專利名稱：一種鈦合金阻尼套的熱成型方法及夾具的制作方法
技術領域：
本發明屬于熱處理定型技術，具體是一種鈦合金阻尼套的熱成型方法及夾具。
背景技術：
原發動機阻尼套采用鎳基高溫合金GH4169制造，其成型技術是通過冷加工滾圓成型。此阻尼套將材料改為鈦合金TC4，且結構長，壁厚薄，結構新穎，并安裝于大飛機用發動機。因其具有直徑小(4>=133mm)、軸徑長(L=665mm)、壁厚薄(d=0. 5mm)等特點，TC4鈦合金材料彈性大，冷加工成形回彈大，通過三軸滾床滾圓后，工件袞彎形狀在工件取下時又反彈回板狀，因此無法通過冷加工滾圓成形。在公開號為CN102321796A的發明申請中公開了一種金屬材料密封環淬火過程中的熱定型夾具及熱定型方法。該方法通過上下蓋板定型已加工成基礎形狀的工件，所定型的工件是在已加工成圓環形的基礎形狀(開口金屬環和閉口金屬環)的前提下，采用材料淬火、回火工藝定型零件及零件開口尺寸，其工藝是通過淬火過程完成工件定型，在定型工藝過程中首先必須保證材料的硬度等各項性能在定型后合格，其零件為金屬密封環，零件特征為外徑方向尺寸遠大于零件的高度和厚度。現申報專利為在零件未有基礎形狀，為板料的特征下進行定型，是通過工裝使工件先成形再通過熱處理定型來實現，且最終定型的零件特征為細長圓筒形狀，零件軸向長度L=665mm，遠大于圓筒的直徑133mm，并且采用消除應力溫度為定型溫度，不影響材料性能，定型對材料性能無風險。公開號為CN102321796A的發明適用有形的工件，不適用于無基礎形狀的圓筒形工件的成形。

發明內容
為克服現有技術中存在的無法通過冷加工滾圓成形鈦合金阻尼套的不足，本發明提出了一種鈦合金阻尼套的熱成型方法及夾具。本發明所述鈦合金阻尼套的熱成型方法的具體步驟是步驟1、準備坯料通過下料沖孔、切邊，制成阻尼套的坯料。對所述坯料用丙酮清洗干凈。步驟2、阻尼套預成形通過夾具實現阻尼套預成形。將得到的坯料裝夾到清洗干凈的夾具上。大固定套放置在成形套筒I的底端面徑向凸出的工件座的上表面，將坯料安放在大固定套和成形套筒中間，坯料下端面安放在成形套筒底端面徑向凸出的工件座上表面。將坯料彎曲成筒形，緊固螺栓的螺桿從大固定套的螺孔內穿過后擰緊螺母，將大固定套夾緊在成形套筒上，小固定環裝夾在坯料上端，緊固螺栓的螺桿從小固定環的螺孔內穿過后擰緊螺母，至此完成阻尼套的預成形。將預成形的阻尼套吊裝入真空爐內進行熱定型處理。步驟3、熱處理成形所述熱處理成形的具體過程是裝爐將預成形的阻尼套放入真空熱處理爐內，平放在托架上，將測量溫度的熱電偶支貼緊工裝放置在預成形的阻尼套旁，并使熱電偶與預成形的阻尼套之間的距離為IOmm0抽真空對真空爐抽真空至6. 65X 10_2Pa時，以5 10°C /分的升溫速率將阻尼套加熱至400°C。以3°C /分的升溫速率將預成形的阻尼套升溫至600 650°C。在600 650°C保溫2 3小時，使該預成形的阻尼套充分軟化，并成形為圓筒狀有開口的阻尼套。步驟4，定型。通過冷卻的方式使成形的阻尼套定型。所述預成形的阻尼套隨爐真空冷卻到300°C。向真空爐內充入氬氣，并通過風扇將工件冷到80°C。取出安裝工件的夾具空冷到室溫，得到熱成形的鈦合金阻尼套。所述氬氣的壓力為0. 8 1. Obar，氬氣的純度為 99. 99%o本發明還提出了一種用于所述鈦合金阻尼套的熱成形方法的夾具，包括成形套筒、大固定套和小固定環，其特征在于，小固定環套裝在成形套筒外表面上端，大固定套套裝在成形套筒外表面下端。所述成形套筒的外徑與所成形工件的內徑相同。在所述成形套筒上端的外圓周表面為與所成形工件的內圓表面的階梯相對應的階梯狀。