钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置

摘要

一种金属成形技术领域的钛合金板材锥形孔的翻边方法和翻边装置，包括：对钛合金板材进行预处理以便加工预制孔；预制孔加工完成后，通过第一锥形凸模和顶管的相互作用对预制孔边缘进行预弯；之后再通过第二锥形凸模和导管零件的相互作用制作锥形孔和凸台。本发明提高了翻边质量，减少了材料损耗，翻边的可行性在冷态下增加到1.5～2倍，而在热态下会更高；翻边后零件锥形孔壁厚均匀，同时扩大了焊接处直径，导管零件锥形孔与板材锥形孔同步成型，焊缝更好贴合，保证了焊缝质量。

权利要求

1.一种钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，预制孔加工：对钛合金板材进行退火处理，再经酸碱清洗，然后晾干、裁剪、预冲孔，得到预制孔；

S2，预弯加工：得到预制孔后，将钛合金板材安装在通用液压机上第一工位，顶管安装在第一工位上模，第一锥形凸模安装在第一工位下模，预制孔与顶管、第一锥形凸模对应设置；启动通用液压机，下降滑块，带动顶管下压对预制孔边缘进行预翻形成预翻孔；预翻后，通用液压机的滑块升起，带动顶管回程；

S3，锥形孔和凸台加工：将预翻后的钛合金板材移动至通用液压机上第二工位，第二工位上模安装导管零件、下模安装第二锥形凸模，预翻孔与导管零件、第二锥形凸模对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动导管零件下压，对板材进行锥形孔和凸台加工；不仅在两者变形区域内作用了背压力而且使二者相向变形，分别形成凸台和锥形孔，并在规定区域对接。

2.根据权利要求1所述的钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征是，所述的预翻及锥形孔加工过程中，第一锥形凸模在预翻区域、第二锥形凸模在锥形孔和凸台区域分别施予背压力，所述的背压力大小为20MPa。

3.根据权利要求1所述的钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征是，所述的锥形孔加工根据材料性能分为冷态加工和热态加工。

4.根据权利要求3所述的钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征是，所述的热态加工是指：将预翻后的钛合金板材在电辊道炉中加热至700℃并保温16分钟，然后立即移至第二工位，在高温状态下对钛合金板材进行锥形孔加工。

5.根据权利要求1所述的钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征是，所述的退火处理是指：在电辊道炉中将钛合金板材加热至700℃，炉内控温精度达到±1℃，保温20分钟，然后缓慢冷却至室温。

6.根据权利要求1所述的钛合金板材锥形孔的翻边方法，其特征是，所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm。

7.一种基于上述任一权利要求所述方法对钛合金板材进行翻边的液压机，其特征在于，包括：滑块、第一工位和第二工位，其中：第一工位上模设有顶管，第一工位下模设有第一锥形凸模，第二工位上模设有导管零件，第二工位下模设有第二锥形凸模；

所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm，所述的第一锥形凸模和第二锥形凸模结构、尺寸相同。

8.根据权利要求7所述的对钛合金板材进行翻边的液压机，其特征是，所述的顶管内侧管壁倒圆角。

说明书

钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种金属成形领域的技术，具体是一种钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置。

背景技术

[0002] 翻边成形是凸凹模利用拉伸力和压缩力形成凸台或在预制孔周边形成竖立凸台的成形工艺，其中圆孔翻边工艺广泛用于汽车、航天和航空工业的板料成形中。近年来，在飞机制造业，无论是民用飞机还是军用飞机，钛材由于其突出的优点，使用量在成倍增长。如在民用航空领域，美国由50年代波音707的钛合金用量3％到2010年波音787的15％增加了4倍，俄罗斯正在研制的客机MS-21钛合金用量高达25％，我国由ARJ21的钛合金用量
4.8％到C919的9.3％增加了1倍。在军用航空领域，美国由c-17的钛合金用量10.3％到F-22的41％增加了3倍，我国由歼11B的钛合金用量15％到歼31与F-35战斗机的用量相当。

[0003] 目前的圆孔翻边工艺存在较多缺陷，如：工艺过程接近临界变形会限制翻边高度，板材在凸台周边会极大变薄，凸台易产生裂纹导致产品报废等。而且翻边后凸台需要通过锥形管焊接至导管零件的锥形凸台上，增加了工艺难度。因此，需要在传统翻边工艺基础上，拟定新的工艺、模具及设备用于翻边生产。

