鈦合金鈑金零件工藝性分析、模具結(jié)構(gòu)、模具零件設(shè)計(jì)

鈦合金鈑金零件在先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)上占有相當(dāng)?shù)谋戎兀⒊尸F(xiàn)出結(jié)構(gòu)集成度愈來愈高、結(jié)構(gòu)愈來愈復(fù)雜的發(fā)展趨勢，在減輕發(fā)動機(jī)重量、改善和提高性能等方面發(fā)揮著日益重要的作用。與普通材質(zhì)鈑金零件在常溫下成形不同，鈦合金零件通常需要在550℃～750℃的高溫下成形，高溫可以顯著改善鈦材的工藝性能。某調(diào)節(jié)片零件用于航空發(fā)動機(jī)尾噴口，是調(diào)整發(fā)動機(jī)狀態(tài)的重要零件，其主體部分主要由內(nèi)、外殼體焊接而成，組件材料均為TC2，厚度0.8mm。目前，內(nèi)、外殼體零件熱成形加工型面，沖切加工外輪廓。調(diào)節(jié)片由內(nèi)、外殼體焊接而成，焊后零件存在比較嚴(yán)重的變形，需要進(jìn)行真空熱校型處理。

1、工藝性分析

調(diào)節(jié)片主要工藝路線是：集件，酸洗，點(diǎn)焊，裝配點(diǎn)焊和定位焊，鉗加工，連續(xù)點(diǎn)焊，鉗加工，裝夾零件，真空熱校型，鉆孔，檢驗(yàn)。真空熱校型工序起著消除焊接變形，保證零件型面尺寸的重要作用。

TC2合金是一種具有中等強(qiáng)度和較好塑性的近α型鈦合金，它含有4%α穩(wěn)定元素Al和1.5%β穩(wěn)定元素Mn，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，只能在退火狀態(tài)下使用，合金具有較滿意的工藝塑性、焊接穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，長期工作溫度可達(dá)350℃，短時(shí)使用溫度為750℃。調(diào)節(jié)片采用鈦合金TC2。

針對焊接變形和鈦合金成形特點(diǎn)，采用校型工裝配合適當(dāng)參數(shù)進(jìn)行真空熱校型，來消除焊接變形保證零件質(zhì)量，原熱校型工裝，熱處理參數(shù)。

原熱校型工裝工位少，占爐時(shí)間長校型效率低，成型零件耐用度差。針對上述問題優(yōu)化設(shè)計(jì)了真空熱校型工裝，新工裝采用立式雙工位可調(diào)節(jié)凸凹模數(shù)量結(jié)構(gòu)。

2、模具結(jié)構(gòu)與工作過程

熱校型工裝工作過程：先將上模座與真空爐上工作臺相連，將下模座與真空爐下工作臺相連。根據(jù)一次熱校型零件數(shù)量確定凸凹模數(shù)量，通過導(dǎo)柱導(dǎo)向，用螺母和螺桿連接，使凸模、凹模和凸凹模連接在一起，將零件擺放在工裝中間，通過圓墊定位三個(gè)工裝零件，放置在下模座上面。校型開始前將導(dǎo)柱從工裝中卸下。真空爐開始工作，當(dāng)溫度達(dá)到750℃，上工作臺下行對調(diào)節(jié)片進(jìn)行加壓。持續(xù)加壓合模一段時(shí)間，完成熱校型。通過持續(xù)加壓使彈性變形逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢苫貜?fù)的蠕變變形，彈性應(yīng)力越來越小。上、下模座外形與熱校型設(shè)備對應(yīng)，上、下個(gè)設(shè)計(jì)18個(gè)直徑60mm的定位孔，既可以實(shí)現(xiàn)工作位置調(diào)整也可以起到減重作用。與下模座相連的是凸模，凸模底部安裝兩個(gè)圓墊，通過圓墊實(shí)現(xiàn)凸模與下模座定位，根據(jù)需用可實(shí)現(xiàn)單工位與雙工位轉(zhuǎn)換。與上模座相連的是凹模，凹模底部安裝兩個(gè)圓墊，通過圓墊實(shí)現(xiàn)凹模與上模座定位，根據(jù)需用可實(shí)現(xiàn)單工位與雙工位轉(zhuǎn)換。凸模與凹模中間所夾零件為凸凹模，上、下面均為工作型面。

凸模、凹模和凸凹模通過活動導(dǎo)柱定位，通過螺柱和螺栓緊固，在熱校型時(shí)，由于工裝表面氧化和?囟鵲牟瘓?勻等原有，工裝滑動面之間容易卡死，校型前將導(dǎo)柱抽出。凸模、凹模和凸凹模的型面設(shè)計(jì)考慮充分預(yù)熱、控制變形速度、合理選擇橫向焊縫與工作型面接觸位置和模具增重等工藝措施。各凸凹模上下面平行度0.1mm保證互換性。

3、模具零件設(shè)計(jì)

3.1、凸模、凹模設(shè)計(jì)

為避免在升溫過程中各部位膨脹變形尺寸不一致導(dǎo)致工裝無法使用，凸模、凹模和凸凹模采用整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。成形零件型面總體上位于同一水平面，保證凸凹模厚度不致過大影響校型工裝重量。凸模、凹模在型面兩側(cè)有兩水平面，作為制造和使用的基準(zhǔn)。凸模、凹模、凸凹模側(cè)面分別設(shè)計(jì)兩個(gè)φ20H7通孔，以此孔作為導(dǎo)向基準(zhǔn)，代替導(dǎo)套與活動導(dǎo)柱配合，為成型零件導(dǎo)向定位。凸凹模作為可換零件決定一次熱校型零件的數(shù)量，凸凹模上下兩面為按回彈補(bǔ)償修正型面。成型零件材料選擇ZGGr25Ni20不銹鋼，具有優(yōu)良的抗氧化性、耐腐蝕性，在高溫下能夠持續(xù)作業(yè)，具有良好的耐高溫性。

3.2、結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

上、下模座外形與熱校型設(shè)備對應(yīng)，上、下個(gè)設(shè)計(jì)18個(gè)直徑60mm的定位孔，既可以實(shí)現(xiàn)工作位置調(diào)整也可以起到減重作用。與上、下模座相連的是凹模和凸模，凸模底部安裝兩個(gè)圓墊，通過圓墊實(shí)現(xiàn)凸模與下模座定位，凹模底部安裝兩個(gè)圓墊，通過圓墊實(shí)現(xiàn)凹模與上模座定位，通用根據(jù)需用可實(shí)現(xiàn)單工位與雙工位轉(zhuǎn)換。

導(dǎo)柱采用φ20h7圓柱結(jié)構(gòu)，校型將零件擺放在工裝內(nèi)，通過導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向定位，加工開始前將導(dǎo)柱從工裝在抽出，導(dǎo)柱材料選擇1Cr18Ni9Ti。

4、結(jié)語

鈦合金具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、無磁性等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，鈦合金熱成形加工工藝日臻成熟，能夠設(shè)計(jì)出操作簡單，校型精度高、校型效率高的工藝裝備，對鈦合金鈑金件的生產(chǎn)起到重要促進(jìn)作用。