所述大固定套的內徑與所成形工件的外徑相同。并且在大固定套圓周上有沿該大固定套2軸向延伸的開口 ；該所述開口的寬度根據所成形工件開口的尺寸確定，并且開口的寬度略小于工件開口的寬度；所述開口的寬度略小于工件開口的寬度。所述小固定環的內徑與所成形工件收口處的外徑相同。并且在小固定環圓周上有沿該小固定環軸向延伸的開口 ；所述開口的寬度略小于工件開口的寬度。本發明用于解決薄壁鈦合金阻尼套的開口尺寸定型工藝，確保阻尼套的開口尺寸及形狀能夠滿足使用要求。本發明利用材料熱校型原理，首先將下料制成的板料狀工件在冷態下進行裝夾預成型；然后將預成型工件裝入真空爐內，在熱態600 650°C保溫2 3小時的條件下進行熱定型處理，由于在該溫度范圍內鈦合金材料軟化，同時工件裝夾彎曲時的冷態裝夾應力得以消除，材料的高溫軟化效應使工件形狀在冷卻后固定，卸掉夾具后零件變成細長筒狀。


圖1是夾具的結構示意圖，其中，圖1a是主視圖，圖1b是圖1a的A —A向視圖；圖2是成形套筒的結構示意圖，其中，圖2a是主視圖，圖2b是圖2a的俯視圖；圖3是大固定套的結構示意圖，其中，圖3a是主視圖，圖3b是圖3a的俯視圖；圖4是小固定環的結構示意圖，其中，圖4a是主視圖，圖4b是圖4a的俯視圖；圖5是經過最終熱定型后的工件實物圖。圖中1.成形套筒 2.大固定套 3.工件 4.提手 5.小固定環
具體實施例方式實施例1本實施例是一種鈦合金阻尼套的熱成形方法，所成形的鈦合金阻尼套為圓筒狀，其上端有收口，使該鈦合金阻尼套的外形呈瓶狀。成形所述鈦合金阻尼套的板料為網狀矩形薄板，其長度為655mm、寬度為397mm、厚度為0. 5mm。具體步驟是
步驟1、準備坯料通過下料沖孔、切邊，制成阻尼套的坯料。所述坯料為網狀矩形薄板，其長度為655mm、寬度為397mm、厚度為0. 5mm。對所述還料用丙酮清洗干凈，以防止零件被污染，便于熱處理后能得到潔凈光亮的表面狀態。步驟2、阻尼套預成形通過夾具實現阻尼套預成形。將得到的坯料裝夾到清洗干凈的夾具上。大固定套2放置在成形套筒I的底端面徑向凸出的工件座的上表面，將坯料3安放在大固定套2和成形套筒I中間，坯料3下端面安放在成形套筒I底端面徑向凸出的工件座上表面。將坯料3彎曲成筒形，緊固螺栓的螺桿從大固定套2的螺孔內穿過后擰緊螺母，將大固定套2夾緊在成形套筒I上，小固定環5裝夾在坯料上端，緊固螺栓的螺桿從小固定環5的螺孔內穿過后擰緊螺母，至此完成阻尼套的預成形。將預成形的阻尼套吊裝入真空爐內進行熱定型處理。步驟3、熱處理成形所述熱處理成形的具體過程是裝爐將預成形的阻尼套放入真空熱處理爐內，平放在托架上，將測量溫度的2支熱電偶放置在預成形的阻尼套旁，并使熱電偶與預成形的阻尼套之間的距離為10_。抽真空對真空爐抽真空至6. 65X 10_2Pa時，開始以5°C /分的升溫速率將該真空爐的爐溫升至400°C并保溫，使位于爐內的預成形的阻尼套的溫度達到400°C。以3°C /分的升溫速率將爐溫升到600 650°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到600 650°C。在600 650°C保溫2 3小時，使該預成形的阻尼套充分軟化，并成形為圓筒狀有開口的阻尼套。本實施例中，以3°C /分的升溫速率將爐溫升到650°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到650°C。在650°C保溫3小時。步驟4，定型。通過冷卻的方式使成形的阻尼套定型。所述預成形的阻尼套隨爐真空冷卻到300°C。向真空爐內充入氬氣，所述氬氣的壓力為0. 