[0004] 经过对现有技术的检索发现，2013年南昌大学的刘志云等人在《金属成形工艺》第21卷6期发表的论文“锥状凸模与柱形凸模圆孔翻边的比较分析”说明了用锥状凸模代替柱形凸模进行圆孔翻边，可使危险点由双向应力状态变为单向应力状态，等效应力和引起制件开裂的最大周向应力均有下降，材料变薄不少，能提高极限翻边变形程度。该技术只是把锥形凸模与平底凸模作为普通翻边凸模进行翻边操作，未能验证金属材质对加工工艺的影响，对于塑性较差的钛及钛合金材料，仅改进翻边凸模的外形难以达到加工的目的。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术中翻边区域金属缺少背压应力，无法解决翻边时材料容易开裂的问题，提出了一种钛合金板材锥形孔的翻边方法及装置，能够增加锥形翻边区域板材的背压应力，解决了翻边时材料容易开裂的问题，同时使两个零件焊接处精确对接，保证了焊缝质量。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 本发明涉及一种钛合金板材锥形孔的翻边方法，包括以下步骤：

[0008] S1，预制孔加工：对钛或钛合金板材进行退火处理，再经酸碱清洗，然后晾干、裁剪、预冲孔，得到预制孔；

[0009] S2，预弯加工：得到预制孔后，将钛合金板材安装在通用液压机上第一工位，顶管安装在第一工位上模，第一锥形凸模安装在第一工位下模，预制孔与顶管、第一锥形凸模对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动顶管下压对预制孔边缘进行预弯形成预翻孔；预翻后，通用液压机的滑块升起，带动顶管回程；

[0010] S3，锥形孔冷态翻边及凸台加工：将预翻后的钛或钛合金板材移动至通用液压机上第二工位，第二工位上模安装导管零件、下模安装第二锥形凸模，预翻孔与导管零件、第二锥形凸模对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动导管零件下压，导管零件下压端部逐步形成锥形孔，钛或钛合金板材预翻孔底部直径扩大，预翻孔凸台相对于钛或钛合金板材的水平面高度增加至与导管零件下压端部边缘精确接合，形成锥形孔。

[0011] 所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm。

[0012] 本发明涉及一种实现上述翻边方法的装置，包括：滑块、第一工位和第二工位，其中：第一工位上模设有顶管，第一工位下模设有第一锥形凸模，第二工位上模设有导管零件，第二工位下模设有第二锥形凸模；

[0013] 所述的顶管内径等于预制孔直径+板厚×2+0.10mm，所述的第一锥形凸模和第二锥形凸模结构、尺寸相同。

[0014] 所述的顶管内侧管壁倒圆角。

[0015] 所述的通用液压机最大公称力为630kN。

[0016] 技术效果

[0017] 与现有技术相比，本发明将传统的下压锥形凸模旋转180°作为下模固定，从而对翻边区域金属增加了背压应力，改善了翻边区域金属应力状态，可以得到较高的翻边比。对向凸模在变形区域内施加了额外压应力，有利于成形。甚至对未去除毛刺的预冲孔采用对向凸模翻边时，也能获得与钻孔或已去除毛刺的预制孔相近的翻边比。改用管件作为上模下压，解决了翻边时材料容易开裂的问题，提高了翻边质量，减少了材翻边区域金属料损耗；翻边的可行性在冷态下增加到1.5～2倍，而在热态下更高；翻边后零件锥形孔壁厚均匀，导管零件锥形孔与板材锥形孔同步成形，提高了焊接件精度，焊缝更好贴合，保证了焊缝质量。

附图说明

[0018] 图1为本发明中钛合金板材的预制孔示意图。

[0019] 图2为本发明中预制孔预翻示意图，其中：(a)为预翻过程图，(b)为预翻孔示意图；

[0020] 图3为本发明中锥形孔加工示意图，其中：(a)为加工过程图，(b)为锥形孔示意图；

[0021] 图4为本发明中钛或钛合金板材与导管零件的焊接结构图；

[0022] 图中：板材1、预翻孔2、第一锥形凸模3、顶管4、凸台5、导管零件6、第二锥形凸模7、锥形孔11、预制孔12；

[0023] 图5为本发明与现有技术极限翻边比对比图，其中：曲线1-1、1-2为本发明极限翻边比，曲线2-1、2-2为现有技术极限翻边比；di/d0为翻孔内径与预制孔直径之比；●为无裂纹结果，+为出现裂纹；s0为板料初始厚度；I为带对向凸模情况，II为不带对向凸模情况。

