本發(fā)明涉及機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工模具及其加工方法。

背景技術(shù)：

鈦合金具有強度高、密度小、耐熱性好、抗腐蝕性能強等特點，是一種綜合機械性能優(yōu)良的工程材料，在航空、航天、汽車、醫(yī)療、船舶、工業(yè)機器人、石油和化工等工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

鈦合金薄壁殼體零件在加工過程中金屬去除量大、剛性弱、強度低、加工工藝性差，在切削力、切削熱和切削震顫等因素作用下，容易產(chǎn)生較大加工變形和切削振動等情況，加工后難以保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，同時加工效率亦較低。如何控制鈦合金薄壁殼體零件的加工變形是機械制造業(yè)的棘手問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工模具及其加工方法，通過該模具及加工方法可有效提高零件的剛度和強度，工序安排合理、工作效率高，加工成本低，不僅能有效解決鈦合金薄壁殼體零件的加工變形問題，而且大大提高了零件的加工精度和表面質(zhì)量。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工模具，包括鈦合金薄壁殼體鑄坯、內(nèi)澆注模具及外澆筑模具，鈦合金薄壁殼體鑄坯外包覆外澆筑模具，內(nèi)包含內(nèi)澆注模具；所述的外澆筑模具由外腔澆鑄底板及外圓澆鑄殼體組成，外腔澆鑄底板、外圓澆鑄殼體及鈦合金薄壁殼體鑄坯外表面之間構(gòu)成澆注腔A；所述的內(nèi)澆注模具由內(nèi)腔澆鑄底板及內(nèi)腔澆鑄芯管組成，內(nèi)腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄芯管及鈦合金薄壁殼體鑄坯內(nèi)表面之間構(gòu)成澆注腔B。

所述的外腔澆鑄底板外圓為孔側(cè)面A，中間設(shè)有圓孔，圓孔A外為圓柱面A。

所述的內(nèi)腔澆鑄底板外圓為孔側(cè)面B，中間設(shè)有圓孔，圓孔B外為圓柱面B。

所述的外腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄底板為成套部件，其尺寸根據(jù)加工后的鈦合金薄壁殼體加工件的尺寸相配合。

一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工方法，包括以下步驟：

1）將鈦合金薄壁殼體零件鑄造毛坯去應(yīng)力退火；

2）將鈦合金薄壁殼體鑄坯裝配到外腔澆鑄底板上，外腔澆鑄底板利用圓柱面A對鈦合金薄壁殼體鑄坯定位，將外圓澆鑄殼體裝配到外腔澆鑄底板上，外腔澆鑄底板利用孔側(cè)面A對鈦合金薄壁殼體鑄坯定位，將熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由外腔澆鑄底板、外圓澆鑄殼體及鈦合金薄壁殼體鑄坯外表面之間構(gòu)成澆注腔A中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除外腔澆鑄底板；

3）將鈦合金薄壁殼體鑄坯、冷卻凝固后的易熔合金和外圓澆鑄殼體的結(jié)合體作為加工件，經(jīng)行粗車半精加工；

4）將步驟3）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯及步驟3）的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化已冷卻凝固的易熔合金，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯，回收易熔合金液體；

5）將步驟4）處理的鈦合金薄壁殼體鑄坯裝配到內(nèi)腔澆鑄底板上，內(nèi)腔澆鑄底板利用孔側(cè)面B對處理的鈦合金薄壁殼體鑄坯定位，將內(nèi)腔澆鑄芯管裝配到內(nèi)腔澆鑄底板上，內(nèi)腔澆鑄底板利用圓柱面B對內(nèi)腔澆鑄芯管定位，將步驟4）回收的熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由內(nèi)腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄芯管及鈦合金薄壁殼體鑄坯內(nèi)表面之間構(gòu)成澆注腔B中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除內(nèi)腔澆鑄底板；

6）將處理過的鈦合金薄壁殼體鑄坯、冷卻凝固后的易熔合金和內(nèi)腔澆鑄芯管的結(jié)合體作為加工件，經(jīng)行粗車半精加工；

7）將經(jīng)步驟6）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯、步驟6）的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化已冷卻凝固的易熔合金，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯，回收易熔合金液體；

