论文部分内容阅读
[摘 要]通过对钛合金零件结构和成型工艺特点分析,对成形工艺进行试验,测试成形工艺和成形效果的关系,实现钛合金零件在热压成型机上实现热压成形。合理的解决钛合金零件成形的问题,使其达到装配和表面的质量要求,使用CATIA软件操作实现了拉弯模的三维立体过程模拟,全面展现了CATIA软件在模具设计中的优越性能。
[关键词]钛合金零件;成形工艺;CATIA软件;模具设计
中图分类号:TG306 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)37-0159-01
钛合金低密度,高比强度、高耐热性、高抗腐蚀性、耐性、塑性、可焊性均较好的一种合金物质,目前在航空航天、汽车制造、医学医药、体育和电解工业等很多领域广泛使用。可钛合金导热性差、硬度偏高、弹性模具偏低等特质也让它相对的较难加工。本文针对钛合金零件的优点、成形工艺与模具设计进行分析,希望能对大家有所帮助。
1.钛合金材料的优点
1.1钛合金材料强度较高而密度小,重量很轻,在一些大型结构件中广泛应用,因为它能实现实际功能的完成,还能为大型构件减轻重量。
1.2热强性很高,即使在400~500℃温度中钛合金材料也能保证高强度作业不受影响,工作结构稳定,铝合金材料只能在200℃以下正常工作。
1.3节约成本。应用在飞机上时,和钢材相比较,钛合金材料的高抗腐蚀性可以为飞机节约日常运行和保养的成本。
2.钛合金材料及加工特性
2.1导热系数偏低。钛合金材料导热系数偏低,在切削工序时散热、冷却效果不太理想,会对刀具寿命产生影响。
2.2整体弹性模量偏低。零件加工后容易产生表面回弹偏大现象,加工后表面容易和刀具后刀面大面积接触,损坏零件尺寸精准度也对刀具造成损坏。
2.3硬度值问题。一部分硬度值偏低的钛合金加工时会产生粘性,产生的切屑残留在刀具附近会产生积屑瘤,对整体加工效果产生影响;一部分硬度值高的钛合金加工时会损坏刀具,使刀具产生崩刃。
3.钛合金零件结构和成形工艺解析
3.1.钛合金零件是广泛应用在飞机上的一种零件,这个零件材质不易成形,之前我们也很少接触过这类材料的成形工艺操作,根据之前类似零件的制作过程,使用了新的成形工艺,对这种工艺进行了研究和测试。随着计算机技术的发展,计算机已经应用到各个行业中,CATIA软件适用于模具设计和制造环节,利用3D数据模型技术对模具进行设计,制造模具,能减少研发生产周期。
3.2.图1是某个飞机上的一个零件,它的尺寸是50毫米*940毫米,形状比较像Z的一个弯曲件,所用材料是钛合金,厚度是1.0毫米,对精度要求不高。钛合金抗腐蚀性强,能在大气中为钛表面形成一层氧气保护膜,抵抗多种介质的侵蚀。中温效果好,温度能比铝合金高出几百度以上,即使在中等的温度里也能保证强度,在450-500℃温度中也能持续工作,抗拉强度大于等于600MPA,伸长率大于等于20%。参考零件结构特点,在生产制造过程中会出现下面这些技术困难点:
3.2.1放料生产过程中对剪床上的刀具容易产生磨损。
3.2.2成形生产过程中,因为零件硬度偏高,导致成形的时候没办法进行贴膜操作。
3.2.3.成形后,板料会出现应力分布不均匀的情况,导致板料弹性降低,即使成形后零件也非常容易出现回弹的现象。
3.2.4 钛合金的变形和普通合金的变形相比大不一样,当今对钛合金成形工艺的研究不是很多,相关的技术书籍,工艺手册基本上没有关于钛合金成形的工艺参数介绍。
3.2..5根据传统方法加工零件,模具成形之后的结构跟制作误差对钛合金成形会产生非常大的影响。
4.零件成形工艺技术方案和模具设计
结合上述解析,制定了滚弯、拉弯和热压成形的工艺流程,进行了试验测试,最后制定了这一类零件的成形工艺。解析之后,这个零件的成形工艺使用热压就可以制造生产出这个零件。然后进行手动打模具和外型校正,接著直接裁剪零件外形就可以了。
4.1滚弯、拉弯和热压成形的工艺流程。针对传统的铝合金还有不锈钢零件,应使用滚弯成形法、拉弯成形法和手工成形法,都有非常好的效果。如果材料是铝合金的零件,不能使用上述三种工艺方法进行成形操作,不然就会生产出不合格的零件。
铝合金滚弯成形工序:放料---零件滚弯成形--零件手工校形--零件修剪
铝合金拉弯成形工序:放料---零件拉弯成形--零件手工校形---零件修剪