8 1. Obar，氬氣的純度為99.99%。在向真空爐內充入氬氣時，通過風扇將工件冷到80°C。打開爐門取出安裝工件的夾具空冷到室溫。卸掉工裝，得到熱成形的鈦合金阻尼套。本實施例中，所述預成形的阻尼套隨爐真空冷到300°C，氬氣的壓力為0. 8bar。經測量，本實施例所成形的工件滿足設計要求。實施例2 本實施例是一種鈦合金阻尼套的熱成形方法，所成形的鈦合金阻尼套為圓筒狀，其上端有收口，使該鈦合金阻尼套的外形呈瓶狀。步驟1、準備坯料通過下料沖孔、切邊，制成阻尼套的坯料。所述坯料為網狀矩形薄板，其長度為655mm、寬度為397mm、厚度為0. 5mm。對所述還料用丙酮清洗干凈，以防止零件被污染，便于熱處理后能得到潔凈光亮的表面狀態。步驟2、阻尼套預成形通過夾具實現阻尼套預成形。將得到的坯料裝夾到清洗干凈的夾具上。大固定套2放置在成形套筒I的底端面徑向凸出的工件座的上表面，將坯料3安放在大固定套2和成形套筒I中間，坯料3下端面安放在成形套筒I底端面徑向凸出的工件座上表面。將坯料3彎曲成筒形，緊固螺栓的螺桿從大固定套2的螺孔內穿過后擰緊螺母，將大固定套2夾緊在成形套筒I上，小固定環5裝夾在坯料上端，緊固螺栓的螺桿從小固定環5的螺孔內穿過后擰緊螺母，至此完成阻尼套的預成形。將預成形的阻尼套吊裝入真空爐內進行熱定型處理。步驟3、熱處理成形所述熱處理成形的具體過程是
裝爐將預成形的阻尼套放入真空熱處理爐內，平放在托架上，將測量溫度的3支熱電偶放置在預成形的阻尼套旁，并使熱電偶與預成形的阻尼套之間的距離為10_。抽真空對真空爐抽真空至6. 65X KT2Pa時，開始以10°C /分的升溫速率將該真空爐的爐溫升至400°C并保溫，使位于爐內的預成形的阻尼套的溫度達到400°C。以6°C /分的升溫速率將爐溫升到600 650°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到600 650°C。在600 650°C保溫2 3小時，使該預成形的阻尼套充分軟化，并成形為圓筒狀有開口的阻尼套。本實施例中，以6°C /分的升溫速率將爐溫升到650°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到650°C。在650°C保溫2小時。步驟4，定型。通過冷卻的方式使成形的阻尼套定型。所述預成形的阻尼套隨爐真空冷卻到260°C。向真空爐內充入氬氣，所述氬氣的壓力為0. 8 1. Obar，氬氣的純度為99.99%。在向真空爐內充入氬氣時，通過風扇將工件冷到80°C。打開爐門取出安裝工件的夾具空冷到室溫。卸掉工裝，得到熱成形的鈦合金阻尼套。本實施例中，所述預成形的阻尼套隨爐真空冷到260°C。氬氣的壓力為0. 8 1. Obar。經測量，本實施例所成形的工件滿足設計要求。實施例3 本實施例是一種鈦合金阻尼套的熱成形方法，所成形的鈦合金阻尼套為圓筒狀，其上端有收口，使該鈦合金阻尼套的外形呈瓶狀。步驟1、準備坯料通過下料沖孔、切邊，制成阻尼套的坯料。所述坯料為網狀矩形薄板，其長度為655mm、寬度為397mm、厚度為0. 5mm。對所述還料用丙酮清洗干凈，以防止零件被污染，便于熱處理后能得到潔凈光亮的表面狀態。步驟2、阻尼套預成形通過夾具實現阻尼套預成形。將得到的坯料裝夾到清洗干凈的夾具上。大固定套2放置在成形套筒I的底端面徑向凸出的工件座的上表面，將坯料3安放在大固定套2和成形套筒I中間，坯料3下端面安放在成形套筒I底端面徑向凸出的工件座上表面。將坯料3彎曲成筒形，緊固螺栓的螺桿從大固定套2的螺孔內穿過后擰緊螺母，將大固定套2夾緊在成形套筒I上，小固定環5裝夾在坯料上端，緊固螺栓的螺桿從小固定環5的螺孔內穿過后擰緊螺母，至此完成阻尼套的預成形。