專利名稱：一種大尺寸薄壁高精度tc4鈦合金封頭的制造方法
技術領域：
本發明屬于一種封頭的制造方法，具體涉及一種薄壁TC4鈦合金封頭的制造方法。
背景技術：
大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭是載人飛船空間站的一種重要結構件。TC4鈦合金常溫下強度高，塑性低，彈性模量大，加工工藝性較差，必須要在高溫條件下成形。大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭制備，如果采用熱沖壓或高溫鍛造，然后再機械加工方法，存在如下問題采用熱沖壓與機械加工工藝，必須采用多套模具，分多次沖壓完成，并且沖壓前還要對TC4鈦合金原材料進行包覆，沖壓后還要去除包覆層，因而制造成本高，效率低，并且沖壓是坯料整體拉伸成形，坯料回彈較大、材料有損傷，沖壓零件精度偏低；采用鍛造與機械加工工藝，也必須采用帶大型凸模和凹模的鍛造模具，經過多次鍛造成厚壁模鍛件，然后車加工成形，成本高，效率低，并且由于封頭尺寸大，鍛造組織不均勻，鍛造厚壁模鍛件經內外表面車加工后，中心層性能較低，難滿足使用要求，并且鍛造模鍛件加工余量大，變形嚴重，零件精度低；此外采用沖壓或鍛造再機械加工方法，往往受設備限制，需要大噸位的熱沖壓機床或鍛造設備和大型加熱爐。
《機械工人(熱加工)》2004年第10期中文獻《鈦合金封頭的熱成形》中采用三次沖壓的方式成形了SR300×5mm的封頭。該工藝采用了三套沖壓模，工序多，周期長，成本高，零件壁厚、尺寸小。
《熱加工工藝》2003年第2期中文獻《熱旋封頭工藝的研究與開發》中采用A3鋼和熱旋方式加工了Φ800×6mm的厚壁封頭。文獻中僅提到旋壓成形A3鋼厚封頭，未涉及產品精度和性能要求，并且A3鋼強度低、塑性好，旋壓加工較TC4鈦合金容易很多。
目前國內外未見膜盒式貯箱薄壁TC4鈦合金封頭的制造方法的文獻報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種精度高、制造成本低的大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法。
本發明是這樣實現的一種大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法，它包括以下步驟(1)一道次強旋將芯模預熱至200℃～350℃，將坯料裝卡在預熱后的芯模上，工裝型面相對封頭型面留有0.5～1mm的加工余量，并將整個坯料預熱至300℃～500℃，然后集中給需旋壓部位加熱到750℃～900℃，再強旋至最大變形量的30％～45％處；(2)多道次普旋將步驟(1)所得的坯件在700℃～900℃溫度下，進行4～6道次的普旋，使強旋坯件未變形的法蘭區貼靠在芯模上，收縮形成封頭半成品；(3)再一道次強旋將步驟(2)所得的封頭半成品在750℃～900℃溫度下從中心部位再一次強旋至封頭口部，使變形量為5％～10％；(4)真空退火處理將旋壓過的封頭半成品在760℃～800℃進行50～70min高溫真空退火處理，然后隨爐冷卻；(5)粗車外型面將退火處理后的封頭半成品進行粗車加工，留有加工余量1～1.5mm；(6)穩定化處理將步驟(5)所得的封頭半成品在70～110min內升溫至380℃～420℃，保溫50～70min，隨后在50～70min內升溫至580℃～620℃，保溫100～140min，然后隨爐冷卻；(7)精車內外型面先精車內型面，再精車外型面至產品要求尺寸。
本發明存在以下優點采用強旋、多道次普旋、再強旋的旋壓方法，克服了沖壓或鍛造零件精度偏低的缺點，提高了產品的精度；在粗車與精車之間進行穩定化處理，克服了零件的殘余應力的影響，進一步提高了產品的精度。此外，由于制造過程中不需要多套模具，所以降低了制造成本。
具體實施例方式
實施例1一種大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法，它包括以下步驟(1)一道次強旋選擇厚度為10mm的坯料，制備成帶中心定位孔、直徑為Φ650mm的圓板坯件；用氧氣—乙炔焊炬將芯模預熱至200℃，將坯料裝卡在預熱后的芯模上，工裝型面相對封頭型面留有0.5mm的加工余量，并將整個坯件預熱至300℃，然后集中給需旋壓部位加熱到750℃，再強旋至最大變形量的30％處。旋壓機原理是通過控制變形量，調整與變形量相對應間隙量，壓制坯件達到所需要的尺寸，而不是通過控制壓力值實現所需要的尺寸，對于旋壓工藝，通過旋壓變形量、芯模溫度和坯件溫度即可實現所需要的尺寸。
(2)多道次普旋將步驟(1)所得的坯件在700℃溫度下，進行4道次的普旋，使強旋坯件未變形的法蘭區貼靠在芯模上，收縮形成封頭半成品；(3)再一道次強旋將步驟(2)所得的封頭半成品在750℃溫度下從中心部位再一次強旋至封頭口部，使變形量為5％；(4)真空退火處理將旋壓過的封頭半成品在760℃進行50min高溫真空退火處理，然后隨爐冷卻；(5)粗車外型面將退火處理后的封頭半成品進行粗車加工，留有加工余量1mm；(6)穩定化處理將步驟(5)所得的封頭半成品在70min內升溫至380℃，保溫70min，隨后在50min內升溫至580℃，保溫140min，然后隨爐冷卻；(7)精車內外型面先精車內型面，再精車外型面至產品要求尺寸。