因为材料的硬度偏高,放料和零件成形修剪都对手工成形提高了难度,很难用手工操作修剪到可以进行贴膜的程度。
4.2热压成形方案。为解决在生产操作中钛合金成形的问题,应使用热压成形方案。钛合金零件通过热压机在热压过程使模具成形,它的工艺工序是:放料---零件热压成形--零件修剪。热压成形膜的设计,要严格按照热压机床的使用要求,设计出热压成形膜的上下模,应和图2图3一致。这个模具的型和面要按照数模的标准进行制造,热压成形模装配结构图请和图4一致。
5.钛合金零件成形设备和模具设计要求
热压成形模必须在热压机进行作业,在热压工序时,把模具在机床上吊好,等机床预热之后,在模具之中放入材料,将上模和下模进行闭合操作,等待钛合金零件成形即可。
热压成形模工艺流程的设计要求
5..1集合钛合金零件的形状设计制作出一模一样的上下模体,保障上下模体的型面没有损伤,光滑过渡。
5.2进行模具设计时,保障模具底面表面度小于等于1毫米,让成形之后的钛合金零件在热压工序之后可以轻松取出。
5.3结合热压成形之时会对工装产生强大的高温压力,生产规模大小跟钛合金零件特性和材料不同,对于热压过程中上下模具的材料选择应使用中硅钼球墨铸铁。对于定位销和导销的使用材料也要选择不锈钢材质的。
5.4保证热压成型模表面光滑性和流线性,防止粗糙的产生。
结束语
本文通过对钛合金材料的优点加工特性、钛合金零件成形工艺与模具设计设计分析,使用热压成形制造这个零件,通过试验可以证明,热压成形方法是一种使钛合金成形的很好方式,可使钛合金零件成形。在对模具进行设计之时,可以用CATIA软件进行建模设计,完成了对于模具参数化设计,保证了模具设计的科学直观性,完成了技术的补充,能十分有效的提高模具设计的质量和模具制造的效果。
参考文献
[1]顾俊海,刘蓓蓓,张骁.TC4钛合金对接板零件热成形工艺研究[J].机械制造与自动化,2016,(04):48-49+53.
[2]李海峰.大尺寸钛合金蒙皮热成形工艺及模具设计[J].模具工业,2016,(04):36-40.
[3]黎兰萍,葛芸.钛合金零件成形工艺及模具设计[J].科技信息,2012,(33):687.
[4]李强.钛合金环壳零件冲压成形数值模拟研究[D].导师:唐乾刚.国防科学技术大学,2010.
[关键词]钛合金零件;成形工艺;CATIA软件;模具设计
中图分类号:TG306 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)37-0159-01
钛合金低密度,高比强度、高耐热性、高抗腐蚀性、耐性、塑性、可焊性均较好的一种合金物质,目前在航空航天、汽车制造、医学医药、体育和电解工业等很多领域广泛使用。可钛合金导热性差、硬度偏高、弹性模具偏低等特质也让它相对的较难加工。本文针对钛合金零件的优点、成形工艺与模具设计进行分析,希望能对大家有所帮助。
1.钛合金材料的优点
1.1钛合金材料强度较高而密度小,重量很轻,在一些大型结构件中广泛应用,因为它能实现实际功能的完成,还能为大型构件减轻重量。
1.2热强性很高,即使在400~500℃温度中钛合金材料也能保证高强度作业不受影响,工作结构稳定,铝合金材料只能在200℃以下正常工作。
1.3节约成本。应用在飞机上时,和钢材相比较,钛合金材料的高抗腐蚀性可以为飞机节约日常运行和保养的成本。
2.钛合金材料及加工特性
2.1导热系数偏低。钛合金材料导热系数偏低,在切削工序时散热、冷却效果不太理想,会对刀具寿命产生影响。
2.2整体弹性模量偏低。零件加工后容易产生表面回弹偏大现象,加工后表面容易和刀具后刀面大面积接触,损坏零件尺寸精准度也对刀具造成损坏。
2.3硬度值问题。一部分硬度值偏低的钛合金加工时会产生粘性,产生的切屑残留在刀具附近会产生积屑瘤,对整体加工效果产生影响;一部分硬度值高的钛合金加工时会损坏刀具,使刀具产生崩刃。
3.钛合金零件结构和成形工艺解析
3.1.钛合金零件是广泛应用在飞机上的一种零件,这个零件材质不易成形,之前我们也很少接触过这类材料的成形工艺操作,根据之前类似零件的制作过程,使用了新的成形工艺,对这种工艺进行了研究和测试。随着计算机技术的发展,计算机已经应用到各个行业中,CATIA软件适用于模具设计和制造环节,利用3D数据模型技术对模具进行设计,制造模具,能减少研发生产周期。
