鈦合金鈑金零件工藝性分析、模具結構、模具零件設計

鈦合金鈑金零件在先進航空發動機上占有相當的比重，并呈現出結構集成度愈來愈高、結構愈來愈復雜的發展趨勢，在減輕發動機重量、改善和提高性能等方面發揮著日益重要的作用。與普通材質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。某調節片零件用于航空發動機尾噴口，是調整發動機狀態的重要零件，其主體部分主要由內、外殼體焊接而成，組件材料均為TC2，厚度0.8mm。目前，內、外殼體零件熱成形加工型面，沖切加工外輪廓。調節片由內、外殼體焊接而成，焊后零件存在比較嚴重的變形，需要進行真空熱校型處理。

1、工藝性分析

調節片主要工藝路線是：集件，酸洗，點焊，裝配點焊和定位焊，鉗加工，連續點焊，鉗加工，裝夾零件，真空熱校型，鉆孔，檢驗。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度和較好塑性的近α型鈦合金，它含有4%α穩定元素Al和1.5%β穩定元素Mn，不能進行熱處理強化，只能在退火狀態下使用，合金具有較滿意的工藝塑性、焊接穩定性和熱穩定性，長期工作溫度可達350℃，短時使用溫度為750℃。調節片采用鈦合金TC2。

針對焊接變形和鈦合金成形特點，采用校型工裝配合適當參數進行真空熱校型，來消除焊接變形保證零件質量，原熱校型工裝，熱處理參數。

原熱校型工裝工位少，占爐時間長校型效率低，成型零件耐用度差。針對上述問題優化設計了真空熱校型工裝，新工裝采用立式雙工位可調節凸凹模數量結構。

2、模具結構與工作過程

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。根據一次熱校型零件數量確定凸凹模數量，通過導柱導向，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，通過圓墊定位三個工裝零件，放置在下模座上面。校型開始前將導柱從工裝中卸下。真空爐開始工作，當溫度達到750℃，上工作臺下行對調節片進行加壓。持續加壓合模一段時間，完成熱校型。通過持續加壓使彈性變形逐漸轉變為不可回復的蠕變變形，彈性應力越來越小。上、下模座外形與熱校型設備對應，上、下個設計18個直徑60mm的定位孔，既可以實現工作位置調整也可以起到減重作用。與下模座相連的是凸模，凸模底部安裝兩個圓墊，通過圓墊實現凸模與下模座定位，根據需用可實現單工位與雙工位轉換。與上模座相連的是凹模，凹模底部安裝兩個圓墊，通過圓墊實現凹模與上模座定位，根據需用可實現單工位與雙工位轉換。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柱定位，通過螺柱和螺栓緊固，在熱校型時，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，校型前將導柱抽出。凸模、凹模和凸凹模的型面設計考慮充分預熱、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、模具零件設計

3.1、凸模、凹模設計

為避免在升溫過程中各部位膨脹變形尺寸不一致導致工裝無法使用，凸模、凹模和凸凹模采用整體式結構設計。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、凹模在型面兩側有兩水平面，作為制造和使用的基準。凸模、凹模、凸凹模側面分別設計兩個φ20H7通孔，以此孔作為導向基準，代替導套與活動導柱配合，為成型零件導向定位。凸凹模作為可換零件決定一次熱校型零件的數量，凸凹模上下兩面為按回彈補償修正型面。成型零件材料選擇ZGGr25Ni20不銹鋼，具有優良的抗氧化性、耐腐蝕性，在高溫下能夠持續作業，具有良好的耐高溫性。

3.2、結構件設計

上、下模座外形與熱校型設備對應，上、下個設計18個直徑60mm的定位孔，既可以實現工作位置調整也可以起到減重作用。與上、下模座相連的是凹模和凸模，凸模底部安裝兩個圓墊，通過圓墊實現凸模與下模座定位，凹模底部安裝兩個圓墊，通過圓墊實現凹模與上模座定位，通用根據需用可實現單工位與雙工位轉換。

導柱采用φ20h7圓柱結構，校型將零件擺放在工裝內，通過導柱進行導向定位，加工開始前將導柱從工裝在抽出，導柱材料選擇1Cr18Ni9Ti。

4、結語

鈦合金具有高強度、耐腐蝕、無磁性等優良特性，廣泛應用于航空、航天領域，鈦合金熱成形加工工藝日臻成熟，能夠設計出操作簡單，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起到重要促進作用。