-1和第二瓣下模7-2、第三瓣下模7-3和第四瓣下模7-4配合構(gòu)成，瓣合式下模7和瓣合式上模6由下至上設(shè)在加強(qiáng)套I內(nèi)部，瓣合式上模6和瓣合式下模7均與加強(qiáng)套I滑動(dòng)配合并被加強(qiáng)套I約束，下模沖頭3裝在瓣合式下模7內(nèi)部且二者滑動(dòng)配合，上模沖頭5的一端設(shè)在瓣合式上模6內(nèi)且二者滑動(dòng)配合，加強(qiáng)套I設(shè)在下模墊板4上，上模沖頭5、瓣合式上模6、加強(qiáng)套1、瓣合式下模7、下模沖頭3形成一個(gè)封閉的葉片模腔通道，圓柱形頂桿8的一端穿過(guò)下模墊板4后頂靠在下模沖頭3和瓣合式下模7共同的底端面。
[0018]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式第一瓣上模6-1、第二瓣上模6-2、第三瓣上模6-3和第四瓣上模6-4的工作面與待加工葉片的葉身部位外形曲面相對(duì)應(yīng)，第一瓣上模6-1、第二瓣上模6-2、第三瓣上模6-3和第四瓣上模6-4的分模面與待加工葉片的葉身型面邊界形狀相對(duì)應(yīng)，瓣合式上模的四瓣式設(shè)計(jì)能夠保證零件的順利脫模，解決了因Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯的扭轉(zhuǎn)形葉身與模具工作曲面的不規(guī)則接觸而導(dǎo)致脫模困難的問(wèn)題。其它實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0019]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的所述方法包括如下步驟:
[0020]步驟一、潤(rùn)滑處理及混和粉末:對(duì)Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯成形模具的間接觸面和模具工作面進(jìn)行潤(rùn)滑處理，分別稱取兩次裝填所需的Ti/Al粉末，其中Ti/Al粉末中Ti粉末與Al粉末重量份數(shù)的比值為5:3 ;
[0021]步驟二、利用權(quán)利要求1中所述的成形裝置制備Ti/Al粉末體葉片預(yù)制坯:
[0022]步驟二一、將Ti/Al粉末分別置