3.2.图1是某个飞机上的一个零件,它的尺寸是50毫米*940毫米,形状比较像Z的一个弯曲件,所用材料是钛合金,厚度是1.0毫米,对精度要求不高。钛合金抗腐蚀性强,能在大气中为钛表面形成一层氧气保护膜,抵抗多种介质的侵蚀。中温效果好,温度能比铝合金高出几百度以上,即使在中等的温度里也能保证强度,在450-500℃温度中也能持续工作,抗拉强度大于等于600MPA,伸长率大于等于20%。参考零件结构特点,在生产制造过程中会出现下面这些技术困难点:
3.2.1放料生产过程中对剪床上的刀具容易产生磨损。
3.2.2成形生产过程中,因为零件硬度偏高,导致成形的时候没办法进行贴膜操作。
3.2.3.成形后,板料会出现应力分布不均匀的情况,导致板料弹性降低,即使成形后零件也非常容易出现回弹的现象。
3.2.4 钛合金的变形和普通合金的变形相比大不一样,当今对钛合金成形工艺的研究不是很多,相关的技术书籍,工艺手册基本上没有关于钛合金成形的工艺参数介绍。
3.2..5根据传统方法加工零件,模具成形之后的结构跟制作误差对钛合金成形会产生非常大的影响。
4.零件成形工艺技术方案和模具设计
结合上述解析,制定了滚弯、拉弯和热压成形的工艺流程,进行了试验测试,最后制定了这一类零件的成形工艺。解析之后,这个零件的成形工艺使用热压就可以制造生产出这个零件。然后进行手动打模具和外型校正,接著直接裁剪零件外形就可以了。
4.1滚弯、拉弯和热压成形的工艺流程。针对传统的铝合金还有不锈钢零件,应使用滚弯成形法、拉弯成形法和手工成形法,都有非常好的效果。如果材料是铝合金的零件,不能使用上述三种工艺方法进行成形操作,不然就会生产出不合格的零件。
铝合金滚弯成形工序:放料---零件滚弯成形--零件手工校形--零件修剪
铝合金拉弯成形工序:放料---零件拉弯成形--零件手工校形---零件修剪
因为材料的硬度偏高,放料和零件成形修剪都对手工成形提高了难度,很难用手工操作修剪到可以进行贴膜的程度。
4.2热压成形方案。为解决在生产操作中钛合金成形的问题,应使用热压成形方案。钛合金零件通过热压机在热压过程使模具成形,它的工艺工序是:放料---零件热压成形--零件修剪。热压成形膜的设计,要严格按照热压机床的使用要求,设计出热压成形膜的上下模,应和图2图3一致。这个模具的型和面要按照数模的标准进行制造,热压成形模装配结构图请和图4一致。
5.钛合金零件成形设备和模具设计要求
热压成形模必须在热压机进行作业,在热压工序时,把模具在机床上吊好,等机床预热之后,在模具之中放入材料,将上模和下模进行闭合操作,等待钛合金零件成形即可。
热压成形模工艺流程的设计要求
5..1集合钛合金零件的形状设计制作出一模一样的上下模体,保障上下模体的型面没有损伤,光滑过渡。
5.2进行模具设计时,保障模具底面表面度小于等于1毫米,让成形之后的钛合金零件在热压工序之后可以轻松取出。
5.3结合热压成形之时会对工装产生强大的高温压力,生产规模大小跟钛合金零件特性和材料不同,对于热压过程中上下模具的材料选择应使用中硅钼球墨铸铁。对于定位销和导销的使用材料也要选择不锈钢材质的。
5.4保证热压成型模表面光滑性和流线性,防止粗糙的产生。
结束语
本文通过对钛合金材料的优点加工特性、钛合金零件成形工艺与模具设计设计分析,使用热压成形制造这个零件,通过试验可以证明,热压成形方法是一种使钛合金成形的很好方式,可使钛合金零件成形。在对模具进行设计之时,可以用CATIA软件进行建模设计,完成了对于模具参数化设计,保证了模具设计的科学直观性,完成了技术的补充,能十分有效的提高模具设计的质量和模具制造的效果。
参考文献
[1]顾俊海,刘蓓蓓,张骁.TC4钛合金对接板零件热成形工艺研究[J].机械制造与自动化,2016,(04):48-49+53.
[2]李海峰.大尺寸钛合金蒙皮热成形工艺及模具设计[J].模具工业,2016,(04):36-40.
[3]黎兰萍,葛芸.钛合金零件成形工艺及模具设计[J].科技信息,2012,(33):687.
[4]李强.钛合金环壳零件冲压成形数值模拟研究[D].导师:唐乾刚.国防科学技术大学,2010.