大曲率复杂钛合金零件成形工装设计研究

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1、复杂构件综合制造技术sYNTH印cMANu，AcTURlNGTEcHN。。。GY。Fc。M札ExsTRucTuRE大曲率复杂钛合金零件成形工装设计研究TIoolingDesignandResearchofLargeCurVatureComplexTitaniumAlloyPartForming中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司制造数据中心张云鹏[摘要】在钛合金零件加工过程中，热成形和超塑成形是零件成形的两种方式，而这两种方式加工依据是成形工装，通过对成形工装的合理设计，可以有效提高钛合金零件成形的表面质量和工作效率，所以，成形工装的设计将是钛合金零件加工的关键因素。关键词：钛合金工装设计热成

2、形超塑成形工艺数模【ABSTRACTlIntheprocessofmachiningtita-niumalloy，hotfomlingandsupe印lasticfomlingaretwowaysoffomlingparts，andthetwowaysofprocessingarebasedonthefbnningtools，throughtherationaldesignofformingtools，canef免ctiVelyimproVethetitaniumalloypartsfbrmingqualityandworkefnciency，therefbre，thedesignoff-on

3、ntoolswillbeakeyfactorintitaniumalloymachining．KeywOrds：TitaniumallOy7I’00HngdesignHOtformingSuperplasticformingProcessmodel钛合金作为一种飞机结构材料，具有比强度高、耐高温、耐腐蚀性和与复合材料相容性好等特点，有利于减轻飞机重量、提高飞机安全性和降低综合成本。但是，钛合金的屈强比高且弹性模量小，反映在成形上为变形范围窄、易开裂、回弹大和尺寸精度难于保证。为了克服上述钛合金成形难点，一般需要将其加热到较高的温度进行成形⋯。随着数字化技术的快速发展，飞机零件丁装加工已逐步由模

4、拟量加丁向数字化加1二转变，按模线样板加工工装的生产方式逐渐被淘汰。在钛合金零件成形工装设计过程中，通常是以单个零件三维数学模型来设计其工装的，现阶段这种工装设计的合理性已经达到了最佳，但对于某些大曲率复杂钛合金零件来说，合理的工装也无法完全保证加工出来的产品是优质的，甚至还可能会产生超差和废品。为此，可以把多个装配零件放在一起来考虑整体工装设计的可行性，尤其是焊接类钛合金零件，整体工装设计不但省去了多个零件相互焊接的麻烦，还会显著提高整116航空制造技术·2013年第16期个部件的表面质量。此外，为了节省能源和提高T作效率，在一个]二装上同时完成多个零件的加工也是今后飞机工装设计的一个发展方

5、向。1大曲率Z型材钛合金零件成形工装设计1．1零件特点及其工艺性分析由于发动机整流罩在飞机飞行过程中温度较高，所以，大部分零件都采用钛合金来进行加工的，其内部含有大量z型材钛合金零件，这些零件完全贴附在整流罩内轮廓上，因而z型材有着较大的曲率。在加工时，z型材回弹现象严重，且容易产生褶皱。为此，零件加工要从工艺性着手，设计合理的成形工装，把零件成形过程中出现的不利因素减至最小。此类零件一般采取毛料弯曲成形、型材拉弯成形以及热处理的加工工艺。1．2工艺数模设计在整个零件成形过程中，需要弯曲模、拉弯模和稳定热处理夹具。弯曲模和拉弯模可以直接按零件三维数模(又称工程数模)来加工，而在热处理时，为了提

6、高工作效率，可以在一个稳定热处理夹具上同时处理多个零件。鉴于飞机部件左右对称的原理及其相似原理，示反零件常采用此种设计方法。稳定热处理夹具的设计依据是工艺数模，所谓工艺数模就是在零件i维数模的基础上进行二次设计所得到的制造数据集12l。在工艺数模设计时，首先选择对称面，对称面与零件边缘留有一定距离，即工艺余量，然后把零件边缘延伸至对称面，最后，零件三维数模以对称面为基准做镜像处理(见图1)，至此，工艺数模设计完成。1．3稳定热处理夹具设计以工艺数模为设计依据，可以快速地完成稳定热处图1零件三维数模(左)与工艺数模(右)对比Fig．13DmodeI(Ieft)andprocessmodeI(ri

7、ght)comparIson理夹具的设计。夹具主要包括胎体、盖板、圆柱销和吊环等结构。夹具设计要充分考虑热处理的相关工艺性，方便在热处理过程中的使用，如图2所示。图2稳定热处理夹具三维数学模型(不带盖板JFig．2SlabIeheattreatment3DmodeIoffi×ture(wfthoutcover)2复杂焊接类钛合金零件成形工装设计2．1钛合金焊接的主要缺陷钛及其合金焊接时的主要问题是