8）將步驟7）分離出來的粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯進行去應(yīng)力退火處理；

9）可經(jīng)行多次粗加工，更換與粗加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯尺寸相配的外腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄底板，預(yù)留適當(dāng)?shù)木庸び嗔浚_定相應(yīng)的去應(yīng)力退火參數(shù)，在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟2）～步驟8）的操作，最終完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的半精加工；

10）可經(jīng)行多次精加工，更換與半精加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯尺寸相配的外腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄底板在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟2）～步驟7）的操作，完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的精加工。

所述的鈦合金薄壁殼體鑄坯壁厚誤差要求控制在±0.05mm。

所述的重復(fù)粗加工至完成精加工，首次端面粗加工單邊留3mm～5mm的加工余量，其內(nèi)型面、內(nèi)孔，粗加工單邊留2mm～3mm的加工余量；每次精修1～2mm至鈦合金薄壁殼體鑄坯壁厚誤差要求控制在±0.05mm。

所述的易熔合金熔點在47℃~92℃之間。

本發(fā)明的有益效果是：

本方法可在外圓澆鑄工藝工裝和內(nèi)腔澆鑄工藝工裝內(nèi)，通過填充在室溫下具有高強韌性的易熔合金來提高零件的剛度和強度，極大地降低了加工難度和生產(chǎn)成本，有效地解決了鈦合金薄壁殼體零件的加工變形問題。同時，作為填充物的易熔合金還可以回收再次利用，不但進一步降低了生產(chǎn)成本，同時還保護了環(huán)境，是一種綠色環(huán)保的加工方法。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的模具示意圖，其中a為外圓澆鑄工藝工裝示意圖，b為內(nèi)腔澆鑄工藝工裝示意圖。

圖2為本發(fā)明的模具外圓澆鑄底板示意圖。

圖3為本發(fā)明的模具內(nèi)腔澆鑄底板示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例鈦合金薄壁殼體零件示意圖。

其中，1為鈦合金薄壁殼體鑄坯；2為內(nèi)澆注模具；3為外澆筑模具；4為澆注腔A；5為澆注腔B；6為外腔澆鑄底板；7為外圓澆鑄殼體；8為內(nèi)腔澆鑄底板；9為內(nèi)腔澆鑄芯管；10為孔側(cè)面A；11為圓柱面A；12為孔側(cè)面B；13為圓柱面B；101為端面A；102為端面B；103為型面A；104為內(nèi)型面B；105為凸臺A；106為凸臺B；107為凸臺內(nèi)孔A；108為凸臺內(nèi)孔B；109為外圓A；110為外圓B；111為外形面A；112為外形面B；113為內(nèi)孔。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工模具，包括鈦合金薄壁殼體鑄坯1、內(nèi)澆注模具2及外澆筑模具3，鈦合金薄壁殼體鑄坯1外包覆外澆筑模具3，內(nèi)包含內(nèi)澆注模具2；所述的外澆筑模具3由外腔澆鑄底板6及外圓澆鑄殼體7組成，外腔澆鑄底板6、外圓澆鑄殼體7及鈦合金薄壁殼體鑄坯1外表面之間構(gòu)成澆注腔A4；所述的內(nèi)澆注模具2由內(nèi)腔澆鑄底板8及內(nèi)腔澆鑄芯管9組成，內(nèi)腔澆鑄底板8、內(nèi)腔澆鑄芯管9及鈦合金薄壁殼體鑄坯1內(nèi)表面之間構(gòu)成澆注腔B5。

