一種鈦合金油箱殼體成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于精密鈑金加工領(lǐng)域，涉及一種鈦合金油箱殼體成形方法，主要運(yùn)用于 直筒形鈦合金油箱殼體的精密成形。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈦及鈦合金是一種優(yōu)良的工程結(jié)構(gòu)材料，隨著其用量的逐年擴(kuò)大，在各種工程結(jié) 構(gòu)和設(shè)備的加工制造中的應(yīng)用越來(lái)越多。由于鈦合金強(qiáng)度高，塑性相對(duì)較差，加工變形抗力 大，變形范圍窄，外加鈦合金彈性模量小，回彈大等固有特性，使其成形加工比較困難，若方 法不當(dāng)或工藝不合理，往往造成工件無(wú)法滿足技術(shù)要求，甚至造成報(bào)廢。因此，對(duì)于大多數(shù) 合金強(qiáng)度高、板材厚度大、形狀復(fù)雜或變形量大的工件成形，多采用熱成形的工藝。但熱成 形工藝耗費(fèi)的電能、模具費(fèi)用、人工成本和生產(chǎn)效率等都大大高于冷成形工藝。
[0003]目前常溫的冷滾彎成形工藝，一般適用鋼、鋁材質(zhì)零件，在鈦合金材質(zhì)中運(yùn)用較 少，由于針對(duì)塑性較低的近α相、α - β相鈦合金（如TA15、TC4等）存在彈性高、剛性低、 導(dǎo)熱差、硬度高等特點(diǎn)，在冷滾的過(guò)程中易出現(xiàn)冷滾裂紋和冷滾半徑不精確等問(wèn)題。隨著在 航空航天領(lǐng)域火箭和導(dǎo)彈飛行速度的不斷提高，鈦合金油箱殼體的運(yùn)用不斷擴(kuò)大，然而目 前鈦合金油箱殼體的成形工藝較為復(fù)雜，采用熱成形工藝/機(jī)加/縱縫焊接/熱校形的復(fù) 合成形工藝，制造成本高，周轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種鈦合金油箱殼體成形方法，替代現(xiàn)有鈦合金油箱殼體熱 成形工藝/機(jī)加/縱縫焊接/熱校形的復(fù)合成形工藝，實(shí)現(xiàn)工藝合理、操作簡(jiǎn)單、定位和切 割精度尚，以提尚生廣效率并降低生廣制造成本。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種鈦合金油箱殼體成形方法，其包括以下 步驟：
[0008] 步驟一：按鈦合金油箱殼體中性層理論直徑尺寸計(jì)算零件展開料形狀，并沿乳制 坯料的纖維方向下料，得到平板板料；
[0009] 步驟二：根據(jù)冷滾機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定油箱殼體冷滾彎直徑；
[0010] 步驟三：利用冷滾機(jī)按照油箱殼體冷滾彎直徑對(duì)平板板料進(jìn)行滾彎成形；
[0011] 步驟四：對(duì)滾彎成形的板料進(jìn)行對(duì)接焊接；
[0012] 步驟五：對(duì)焊接形成的圓筒件進(jìn)行熱校形和穩(wěn)定化處理。
[0013] 其中，所述步驟二中，所述冷滾機(jī)包括第一下滾輪、第二下滾輪和上滾輪，上滾輪 是主動(dòng)輪，外徑為R2 ;第一下滾輪和第二下滾輪是從動(dòng)輪，外徑相等，外徑均為Rl ;兩個(gè)從 動(dòng)輪之間的中心距離為2a ;油箱殼體冷滾彎的內(nèi)徑為R，R大于R2 ;平板板料的厚度為h， 以上滾輪與平板板料開始接觸點(diǎn)作為零點(diǎn)，下壓位移為S ;回彈補(bǔ)償?shù)南聣壕嚯x為1.0 h~ 2. Oh，則上滾輪下壓位移S與彎曲半徑R的關(guān)系式為：
