一種鈦合金油箱殼體成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于精密鈑金加工領域，涉及一種鈦合金油箱殼體成形方法，主要運用于 直筒形鈦合金油箱殼體的精密成形。
【背景技術】
[0002] 鈦及鈦合金是一種優良的工程結構材料，隨著其用量的逐年擴大，在各種工程結 構和設備的加工制造中的應用越來越多。由于鈦合金強度高，塑性相對較差，加工變形抗力 大，變形范圍窄，外加鈦合金彈性模量小，回彈大等固有特性，使其成形加工比較困難，若方 法不當或工藝不合理，往往造成工件無法滿足技術要求，甚至造成報廢。因此，對于大多數 合金強度高、板材厚度大、形狀復雜或變形量大的工件成形，多采用熱成形的工藝。但熱成 形工藝耗費的電能、模具費用、人工成本和生產效率等都大大高于冷成形工藝。
[0003]目前常溫的冷滾彎成形工藝，一般適用鋼、鋁材質零件，在鈦合金材質中運用較 少，由于針對塑性較低的近α相、α - β相鈦合金（如TA15、TC4等）存在彈性高、剛性低、 導熱差、硬度高等特點，在冷滾的過程中易出現冷滾裂紋和冷滾半徑不精確等問題。隨著在 航空航天領域火箭和導彈飛行速度的不斷提高，鈦合金油箱殼體的運用不斷擴大，然而目 前鈦合金油箱殼體的成形工藝較為復雜，采用熱成形工藝/機加/縱縫焊接/熱校形的復 合成形工藝，制造成本高，周轉周期長。
【發明內容】
[0004] (一）要解決的技術問題
[0005] 本發明的目的是提供一種鈦合金油箱殼體成形方法，替代現有鈦合金油箱殼體熱 成形工藝/機加/縱縫焊接/熱校形的復合成形工藝，實現工藝合理、操作簡單、定位和切 割精度尚，以提尚生廣效率并降低生廣制造成本。
[0006] (二）技術方案
[0007] 為了解決上述技術問題，本發明提供一種鈦合金油箱殼體成形方法，其包括以下 步驟：
[0008] 步驟一：按鈦合金油箱殼體中性層理論直徑尺寸計算零件展開料形狀，并沿乳制 坯料的纖維方向下料，得到平板板料；
[0009] 步驟二：根據冷滾機的結構參數確定油箱殼體冷滾彎直徑；
[0010] 步驟三：利用冷滾機按照油箱殼體冷滾彎直徑對平板板料進行滾彎成形；
[0011] 步驟四：對滾彎成形的板料進行對接焊接；
[0012] 步驟五：對焊接形成的圓筒件進行熱校形和穩定化處理。
[0013] 其中，所述步驟二中，所述冷滾機包括第一下滾輪、第二下滾輪和上滾輪，上滾輪 是主動輪，外徑為R2 ;第一下滾輪和第二下滾輪是從動輪，外徑相等，外徑均為Rl ;兩個從 動輪之間的中心距離為2a ;油箱殼體冷滾彎的內徑為R，R大于R2 ;平板板料的厚度為h， 以上滾輪與平板板料開始接觸點作為零點，下壓位移為S ;回彈補償的下壓距離為1.0 h~ 2. Oh，則上滾輪下壓位移S與彎曲半徑R的關系式為：
[0014] S = R + /! +Rl-^/(R + h + Rlf-cr + (i.()~2.0)/?。
[0015] 其中，所述步驟三中，在滾彎成形過程中，將所述平板板料的纖維方向作為送料方 向，板料的前端與第一下滾輪的最高點接觸后停止，調節上滾輪與板料接觸，上滾輪的下壓 距離按照S值調節到位，接觸后施加壓力，施加壓力大小為20KN~40KN。
[0016] 其中，所述步驟三中，冷滾機對板料滾彎成形過程中，上滾輪通過與第一下滾輪 和第二下滾輪對鈦合金板料的接觸摩擦力進行滾彎成形，其中主動輪的滾彎速度為10~ I5mm/S0
[0017] 其中，所述步驟三中，冷滾機對板料滾彎成形過程中，在板料末端靠近第二下滾 輪時，調節主動輪反向旋轉滾彎，來回進行四次滾彎進行校形，速度降至5~8mm/s。
[0018] 其中，所述步驟四中，首先對滾彎后零件兩端用工裝進行夾緊壓平定位，然后對夾 緊壓平后的冷滾零件在對接處進行對接脈沖TIG焊對接焊。
[0019] 其中，所述步驟五中，將焊接成形的圓筒件套進筒形熱校形模具上，以給定模具外 徑為基準，常溫下裝爐，加熱至800±5°C保溫120min，隨爐冷卻至150°C以下出爐。
[0020] (三）有益效果