如圖2所示，所述的外腔澆鑄底板6外圓為孔側(cè)面A10，中間設(shè)有圓孔，圓孔A外為圓柱面A11。

如圖3所示，所述的內(nèi)腔澆鑄底板8外圓為孔側(cè)面B12，中間設(shè)有圓孔，圓孔B外為圓柱面B13。

所述的外腔澆鑄底板6、內(nèi)腔澆鑄底板8為成套部件，其尺寸根據(jù)加工后的鈦合金薄壁殼體加工件的尺寸相配合。

一種鈦合金薄壁殼體鑄坯精加工方法，包括以下步驟：

1）將鈦合金薄壁殼體零件鑄造毛坯去應(yīng)力退火；

2）將鈦合金薄壁殼體鑄坯1裝配到外腔澆鑄底板6上，外腔澆鑄底板6利用圓柱面A11對鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將外圓澆鑄殼體7裝配到外腔澆鑄底板6上，外腔澆鑄底板6利用孔側(cè)面A10對鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由外腔澆鑄底板6、外圓澆鑄殼體7及鈦合金薄壁殼體鑄坯1外表面之間構(gòu)成澆注腔A4中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除外腔澆鑄底板6；

3）將鈦合金薄壁殼體鑄坯1、冷卻凝固后的易熔合金和外圓澆鑄殼體7的結(jié)合體作為加工件，經(jīng)行粗車半精加工；

4）將步驟3）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯1及步驟3）的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化已冷卻凝固的易熔合金，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯1，回收易熔合金液體；

5）將步驟4）處理的鈦合金薄壁殼體鑄坯1裝配到內(nèi)腔澆鑄底板8上，內(nèi)腔澆鑄底板8利用孔側(cè)面B12對處理的鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將內(nèi)腔澆鑄芯管9裝配到內(nèi)腔澆鑄底板8上，內(nèi)腔澆鑄底板8利用圓柱面B13對內(nèi)腔澆鑄芯管9定位，將步驟4）回收的熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由內(nèi)腔澆鑄底板8、內(nèi)腔澆鑄芯管9及鈦合金薄壁殼體鑄坯1內(nèi)表面之間構(gòu)成澆注腔B5中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除內(nèi)腔澆鑄底板8；

6）將處理過的鈦合金薄壁殼體鑄坯1、冷卻凝固后的易熔合金和內(nèi)腔澆鑄芯管9的結(jié)合體作為加工件，經(jīng)行粗車半精加工；

7）將經(jīng)步驟6）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯1、步驟6）的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化已冷卻凝固的易熔合金，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯1，回收易熔合金液體；

8）將步驟7）分離出來的粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯1進行去應(yīng)力退火處理；

9）可經(jīng)行多次粗加工，更換與粗加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯1尺寸相配的外腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄底板，預(yù)留適當(dāng)?shù)木庸び嗔浚_定相應(yīng)的去應(yīng)力退火參數(shù)，在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟2）～步驟8）的操作，最終完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的半精加工；

10）可經(jīng)行多次精加工，更換與半精加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯1尺寸相配的外腔澆鑄底板、內(nèi)腔澆鑄底板8在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟2）～步驟7）的操作，完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的精加工。

所述的鈦合金薄壁殼體鑄坯1壁厚誤差要求控制在±0.05mm。

所述的重復(fù)粗加工至完成精加工，首次端面粗加工單邊留3mm～5mm的加工余量，其內(nèi)型面、內(nèi)孔，粗加工單邊留2mm～3mm的加工余量；每次精修1～2mm至鈦合金薄壁殼體鑄坯1壁厚誤差要求控制在±0.05mm。

所述的易熔合金熔點在47℃~92℃之間。

實施例

實驗加工零件采用如圖4所示零件，材料為Ti-6Al-4V鑄造鈦合金，包括內(nèi)型面A103、內(nèi)型面B104、內(nèi)孔113、外圓A109、外形面A111、外形面B112、外圓B110、端面A101、端面B102、4個凸臺A105、4個凸臺內(nèi)孔A107、4個凸臺B106、4個凸臺內(nèi)孔B108，所述零件的壁厚為10mm，壁厚誤差要求控制在±0.05mm內(nèi)，內(nèi)型面A103的最大直徑為，內(nèi)型面A103的圓度誤差要求控制在0.05mm以內(nèi)，內(nèi)型面A104與內(nèi)孔113的圓度誤差均要求控制在0.03mm以內(nèi)，端面A101與端面B102的平行度誤差要求控制在0.03mm以內(nèi)。

