[发明专利]大型复杂双曲率钛合金筒形件成形模具及其成形方法

权利要求书

1.一种大型复杂双曲率钛合金筒形件成形模具，其特征在于，所述的大型复杂双曲率钛合金筒形件成形模具包括桶段(3)、上压板(4)和下压板(5)，所述的桶段(3)为具有内型面的空心柱体形结构，桶段(3)的内型面与筒形件外型面相吻合，桶段(3)的壁厚为150mm-200mm；

所述的桶段(3)的外侧壁沿周向均匀设置不少于4个测温孔(10)，测温孔(10)设置在桶段(3)中部，用于插入热电偶，监测桶段(3)温度的均匀性，测温孔(10)的直径8mm，测温孔(10)的底部距桶段(3)的内型面20mm；

所述的桶段(3)的外侧壁近下端面处，至少设置1个通气孔(11)，用以超塑成形时通氩气，通气孔(11)为高20mm的长圆槽，用以放置通气钛管；

所述的桶段(3)分别在侧壁上部和下部各均匀设置2个排气孔(12)，排气孔(12)的直径10mm，排气孔(12)连接钛管，钛管另一端连接设备真空气路，用来排除模具内的气体，防止零件高温氧化和氢化，并保证毛料贴模；

所述的上压板(4)和下压板(5)与桶段(3)相配合，上压板(4)和下压板(5)的外形与桶段(3)外形一致，为实心柱体结构，高度为100mm-150mm；在上压板(4)和下压板(5)的侧壁上，至少沿一个直径两端分别设置测温孔(10)，用以监测上压板(4)和下压板(5)温度，该测温孔(10)的直径为8mm，深度为200mm，测温孔(10)距离上压板(4)和下压板(5)的型面20mm；

所述的上压板(4)和下压板(5)远离桶段(3)的表面，均设置有T型压板槽(7)，用于模具与超塑成形/扩散连接设备的连接固定；在下压板(5)与桶段(3)的接触面上，设置有压边梗(6)，以满足成形气密的要求；压边梗(6)高0.3mm，宽4mm，压边梗(6)的外缘距下压板(5)外缘约70mm-80mm，用以成形时压住毛料边缘，保证成形不漏气；

在所述的桶段(3)、上压板(4)和下压板(5)的外侧壁上，沿径向分别设置对应的两个导向槽(9)，用以安装导向板(8)，以连接桶段(3)、上压板(4)和下压板(5)，导向板(8)通过螺钉固定在上压板(4)、下压板(5)的导向槽(9)内；

在所述的桶段(3)、上压板(4)、下压板(5)的外侧壁还分别设置有吊装棒(13)，用于生产过程中，模具的移动和装卸。

2.一种大型复杂双曲率钛合金筒形件成形方法，其特征在于，所述的大型复杂双曲率钛合金筒形件成形方法采用如权利要求1所述的大型复杂双曲率钛合金筒形件成形模具，包括以下步骤：

1)毛料制备

1.1)毛料包括毛料上盖(14)、毛料桶段(15)和毛料压边余量(16)三部分；

1.1)在CATIA V5软件中，将模具的设计基准型面(2)展开，将展开后的数模沿长度方向减小5mm-10mm，宽度方向减小2mm-3mm，展开数据作为毛料桶段(15)制备数模；

1.2)根据步骤1.1)中的展开数据进行下料，同时制出毛料桶段(15)的通气孔，毛料桶段(15)的通气孔与模具的通气孔(11)相匹配，去除毛料边缘毛刺，粗糙度不低于Ra 6.3；

1.3)将毛料桶段(15)滚弯成与模具的桶段(3)的内型面相吻合；

1.4)制备毛料上盖(14)和毛料压边余量(16)；

1.5)封焊：预先修配和抛光毛料待焊区域，采用激光焊接将毛料桶段(15)焊接成与模具的桶段(3)的内型面相吻合；采用氩弧焊将毛料桶段(15)与毛料上盖(14)、毛料桶段(15)与毛料压边余量(16)以及毛料桶段(15)与通气管接成一个封闭型腔，即，毛料制备完毕；

2)止焊剂涂覆：清理步骤1)中制备的毛料，并在毛料的外表面和模具的内型面喷涂止焊剂；

3)装模：在模具的上压板(4)、下压板(5)与设备平台接触部位放好石棉毡，再将步骤2)中获得的封焊后的筒形的毛料放入模具，在各测温孔(10)中插好测温热电偶；

4)气密检查：采用水浸法对步骤2)中获得的封焊后的筒形的毛料进行气密性检查；

5)进炉升温：将步骤4)中检查好的毛料随模具一同进炉升温，设置平台温度960～970℃，升温速率60～75℃/h，模具温度达到300℃时通过模具上的排气管路通入0.12～0.15Mpa氩气清扫保护；

6)超塑成形：模具温度达到860℃时开始成形，成形压力1.5～2.0Mpa，设备密封压力应高于模具压边埂(6)内气压作用力100KN以上；

7)降温取件：模具随路冷却至450～550℃时降温取件，降温过程中模具内通0.12～0.15Mpa氩气保护；

8)制外形：按模胎要求制取符合数模要求的筒形件。