實施例2一種大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法，它包括以下步驟(1)一道次強旋選擇厚度為15mm的坯料，制備成帶中心定位孔、直徑為Φ850mm的圓板坯件；用氧氣—乙炔焊炬將芯模預熱至350℃，將坯料裝卡在預熱后的芯模上，工裝型面相對封頭型面留有1mm的加工余量，并將整個坯件預熱至500℃，然后集中給需旋壓部位加熱到900℃，再強旋至最大變形量的45％處；(2)多道次普旋將步驟(1)所得的坯件在900℃溫度下，進行6道次的普旋，使強旋坯件未變形的法蘭區貼靠在芯模上，收縮形成封頭半成品；(3)再一道次強旋將步驟(2)所得的封頭半成品在900℃溫度下從中心部位再一次強旋至封頭口部，使變形量為10％；(4)真空退火處理將旋壓過的封頭半成品在800℃進行50～70min高溫真空退火處理，然后隨爐冷卻；(5)粗車外型面將退火處理后的封頭半成品進行粗車加工，留有加工余量1.5mm；(6)穩定化處理將步驟(5)所得的封頭半成品在110min內升溫至420℃，保溫50min，隨后在70min內升溫至620℃，保溫100min，然后隨爐冷卻；(7)精車內外型面先精車內型面，再精車外型面至產品要求尺寸。
實施例3一種大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法，它包括以下步驟(1)一道次強旋選擇厚度為12mm的坯料，制備成帶中心定位孔、直徑為Φ750mm的圓板坯件；用氧氣—乙炔焊炬將芯模預熱至280℃，將坯料裝卡在預熱后的芯模上，工裝型面相對封頭型面留有0.8mm的加工余量，并將整個坯件預熱至400℃，然后集中給需旋壓部位加熱到820℃，再強旋至最大變形量的38％處；(2)多道次普旋將步驟(1)所得的坯件在800℃溫度下，進行5道次的普旋，使強旋坯件未變形的法蘭區貼靠在芯模上，收縮形成封頭半成品；(3)再一道次強旋將步驟(2)所得的封頭半成品在820℃溫度下從中心部位再一次強旋至封頭口部，使變形量為8％；(4)真空退火處理將旋壓過的封頭半成品在780℃進行60min高溫真空退火處理，然后隨爐冷卻；(5)粗車外型面將退火處理后的封頭半成品進行粗車加工，留有加工余量1.2mm；(6)穩定化處理將步驟(5)所得的封頭半成品在90min內升溫至400℃，保溫60min，隨后在60min內升溫至600℃，保溫120min，然后隨爐冷卻；(7)精車內外型面先精車內型面，再精車外型面至產品要求尺寸。
本發明適用于大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金的制造。
權利要求
1.一種大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法，其特征在于它包括以下步驟(1)一道次強旋將芯模預熱至200℃～350℃，將坯件裝卡在預熱后的芯模上，工裝型面相對封頭型面留有0.5～1mm的加工余量，并將整個坯料預熱至300℃～500℃，然后集中給需旋壓部位加熱到750℃～900℃，再強旋至最大變形量的30％～45％處；(2)多道次普旋將步驟(1)所得的坯件在700℃～900℃溫度下，進行4～6道次的普旋，使強旋坯件未變形的法蘭區貼靠在芯模上，收縮形成封頭半成品；(3)再一道次強旋將步驟(2)所得的封頭半成品在750℃～900℃溫度下從中心部位再一次強旋至封頭口部，使變形量為5％～10％；(4)真空退火處理將旋壓過的封頭半成品在760℃～800℃進行50～70min高溫真空退火處理，然后隨爐冷卻；(5)粗車外型面將退火處理后的封頭半成品進行粗車加工，留有加工余量1～1.5mm；(6)穩定化處理將步驟(5)所得的封頭半成品在70～110min內升溫至380℃～420℃，保溫50～70min，隨后在50～70min內升溫至580℃～620℃，保溫100～140min，然后隨爐冷卻；(7)精車內外型面先精車內型面，再精車外型面至產品要求尺寸。
全文摘要
本發明屬于封頭的制造方法，具體涉及一大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金封頭的制造方法。其特點是采用強旋、多道次普旋、再強旋的旋壓方法，克服了沖壓或鍛造零件精度偏低的缺點，提高了產品的精度；在粗車與精車之間進行穩定化處理，克服了零件的殘余應力的影響，也提高了產品的精度。此外，由于制造過程中不需要多套模具，所以降低了制造成本。本發明適用于大尺寸薄壁高精度TC4鈦合金的制造。
文檔編號C21D1/26GK101092015SQ20071014325
公開日2007年12月26日 申請日期2007年8月9日 優先權日2007年8月9日
發明者呂宏軍, 王琪, 李啟軍, 范文利, 及可然, 王俊虎 申請人:航天材料及工藝研究所