钛合金变截面钣金筒体局部加热翻孔成形技术

钛合金变截面钣金筒体局部加热翻孔成形技术

李雪梅 张波 宋子豪

中国航发成都发动机有限公司 四川成都610500

摘要为了控制钛合金钣金筒体冷翻孔成形裂纹，翻孔高差的问题，运用了理论和仿真成形分析，通过模拟件加工验证。摸索出了有效控制翻孔裂纹和尺寸的加工技术，该技术通过优化钣金件翻边成形工艺以及工艺参数，研制了局部加热翻孔成形半自动一体化装置，有效控制加工过程中成形裂纹和翻孔高度，确保零件的加工质量，满足了设计及装机要求。该技工技术在军用及民用飞机发动机上具有广泛的应用前景，产生重大的国防武器装备效益。

关键词翻孔成形 局部加热 裂纹 分段加热成形

0 引言

该钣金件选材钛合金，为大尺寸薄壁变截面回转体，钣金筒体大端偏心圆尺寸1312mm，小端直径Φ1243mm、高度1003.5mm，壁厚1.5mm。筒体上有18个翻边孔，直径Φ40mm〜Φ87mm，翻孔高度（3.0〜3.5）mm，翻孔成形后荧光检测无裂纹。采用冷翻孔成形翻边孔转接外R显示裂纹，翻孔高度超上差1.2mm，不满足设计图纸要求。

针对该零件结构特点、材料特性，开发了局部加热翻孔成形工艺，通过试验，制定了分段加热参数，研制了专用加热翻孔成形装置，突破了该零件翻孔成形裂纹和尺寸超差的技术难点。

1 钣金筒体冷翻孔成形技术分析

经查TC1-M材料标准，屈强比为0.77，延伸率为25%，可知TC1-M冷态塑性不足，受研制进度和条件所限，采用了冷翻孔成形工艺。由于零件结构、尺寸限制，为传递液压机翻孔成形压力，采用了零件卧式装夹、专用悬臂式模架与模具连接装置传递压力。该装置受空间和工艺所限，翻孔成形定位面小，大尺寸薄壁筒体卧式装夹由于重力导致零件型面易变形，翻孔成形压力F作用在变截面筒体的斜面上，分解成翻孔成形压力F1和水平向右分力F2,在分力F2的作用下，由于该装置无法实现轴向端面定位，导致翻边孔中心线向大端偏离理论中心位置，翻边孔小端侧翻边底孔直径相对理论减小，翻孔成形时同一孔小端侧翻孔高度约4.7mm,大端侧翻孔高度约3.0mm，翻孔高度不均匀超差1.2mm，见图1和图2所示。

图1筒体冷翻孔成形受力图 图2筒体冷翻孔成形受力移动状态图

2 钣金筒体冷翻孔成形仿真分析

利用PAM仿真软件分析成形变形趋势，运用该仿真软件，依据UG模型，材料成形特性数据，模具结构，采用冷翻孔成形进行仿真分析，冷翻孔成形厚度满足减薄处1.2mm的要求，但小端翻边高度高，仿真分析成形起皱趋势，转接R显示深蓝色为易起皱开裂区（见图3和4）与翻孔成形受力分析结论一致。

图3翻孔成形仿真厚度分布图 图4冷翻孔成形模开裂、起皱趋势图

3 开发了局部加热翻孔成形工艺和参数

依据钣金筒体材料特性结构特点，通过可行性分析和试验验证，开发了局部加热翻孔成形工艺，经查热成形标准确定理论参数，利用高频感应线圈加热，采用模拟试片通过多次试验迭代，满足翻孔尺寸和荧光一次合格，确定为分段局部加热成形：先预热并加热，保温，升温、保温，加压翻孔成形、保温。局部加热翻孔成形在开放的空气环境中进行加热，为修定设置温度与实际成形温度的差值，采用热电偶在试验件钣金筒体上进行试验并确定了最合理的分段加热成形参数，见图5所示。

图5筒体翻孔成形分段加热工艺曲线图

4 研制了可控温局部加热翻孔成形装置

研制了红外线测温调控，高频感应线圈加热翻孔成形，连接轴传递液压成形力，零件立式装夹轴向限位，翻孔模具分布在分瓣涨块上的一体化半自动局部加热翻孔成形装置。该装置能实现可控温、按设置的分段加热曲线实现翻孔成形，确保了翻孔成形的尺寸和外观要求（见图6所示），该装置操作简单，一次装夹零件，仅更换外侧的阴模或者阳模，与分度转盘结合可实现一次装夹零件翻边成形18个孔，加工效率提升了75%。

图6筒体翻孔成形实物

5 结论

通过对钛合金变截面钣金筒体的研究和应用，得出以下结论：

1）充分利用PAM仿真软件分析翻孔成形变形趋势，多次试验验证，开发了钛合金局部加热翻孔成形工艺，制定了空气环境中分段加热成形参数，解决了冷翻孔成形裂纹和翻孔高度超差的问题；

2）研制了可控温局部加热翻孔成形装置，实现了一次装夹零件，仅更换外侧的阴模或者阳模，与分度转盘结合翻边成形18个孔，加工效率提升了75%。

参考文献：

［1］焊接手册（第2卷）：材料的焊接[M]．北京：机械工业出版社，1992．

［2］冯炳尧，王南根，王晓晓. 模具设计与制造简明手册[M].上海科学技术出版社

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