如圖2所示，所述外圓澆鑄工藝工裝包括外圓澆鑄殼體7、外腔澆鑄底板6、熔點在47℃~92℃之間的易熔合金70。

如圖3所示，所述內(nèi)腔澆鑄工藝工裝包括內(nèi)腔澆鑄芯管9、內(nèi)腔澆鑄底板8、熔點在47℃~92℃之間的易熔合金110。

一種鈦合金薄壁殼體零件加工方法，包含以下步驟：

1）將鈦合金薄壁殼體零件鑄造毛坯去應(yīng)力退火；

2）如圖1a所示，將鈦合金薄壁殼體鑄坯1裝配到外腔澆鑄底板6上，外腔澆鑄底板6利用如圖2所示圓柱面A10對鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將外圓澆鑄殼體7裝配到外腔澆鑄底板6上，外腔澆鑄底板6利用如圖2所示孔側(cè)面A11對鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由鈦合金薄壁殼體鑄坯1、外圓澆鑄殼體7和外腔澆鑄底板6圍成的空腔中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除外腔澆鑄底板6；

（3）將鈦合金薄壁殼體鑄坯1、易熔合金和外圓澆鑄殼體7的結(jié)合體作為加工件，粗車端面A101、端面B102，單邊留3mm～5mm的半精加工余量，粗車內(nèi)型面A103、內(nèi)型面A104、內(nèi)孔113，單邊留2mm～3mm的半精加工余量；

（4）將經(jīng)步驟3）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯1、易熔合金和外圓澆鑄殼體7的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化易熔合金，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯1，回收易熔合金；

（5）如圖1b所示，將經(jīng)步驟4）處理的鈦合金薄壁殼體鑄坯1裝配到內(nèi)腔澆鑄底板8上，內(nèi)腔澆鑄底板8利用如圖3所示的孔側(cè)面B1對鈦合金薄壁殼體鑄坯1定位，將內(nèi)腔澆鑄芯管9裝配到內(nèi)腔澆鑄底板8上，內(nèi)腔澆鑄底板8利用如圖3所示圓柱面B13對內(nèi)腔澆鑄芯管9定位，將熔融態(tài)的易熔合金澆鑄到由鈦合金薄壁殼體鑄坯1、內(nèi)腔澆鑄芯管9和內(nèi)腔澆鑄底板8圍成的空腔中，待易熔合金的溫度降至室溫并固化后，拆除內(nèi)腔澆鑄底板8；

（6）將鈦合金薄壁殼體鑄坯1、易熔合金110和內(nèi)腔澆鑄芯管9的結(jié)合體作為加工件，粗車端面A101、端面B102，單邊留2mm～3mm的半精加工余量，粗車削加工外圓A109、外形面A111、外形面B112、外圓B110，單邊留2mm～3mm的半精加工余量，銑削加工4個凸臺A105、4個凸臺B106，單邊留1mm～2mm的半精加工余量；

（7）將經(jīng)步驟（6）粗加工后的鈦合金薄壁殼體鑄坯1、易熔合金110和內(nèi)腔澆鑄芯管9的結(jié)合體，放入100℃的沸水中，熔化易熔合金110，分離鈦合金薄壁殼體鑄坯1，回收易熔合金110；

（8）將步驟（7）分離出來的鈦合金薄壁殼體鑄坯1進行去應(yīng)力退火處理；

（9）更換與粗加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯1尺寸相配的外腔澆鑄底板6、內(nèi)腔澆鑄底板8，預(yù)留適當(dāng)?shù)木庸び嗔?，確定相應(yīng)的去應(yīng)力退火參數(shù)，在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟（2）～步驟（8）的操作，最終完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的半精加工，其中在重復(fù)步驟（6）的加工時，增加完成圖1所示4個凸臺內(nèi)孔A107、4個凸臺內(nèi)孔B108的半精加工；

（10）更換與半精加工后鈦合金薄壁殼體鑄坯1尺寸相配的外腔澆鑄底板6、內(nèi)腔澆鑄底板8，在此基礎(chǔ)上重復(fù)步驟（2）～步驟（7）的操作，完成鈦合金薄壁殼體鑄坯1的精加工，其中在重復(fù)步驟（6）的加工時，增加完成圖1所示4個凸臺內(nèi)孔A107、4個凸臺內(nèi)孔B108的精加工。