[0014] S = R + /! +Rl-^/(R + h + Rlf-cr + (i.()~2.0)/?。
[0015] 其中，所述步驟三中，在滾彎成形過(guò)程中，將所述平板板料的纖維方向作為送料方 向，板料的前端與第一下滾輪的最高點(diǎn)接觸后停止，調(diào)節(jié)上滾輪與板料接觸，上滾輪的下壓 距離按照S值調(diào)節(jié)到位，接觸后施加壓力，施加壓力大小為20KN~40KN。
[0016] 其中，所述步驟三中，冷滾機(jī)對(duì)板料滾彎成形過(guò)程中，上滾輪通過(guò)與第一下滾輪 和第二下滾輪對(duì)鈦合金板料的接觸摩擦力進(jìn)行滾彎成形，其中主動(dòng)輪的滾彎速度為10~ I5mm/S0
[0017] 其中，所述步驟三中，冷滾機(jī)對(duì)板料滾彎成形過(guò)程中，在板料末端靠近第二下滾 輪時(shí)，調(diào)節(jié)主動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn)滾彎，來(lái)回進(jìn)行四次滾彎進(jìn)行校形，速度降至5~8mm/s。
[0018] 其中，所述步驟四中，首先對(duì)滾彎后零件兩端用工裝進(jìn)行夾緊壓平定位，然后對(duì)夾 緊壓平后的冷滾零件在對(duì)接處進(jìn)行對(duì)接脈沖TIG焊對(duì)接焊。
[0019] 其中，所述步驟五中，將焊接成形的圓筒件套進(jìn)筒形熱校形模具上，以給定模具外 徑為基準(zhǔn)，常溫下裝爐，加熱至800±5°C保溫120min，隨爐冷卻至150°C以下出爐。
[0020] (三）有益效果
[0021] 上述技術(shù)方案所提供的鈦合金油箱殼體成形方法，通過(guò)新穎、合理的展開料計(jì)算、 主動(dòng)輪下壓位移補(bǔ)償計(jì)算、電子束對(duì)接焊和熱校形穩(wěn)定化處理的復(fù)合工藝，實(shí)現(xiàn)了普通的 冷滾機(jī)即可實(shí)現(xiàn)一種鈦合金油箱殼體冷滾彎精確成形，替代了現(xiàn)有的鈦合金分半熱成形工 藝，大大節(jié)省了熱成形工藝所需要的工藝余量和機(jī)加工序；整個(gè)油箱殼體的精密成形流程 大大提高了生產(chǎn)效率和降低了生產(chǎn)制造成本。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為鈦合金油箱殼體冷滾彎示意圖；
[0023] 圖2為鈦合金油箱殼體焊縫示意圖；
[0024] 圖3為鈦合金油箱殼體熱校形模具示意圖；
[0025] 圖4為鈦合金油箱殼體熱校形示意圖。
[0026] 圖中，1-第一下滾輪；2-第二下滾輪；3-平板板料；4-上滾輪；5-第一直線段； 對(duì)接處；7-第二直線段；8-圓筒件；9-熱校形模具。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具 體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028] 參照?qǐng)D1至圖4所示，本實(shí)施例鈦合金油箱殼體成形方法，特別適用于直筒形鈦合 金油箱殼體的精密成形，其包括以下步驟：
[0029] 步驟一：計(jì)算下料
[0030] 按鈦合金油箱殼體中性層理論直徑尺寸計(jì)算零件展開料形狀，并沿乳制坯料的纖 維方向下料，得到平板板料3。
[0031] 步驟二：確定油箱殼體冷滾彎直徑