將預成形的阻尼套吊裝入真空爐內進行熱定型處理。步驟3、熱處理成形所述熱處理成形的具體過程是裝爐將預成形的阻尼套放入真空熱處理爐內，平放在托架上，將測量溫度的4支熱電偶放置在預成形的阻尼套旁，并使熱電偶與預成形的阻尼套之間的距離為10_。抽真空對真空爐抽真空至6. 65 X KT2Pa時，開始以6°C /分的升溫速率將該真空爐的爐溫升至400°C并保溫，使位于爐內的預成形的阻尼套的溫度達到400°C。以3°C /分的升溫速率將爐溫升到600 650°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到600 650°C。在600 650°C保溫2 3小時，使該預成形的阻尼套充分軟化，并成形為圓筒狀有開口的阻尼套。本實施例中，以3°C /分的升溫速率將爐溫升到600°C，并保溫至預成形的阻尼套的溫度達到600°C。在600°C保溫3小時。步驟4，定型。通過冷卻的方式使成形的阻尼套定型。所述預成形的阻尼套隨爐真空冷卻到200°C。向真空爐內充入氬氣，所述氬氣的壓力為0. 8 1. Obar，氬氣的純度為99.99%。在向真空爐內充入氬氣時，通過風扇將工件冷到80°C。打開爐門取出安裝工件的夾具空冷到室溫。卸掉工裝，得到熱成形的鈦合金阻尼套。本實施例中，所述預成形的阻尼套隨爐真空冷到200°C。氬氣的壓力為0. 8 1. Obar。經測量，本實施例所成形的工件滿足設計要求。實施例4本實施例是一種用于所述鈦合金阻尼套的熱成形方法的夾具，包括成形套筒1、大固定套2和小固定環5。成形套筒I采用lCrl8Ni9Ti制成。所述成形套筒I的外徑與所成形工件的內徑相同。在所述成形套筒I上端的外圓周表面為與所成形工件的內圓表面的階梯相對應的階梯狀。在所述成形套筒I下端的外圓周表面有徑向凸出的工件座，將成形工件的下端面安放在該工件座的上表面。大固定套2亦采用lCrl8Ni9Ti制成。所述大固定套2的內徑與所成形工件的外徑相同。并且在大固定套2圓周上有沿該大固定套2軸向延伸的開口，使大固定套的橫向剖面呈“C”形。所述開口的寬度根據所成形工件開口的尺寸確定，并且開口的寬度略小于工件開口的寬度。在所述開口的兩側邊對稱分布有2對連接頭。在所述連接頭上有同心的連接孔。該大固定套2的軸向長度與從成形套筒下端的工件座上表面至該成形套筒上端階梯面下表面之間的長度相同。小固定環5亦采用lCrl8Ni9Ti制成。所述小固定環的內徑與所成形工件收口處的外徑相同。所述小固定環5的內徑與所成形工件的外徑相同。并且在小固定環5圓周上有沿該小固定環5軸向延伸的開口，使小固定環5的橫向剖面呈“C”形。所述開口的寬度根據所成形工件開口的尺寸確定，并且開口的寬度略小于工件開口的寬度。上述實施例中，所述經過預成形的阻尼套在熱處理成形前，坯料為網狀板料。經熱處理定型之后，零件形狀變為細長的筒狀結構，鈦合金材料在600°C 650°C溫度下軟化，同時工件裝夾彎曲時的冷態裝夾應力得以消除，材料的高溫軟化效應使零件形狀在冷卻后固定，卸掉夾具后零件形狀變為細長的筒狀結構。經過最終熱定型處理，零件成為開口圓筒狀，零件各部位尺寸符合工藝設計要求。裝夾坯料時，使零件與內成形套筒緊密貼合，將外成形套筒內表面與零件表面貼緊，擰緊外固定環緊固螺釘，使其在室溫下固定在工裝內進行預定型處理，零件開口尺寸的大小變化隨夾具內固定環尺寸變形而變化。將裝夾好預定型的阻尼套放入真空熱處理爐內，進行最終熱定型處理，在真空爐中600°C 650°C保溫2 3小時，鈦合金材料在600°C 650°C溫度下軟化，同時工件裝夾彎曲時的冷態裝夾應力得以消除，材料的高溫軟化效應使零件形狀在冷卻后固定，卸掉夾具后零件變成細長筒狀。