[0021] 上述技術方案所提供的鈦合金油箱殼體成形方法，通過新穎、合理的展開料計算、 主動輪下壓位移補償計算、電子束對接焊和熱校形穩定化處理的復合工藝，實現了普通的 冷滾機即可實現一種鈦合金油箱殼體冷滾彎精確成形，替代了現有的鈦合金分半熱成形工 藝，大大節省了熱成形工藝所需要的工藝余量和機加工序；整個油箱殼體的精密成形流程 大大提高了生產效率和降低了生產制造成本。
【附圖說明】
[0022] 圖1為鈦合金油箱殼體冷滾彎示意圖；
[0023] 圖2為鈦合金油箱殼體焊縫示意圖；
[0024] 圖3為鈦合金油箱殼體熱校形模具示意圖；
[0025] 圖4為鈦合金油箱殼體熱校形示意圖。
[0026] 圖中，1-第一下滾輪；2-第二下滾輪；3-平板板料；4-上滾輪；5-第一直線段； 對接處；7-第二直線段；8-圓筒件；9-熱校形模具。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發明的目的、內容和優點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發明的具 體實施方式作進一步詳細描述。
[0028] 參照圖1至圖4所示，本實施例鈦合金油箱殼體成形方法，特別適用于直筒形鈦合 金油箱殼體的精密成形，其包括以下步驟：
[0029] 步驟一：計算下料
[0030] 按鈦合金油箱殼體中性層理論直徑尺寸計算零件展開料形狀，并沿乳制坯料的纖 維方向下料，得到平板板料3。
[0031] 步驟二：確定油箱殼體冷滾彎直徑
[0032] 通過第一下滾輪I、第二下滾輪2和上滾輪4的相對位置確定油箱殼體的冷滾彎 直徑。其中上滾輪4是主動輪，外徑為R2 ;第一下滾輪1和第二下滾輪2是從動輪，外徑相 等，外徑均為Rl ;兩個從動輪之間的中心距離為2a;若油箱殼體冷滾彎的內徑為R，R值的 大小必須大于上滾輪4的外徑值R2 ;平板板料3的厚度為h，以上滾輪4與平板板料3開始 接觸點作為零點，下壓位移為S ;因鈦合金容易回彈，則下壓距離需要考慮回彈補償量，回 彈補償的下壓距離為I. 〇~2. 0h，則上滾輪4下壓位移S與彎曲半徑R的關系式為：
[0034] 步驟三：對平板板料進行滾彎成形
[0035] 首先，根據就坯料形狀調節冷滾機上的送料定位導軌，保證板料的纖維方向作為 送料方向，板料的前端剛好與第一下滾輪1的最高點接觸后停止，調節上滾輪4與板料接 觸，上滾輪的下壓距離按照步驟二計算好的下壓位移進行調節到位，接觸后需要進行施加 壓力，施加壓力大小為20KN~40KN。
[0036] 然后，啟動設備，上滾輪4通過與第一下滾輪1和第二下滾輪2對鈦合金板料的接 觸摩擦力進行滾彎成形，其中主動輪4的滾彎速度在10~15mm/s。
[0037] 在滾彎成形過程中，為了減少回彈，在板料末端靠近第二下滾輪2的時侯，調節主 動輪4反向旋轉滾彎，來回進行四次滾彎進行校形，速度降至5~8mm/s。
[0038] 滾彎完成后，將滾彎件進行焊前酸洗處理，以提高后續焊接的強度。
[0039] 步驟四：焊接
[0040] 如圖2所示，由于第一下滾輪1和第二下滾輪2之間存在一定的中間距2a，則滾彎 后的零件兩端必然存在大于a值的第一直線段5和第二直線段7,因此在進行焊接之前必須 用工裝對兩直線段進行夾緊壓平定位。
[0041 ] 對夾緊壓平后的冷滾零件在對接處6進行對接脈沖TIG焊對接焊。
[0042] 其中由于鈦合金的活潑性很強，加之焊縫較長，必須對焊縫正面和背面進行全面 保護。對于噴嘴，選擇了較大直徑的噴嘴，加強熔池區的保護。正面采用氬氣拖罩對熔池、焊 縫及近縫區進行有效保護，背面采用帶吹氣的焊漏槽對背面焊縫及附近高溫區進行保護。
[0043] 為達到良好的保護效果，各路氬氣的流量和流速要選擇適當，既要有效保護高溫 區，又不至于過大而產生紊流。對接脈沖TIG焊采取脈沖焊焊接，在鎢極直徑Φ2. 4,占空比 50%-定的前提下，主要對焊接電流、焊接速度以及送絲速度等參數間進行合理匹配，獲得 了 Imm~3mm厚鈦合金平板對接脈沖TIG焊的工藝規范和參數，如表1所示。
[0044] 表1對接自動TIG焊參數 L0046」 步驟ii :杈止
[0047] 由于焊接后的圓筒件8存在變形，并且冷滾零件對焊處存在第一直線段5和第 二直線段7,因此需對圓筒件8進行熱校形和穩定化處理，將圓筒件套進筒形熱校形模具 9上，參照圖3和圖4所示，熱校形工藝參數：以給定模具外徑為基準，常溫下裝爐，加熱至 800