具体实施方式

[0024] 实施例1

[0025] 本实施例涉及一种钛合金板材锥形孔的翻边方法，包括以下步骤：

[0026] S1，预制孔12加工：对板材1进行退火处理后再经酸碱清洗，然后晾干、裁剪、预冲孔，得到预制孔12；

[0027] S2，预弯加工：在得到预制孔12后，将板材1安装在通用液压机上第一工位，顶管4安装在第一工位上模，第一锥形凸模3安装在第一工位下模，如图2所示，预制孔12与顶管4、第一锥形凸模3对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动顶管4下压对预制孔12边缘进行预翻形成预翻孔2，在预翻过程中第一锥形凸模3对板材1施加背压应力；预弯后，通用液压机的滑块升起，带动顶管4回程；

[0028] S3，锥形孔冷态翻边及凸台加工：将板材1移动至通用液压机上第二工位，第二工位上模安装导管零件6、下模安装第二锥形凸模7，如图3所示，预翻孔2与导管零件6、第二锥形凸模7对应设置；启动通用液压机，滑块下降，带动导管零件6下压，导管零件6下压端部逐步形成锥形孔11，在锥形孔11的形成过程中第二锥形凸模7对锥形孔11及凸台5区域施加背压应力，锥形孔11底部直径扩大，凸台5相对于板材1的水平面高度增加至与导管零件6下压端部边缘接合。

[0029] 所述的退火处理是指：在电辊道炉中将板材1加热至700℃，炉内控温精度达到±1℃，保温20分钟，然后缓慢冷却至室温。

[0030] 优选地，所述的背压应力为20MPa，由通用液压机的液压系统提供。

[0031] 优选地，所述的板材1的牌号为TA1，厚1mm，直径

[0032] 优选地，锥形孔11高5mm，最大内径

[0033] 优选地，所述的预制孔12直径 顶管4内径

[0034] 优选地，所述的第一锥形凸模3和第二锥形凸模7的材质为冷模钢Cr12MoV，热处理硬度58-62HRC，锥角为20°。

[0035] 优选地，所述的导管零件6是牌号为T2的铜管，管径 厚1mm。

[0036] 对板材1施加背压应力时，不仅可获得比常规翻边方法大近一倍的变形量，而且对未去除毛刺的预制孔12，也能获得与去除了毛刺的预制孔12相近的翻边比，如图5所示，其中Di/d0表示翻孔内径与预制孔12直径之比；d0/s0表示预制孔12直径与板材1厚度之比；s0表示板材1初始厚度；d0表示预制孔12直径；di表示翻孔内径；a表示无裂纹结果；b表示出现裂纹。

[0037] 如图4所示，导管零件6与板材1通过锥形凸台焊接。

[0038] 本发明涉及一种基于上述方法对板材1进行翻边的液压机，包括：滑块、第一工位和第二工位，其中：第一工位上模设有顶管4，第一工位下模设有第一锥形凸模3，第二工位上模设有导管零件6，第二工位下模设有第二锥形凸模7；

[0039] 所述的第一锥形凸模3和第二锥形凸模7结构、尺寸相同。

[0040] 所述的顶管4内侧管壁倒圆角。

[0041] 实施例2

[0042] 与实施例1的不同之处在于，本实施例中：

[0043] 所述的板材1的牌号为钛合金TC4，厚1mm，直径 预翻后热态翻边加工形成锥型凸台5；

[0044] 所述的第一锥形凸模的材质为冷模钢Cr12MoV，热处理硬度58-62HRC，所述的第二锥形凸模的材质为热模钢H13，热处理硬度48-52HRC。

[0045] 所述的热态翻边加工是指：将预翻后的板材1喷涂FR-6玻璃润滑剂，在400-1800℃范围内都具有防护润滑性能。干燥后置入电辊道炉中加热至700℃并保温16分钟后，立即移至第二工位，在高温状态下对板材1进行锥形孔凸台5加工；并同时对冷态下的铜导管施压，不仅在两者变形区域内作用了背压力而且使二者相向变形，分别形成凸台5和锥形孔11，并在规定区域对接。

[0046] 所述导管6为工业纯铜T2，它在冷态下塑性很好，故用不着加热。

[0047] 上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。