本發(fā)明屬于航空發(fā)動機用環(huán)形件制造領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法。

背景技術(shù)：

1、環(huán)形件在航空發(fā)動機中主要被應用于氣流控制、溫度控制、密封、承載等關(guān)鍵系統(tǒng)，起到支撐、連接和密封等作用，在航空發(fā)動機中扮演著重要的角色。鈦合金具有密度低、比強度高、耐腐蝕等一系列優(yōu)點，在航空發(fā)動機環(huán)形件上廣泛應用。

2、目前鈦合金環(huán)形件的制造流程主要為環(huán)軋毛坯+機加工制造。其中，環(huán)形毛坯主要采用棒料鐓粗+沖孔+擴孔+環(huán)軋的方式制造，整個工藝流程較長，且鍛件的冶金質(zhì)量需要嚴格控制每一工序的工藝參數(shù)。同時現(xiàn)有工藝下毛坯往往存在較大的余量，而在后續(xù)機加工階段，需要將這些余量全部去除從而獲得環(huán)形零件，而從鍛件毛坯到最后的零件，材料去除率可以高達90％以上，這些嚴重增加環(huán)形件的成本。同時材料去除量大還會導致加工周期長，加工易變形等諸多問題。

3、針對上述這些問題，目前的解決方法主要是對鍛件結(jié)構(gòu)進行精化設計，將傳統(tǒng)的矩形截面環(huán)鍛件改為異形截面環(huán)鍛件，但是受軋制設備等的限制，目前環(huán)形鍛件仍然不能實現(xiàn)近凈成形，后續(xù)機加工仍然需要切除大量余量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，對于鈦合金這種難變形材料，可以有效的降低材料的變形抗力，同時通過精確的模具結(jié)構(gòu)設計能夠?qū)崿F(xiàn)復雜薄壁構(gòu)件的近凈成形；能夠顯著降低后續(xù)機加工余量，縮短機加工周期，降低制造成本。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，包括如下步驟：1)設計鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯圖；2)根據(jù)毛坯圖，設計、制備約束脹形模具；3)根據(jù)毛坯圖，制備環(huán)狀預制坯；4)將環(huán)狀預制坯放置于約束脹形模具中，兩端非變形區(qū)域夾持固定并做好密封；然后接通電源，對環(huán)狀預制坯進行加熱；待加熱到預定溫度后，向約束脹形模具中通入氮氣，在高溫高壓作用下實現(xiàn)環(huán)狀預制坯超塑性成形；6)待環(huán)狀預制坯成形結(jié)束后，打開模具，將兩端未變形的夾持部分切除，獲得鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯。

4、進一步地，所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，所述步驟1)中，根據(jù)鈦合金復雜截面環(huán)形件設計圖，分析鈦合金復雜截面環(huán)形件零件的形狀結(jié)構(gòu)特征，對其復雜結(jié)構(gòu)進行簡化，取鈦合金復雜截面環(huán)形件零件厚度最大值為毛坯厚度，最終確定鈦合金復雜截面環(huán)形件的毛坯圖。

5、進一步地，所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，所述步驟2)中，約束脹形模具包括環(huán)形成型座和兩個脹緊頂蓋，環(huán)形成型座的內(nèi)壁為零件成型區(qū)，兩個脹緊頂蓋分別安裝在環(huán)形成型座的兩個圓口處；脹緊頂蓋的中心處設有進氣孔，脹緊頂蓋的周邊設有電加熱裝置。

6、進一步地，所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，所述步驟3)中，通過軋制成形獲得鈦合金板材，所述板材厚度根據(jù)鈦合金復雜截面環(huán)形件壁厚確定，所述板材變形組織類型符合相關(guān)標準對鈦合金組織的要求；根據(jù)毛坯圖，將所述板材切成板坯，再將所述板坯卷成環(huán)狀，并用電子束焊或激光焊方式焊接成環(huán)狀預制坯。

7、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明基于超塑性原理，利用氣脹成形的方式進行鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯的制造。本發(fā)明提供的成形方法，對于鈦合金這種難變形材料，可以有效的降低材料的變形抗力，同時通過精確的模具結(jié)構(gòu)設計能夠?qū)崿F(xiàn)復雜薄壁構(gòu)件的近凈成形，能夠顯著降低后續(xù)機加工余量，縮短機加工周期，降低制造成本，實現(xiàn)毛坯短流程、低成本、高效率制造。

技術(shù)特征：

1.一種鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，其特征在于，包括如下步驟：1)設計鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯圖；2)根據(jù)毛坯圖，設計、制備約束脹形模具；3)根據(jù)毛坯圖，制備環(huán)狀預制坯；4)將環(huán)狀預制坯放置于約束脹形模具中，兩端非變形區(qū)域夾持固定并做好密封；然后接通電源，對環(huán)狀預制坯進行加熱；待加熱到預定溫度后，向約束脹形模具中通入氮氣，在高溫高壓作用下實現(xiàn)環(huán)狀預制坯超塑性成形；5)待環(huán)狀預制坯成形結(jié)束后，打開模具，將兩端未變形的夾持部分切除，獲得鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，其特征在于，所述步驟1)中，根據(jù)鈦合金復雜截面環(huán)形件設計圖，分析鈦合金復雜截面環(huán)形件零件的形狀結(jié)構(gòu)特征，對其復雜結(jié)構(gòu)進行簡化，取鈦合金復雜截面環(huán)形件零件厚度最大值為毛坯厚度，最終確定鈦合金復雜截面環(huán)形件的毛坯圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，其特征在于，所述步驟2)中，約束脹形模具包括環(huán)形成型座和兩個脹緊頂蓋，環(huán)形成型座的內(nèi)壁為零件成型區(qū)，兩個脹緊頂蓋分別安裝在環(huán)形成型座的兩個圓口處；脹緊頂蓋的中心處設有進氣孔，脹緊頂蓋的周邊設有電加熱裝置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法，其特征在于，所述步驟3)中，通過軋制成形獲得鈦合金板材，所述板材厚度根據(jù)鈦合金復雜截面環(huán)形件壁厚確定，所述板材變形組織類型符合相關(guān)標準對鈦合金組織的要求；根據(jù)毛坯圖，將所述板材切成板坯，再將所述板坯卷成環(huán)狀，并用電子束焊或激光焊方式焊接成環(huán)狀預制坯。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于航空發(fā)動機用環(huán)形件制造領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯氣脹近凈成形方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：包括如下步驟：1)設計鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯圖；2)根據(jù)毛坯圖，設計、制備約束脹形模具；3)根據(jù)毛坯圖，制備環(huán)狀預制坯；4)將環(huán)狀預制坯放置于約束脹形模具中，兩端非變形區(qū)域夾持固定并做好密封；然后接通電源，對環(huán)狀預制坯進行加熱；待加熱到預定溫度后，向約束脹形模具中通入氮氣，在高溫高壓作用下實現(xiàn)環(huán)狀預制坯超塑性成形；6)待環(huán)狀預制坯成形結(jié)束后，打開模具，將兩端未變形的夾持部分切除，獲得鈦合金復雜截面環(huán)形件毛坯。本發(fā)明能夠顯著降低后續(xù)機加工余量，縮短機加工周期，降低制造成本。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇宇,譚志剛,趙興東,李昌永,邰清安
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9