權利要求
1.一種鈦合金阻尼套的熱成型方法，其特征在于，具體步驟是 步驟1、準備坯料通過下料沖孔、切邊，制成阻尼套的坯料；對所述坯料用丙酮清洗干凈; 步驟2、阻尼套預成形通過夾具實現阻尼套預成形；將得到的坯料裝夾到清洗干凈的夾具上；大固定套放置在成形套筒的底端面徑向凸出的工件座的上表面，將坯料安放在大固定套和成形套筒中間，坯料下端面安放在成形套筒底端面徑向凸出的工件座上表面；將坯料彎曲成筒形，緊固螺栓的螺桿從大固定套的螺孔內穿過后擰緊螺母，將大固定套夾緊在成形套筒上，小固定環裝夾在坯料上端，緊固螺栓的螺桿從小固定環的螺孔內穿過后擰緊螺母，至此完成阻尼套的預成形；將預成形的阻尼套吊裝入真空爐內進行熱定型處理； 步驟3、熱處理成形所述熱處理成形的具體過程是 裝爐將預成形的阻尼套放入真空熱處理爐內，平放在托架上，將測量溫度的熱電偶貼緊工裝放置在預成形的阻尼套旁，并使熱電偶與預成形的阻尼套之間的距離為IOmm ； 抽真空對真空爐抽真空至6. 65X 10_2Pa時，以5 10°C /分的升溫速率將阻尼套加熱至400°C ;以3 6°C /分的升溫速率將預成形的阻尼套升溫至600 650°C ;在600 650°C保溫2 3小時，使該預成形的阻尼套充分軟化，并成形為圓筒狀有開口的阻尼套； 步驟4，定型；通過冷卻的方式使成形的阻尼套定型；所述預成形的阻尼套隨爐真空冷卻到300 200°C ;向真空爐內充入氬氣，并通過風扇將工件冷到80°C ;取出安裝工件的夾具空冷到室溫，得到熱成形的鈦合金阻尼套；所述氬氣的壓力為O. 8 1. Obar，氬氣的純度為 99. 99%ο
2.一種用于所述鈦合金阻尼套的熱成形方法的夾具，其特征在于，包括成形套筒、大固定套和小固定環，其特征在于，小固定環套裝在成形套筒外表面上端，大固定環套裝在成形套筒外表面下端；所述成形套筒的外徑與所成形工件的內徑相同。
3.如權利要求2所述用于鈦合金阻尼套的熱成形的夾具，其特征在于，在所述成形套筒上端的外圓周表面為與所成形工件的內圓表面的階梯相對應的階梯狀。
4.如權利要求2所述用于鈦合金阻尼套的熱成形的夾具，其特征在于，所述大固定套的內徑與所成形工件的外徑相同；并且在大固定套圓周上有沿該大固定套軸向延伸的開口 ；該所述開口的寬度根據所成形工件開口的尺寸確定，并且開口的寬度略小于工件開口的寬度；所述開口的寬度略小于工件開口的寬度。
5.如權利要求2所述用于鈦合金阻尼套的熱成形的夾具，其特征在于，所述小固定環的內徑與所成形工件收口處的外徑相同；并且在小固定環圓周上有沿該小固定環軸向延伸的開口 ；所述開口的寬度略小于工件開口的寬度。
全文摘要
一種鈦合金阻尼套的熱成型方法及夾具。所述鈦合金阻尼套的熱成型方法是利用材料熱校型原理，首先將下料制成的板料狀工件在冷態下進行裝夾預成型；然后將預成型工件裝入真空爐內，在熱態600～650℃保溫2～3小時的條件下進行熱定型處理，由于在該溫度范圍內鈦合金材料軟化，同時工件裝夾彎曲時的冷態裝夾應力得以消除，材料的高溫軟化效應使工件形狀在冷卻后固定，卸掉夾具后零件變成細長筒狀，實現了通過冷加工的方式滾圓成形鈦合金阻尼套。
文檔編號C22F1/18GK103028903SQ20121047988
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月22日 優先權日2012年11月22日
發明者孫惠嫻, 李淑文, 過月娥, 曹偉, 賀軍 申請人:西安航空動力股份有限公司