[0032] 通過(guò)第一下滾輪I、第二下滾輪2和上滾輪4的相對(duì)位置確定油箱殼體的冷滾彎 直徑。其中上滾輪4是主動(dòng)輪，外徑為R2 ;第一下滾輪1和第二下滾輪2是從動(dòng)輪，外徑相 等，外徑均為Rl ;兩個(gè)從動(dòng)輪之間的中心距離為2a;若油箱殼體冷滾彎的內(nèi)徑為R，R值的 大小必須大于上滾輪4的外徑值R2 ;平板板料3的厚度為h，以上滾輪4與平板板料3開始 接觸點(diǎn)作為零點(diǎn)，下壓位移為S ;因鈦合金容易回彈，則下壓距離需要考慮回彈補(bǔ)償量，回 彈補(bǔ)償?shù)南聣壕嚯x為I. 〇~2. 0h，則上滾輪4下壓位移S與彎曲半徑R的關(guān)系式為：
[0034] 步驟三：對(duì)平板板料進(jìn)行滾彎成形
[0035] 首先，根據(jù)就坯料形狀調(diào)節(jié)冷滾機(jī)上的送料定位導(dǎo)軌，保證板料的纖維方向作為 送料方向，板料的前端剛好與第一下滾輪1的最高點(diǎn)接觸后停止，調(diào)節(jié)上滾輪4與板料接 觸，上滾輪的下壓距離按照步驟二計(jì)算好的下壓位移進(jìn)行調(diào)節(jié)到位，接觸后需要進(jìn)行施加 壓力，施加壓力大小為20KN~40KN。
[0036] 然后，啟動(dòng)設(shè)備，上滾輪4通過(guò)與第一下滾輪1和第二下滾輪2對(duì)鈦合金板料的接 觸摩擦力進(jìn)行滾彎成形，其中主動(dòng)輪4的滾彎速度在10~15mm/s。
[0037] 在滾彎成形過(guò)程中，為了減少回彈，在板料末端靠近第二下滾輪2的時(shí)侯，調(diào)節(jié)主 動(dòng)輪4反向旋轉(zhuǎn)滾彎，來(lái)回進(jìn)行四次滾彎進(jìn)行校形，速度降至5~8mm/s。
[0038] 滾彎完成后，將滾彎件進(jìn)行焊前酸洗處理，以提高后續(xù)焊接的強(qiáng)度。
[0039] 步驟四：焊接
[0040] 如圖2所示，由于第一下滾輪1和第二下滾輪2之間存在一定的中間距2a，則滾彎 后的零件兩端必然存在大于a值的第一直線段5和第二直線段7,因此在進(jìn)行焊接之前必須 用工裝對(duì)兩直線段進(jìn)行夾緊壓平定位。
[0041 ] 對(duì)夾緊壓平后的冷滾零件在對(duì)接處6進(jìn)行對(duì)接脈沖TIG焊對(duì)接焊。
[0042] 其中由于鈦合金的活潑性很強(qiáng)，加之焊縫較長(zhǎng)，必須對(duì)焊縫正面和背面進(jìn)行全面 保護(hù)。對(duì)于噴嘴，選擇了較大直徑的噴嘴，加強(qiáng)熔池區(qū)的保護(hù)。正面采用氬氣拖罩對(duì)熔池、焊 縫及近縫區(qū)進(jìn)行有效保護(hù)，背面采用帶吹氣的焊漏槽對(duì)背面焊縫及附近高溫區(qū)進(jìn)行保護(hù)。
[0043] 為達(dá)到良好的保護(hù)效果，各路氬氣的流量和流速要選擇適當(dāng)，既要有效保護(hù)高溫 區(qū)，又不至于過(guò)大而產(chǎn)生紊流。對(duì)接脈沖TIG焊采取脈沖焊焊接，在鎢極直徑Φ2. 4,占空比 50%-定的前提下，主要對(duì)焊接電流、焊接速度以及送絲速度等參數(shù)間進(jìn)行合理匹配，獲得 了 Imm~3mm厚鈦合金平板對(duì)接脈沖TIG焊的工藝規(guī)范和參數(shù)，如表1所示。
[0044] 表1對(duì)接自動(dòng)TIG焊參數(shù) L0046」 步驟ii :杈止
[0047] 由于焊接后的圓筒件8存在變形，并且冷滾零件對(duì)焊處存在第一直線段5和第 二直線段7,因此需對(duì)圓筒件8進(jìn)行熱校形和穩(wěn)定化處理，將圓筒件套進(jìn)筒形熱校形模具 9上，參照?qǐng)D3和圖4所示，熱校形工藝參數(shù)：以給定模具外徑為基準(zhǔn)，常溫下裝爐，加熱至 800