钛合金超塑性成形的模具设计_刘志雄_图文

1、 中 国 空 间 科 学 技 术 198 9年 12 月 。 的 功 率越 大 , 元件 本身 的 温 度 越 高 。 , , 有 利 于 加 快传 热速 度 , 但是 , 如 果 表 面 负荷 率过 高 。 , 将 显 著 降低 电热 元件 的 使 用 寿 命 。 因此 表 面 负 荷 率 是 电热 元 件 计 算 的基 本依 据 。 , 计 算 电热 元 件 时所 允 许采 用 的 表 面 负 荷 率 称 为 允许 表 面 负 荷率 W 允 线 状 电 热 元 件 在不 同 温 度 下 常 用 的 表 面 负 荷 率见 表 3 在进 行 电热元 件 安装 设 计 时 应 尽 量 让 其 在

2、 敞 露 状 态下 工 作 这 样 万 允 , 可 取 较高 值 , 以提 高加 热速 度 和 减 少 元 件 消耗 量 裹3 。 合金 线 状 电 热元 件在 不同 工 作 通 度 下 常用 的衰 面 负摘 率 Z W 允 (W / cm . 材 料 O C r 2 5 A 15 C r2 0 N i8 0 r 1 5 600 1 70 0 80 0 。 9 00 。 。 2 2 l e Z 。 6 1 1 00 0 。 6 2 。 0 1 100 。 2 1 。 5 . 一 一 肠 l . l 1 2 。 1 3。 。 1 . 。 5 3 3 。 0 。 o w t 3 。 7 2 .8

3、一1 .。 一。 7 . 6 3 。 2 5 2 。 0 。 。 5 2 C N i 6 0 1 2 0 。 5 O 。 8 . 3 电热 元 件 的计 算 、 主 要 包 括元 件 的 截 面 积 ( 直径 或 宽 度 和 厚 度 长度 、 重 量 以 及 一 些 结 构 尺 寸 的计 算 。 它 要 在 电 热元 件必 须 满 足 成 形 装 置 加 热 功 率 和 一 定 的 使 用 寿命 (合 理 的 表 面 负 荷率 这 两 个 前 提 的条 件 下 来 进 行 。 设 成 形 装 置 的 总 功 率为 P 总, 。 当共 有 n 个 元 件 时 尸总 一 , 则 每个 元 件 的

4、功 率 为 : 厂 二二 左 , 对 于 直 径 为 d 的 线状 电 热元 件 可按 下式 计 算 1 0 P Z P S f= Z , : (l 才允 U 式中 由于 电热 元件 的 截面积 每个 电热 元件 的 功 率 ; p 电热 元件 在 额 定 工 作温 度 下 的 电阻 系 数 元件 的 允 许表 面 负 荷率 万 元 件 的端 电 压 S f , P S 电 热 元 件 的 截 面 周长 , 叫 , 允 U , 。 二 二d f二 粤少 拜 、f = J3 军 斗 · ( 2 l 将 式 ( 2 代 入式 ( 己一 3 · 3 , 并 加 以整 理 得 到

5、在 成 形 装 置额 定 工 作 温 度下 的 元 件 电 阻 兄 寻 爵 叫 年 12月 中 国 空 间 科 学 技 术 U 2 x R := 10 P 一 3 又 因为 R 一岛 Lf 一 因 此 每个 线 状 电 热 元 件 的 长 度 为 R- 子 . : “ d 儿二 石 尸 = O 。 7 8 5 R p . Z Z d 或 L= 0 。 7 8 5 x 1 0 - U . P p 每 个 电 热元 件 的 重 量 为 一 dZ “ ” L 晋 了 一 式中 ; · 电 热元 件 的 比 重 。 七 、 耐 火 保 温材 料 、 为 了 提 高 内加 热成 形装 置 的

6、升 温 效率 。 、 保 温 性 能和 降 低热 量 损 耗 、 、 , 需 要 在 上 罩 的 内壁 和 , 下 模 的 外 壁 装 置 耐 火 和 保温 材 料 : 常 用 的 耐 火 材 料 有 粘 土 砖 轻 质 粘 土 砖 高 铝 砖 轻质 高 铝 砖 和 碳 化 硅 制 品 等 的 保 温 材 料有 : 硅 藻 土 蛙 石 矿 渣 棉 石 棉 以 及 高 温 超 轻 质珍 珠 岩 制 品 等 、 、 、 常用 。 硅酸 铝耐 火 纤 维 是 一 种 新 型 耐 火 保温 材 料 , 兼 有 耐 火 和保 温材 料 的 特 点 、 。 它 具 有 重量 、 轻 、 耐 高温 , 、

7、热 稳定 性 好 、 导 热 系数 低 , 、 比 热小 耐 机 械振 动 等 特 点 。 同 时 它 还 是一 种柔 性 材料 使 用 中 可 不 考 虑热 应力 的 影 响 并使 成 形 装置 具 有 保 温 性 能好 、 升温快 热耗 低 等 优 点 。 其 产 品有 硅 酸 铝 耐火 纤维 散状 原 棉 以及 添 加 有机 或 无机 结 合 剂 作 成 的 压 制 板 和 其 他 形 状 。 制品 : 2 3 3 4 硅 酸 铝 耐 火 纤维 的 化 学成 分 为 A 1 0 4 5 % . 召m : 2 8 25 m m 纤 维 平 均直 径 长为 1 0 0 其 主 要 性 能如

8、下 , 5 10 : 7 4 , 。 , 3 5 % 其余 为 各种 氧化 物 。 ( 1 导 热 系 数见 表 4 ( 2 。 最 高 使 用 温度 为 1 5 0 ( 3 高 温 下 发 生 收缩 , , 1 0 0 0 , 长 期 使 用 温 度 为 1 3 00 耐 火 度 大 于 1 7 9 0 收 缩为 2 % 为 4 % 当使 用 它 作保 温材 料 时 , , , 。 , 。 1 3 0 0 可 采 用 分 层 安 装 和 重 叠 接 缝 等办 法 实 验表 明 以 解决 其 收 缩 问题 , , 。 用 l m m 厚 的 不 锈 钢 板 为 内外 炉 壁 。 中 夹厚 度

9、4 m m 0 , 、 比 重 为 4 00 k g / m 的 , 硅 酸 铝 耐 火 纤 维 压 制 板 做成 的 封 闭 电 热 炉 可 见其 耐 火 保温 效果 之 佳 内 壁 的耐 火 保 温 材 料 , 炉 内壁 温 度 为 9 0 时 炉 外 壁 温 度 仅 为 2 0 在实 际生 产 中 , 我 们 将 硅 酸 铝 纤 维 压 制 板 用 作 成 形 装 置 上充 气 罩 , , 收 到 了 很 好 的 效果 。 : 耐 火 混 凝 土 也 是 一 种 新 型 的耐 火 材 料 同 耐 火 砖相 比 它 的 优 点 是 制 造 工 艺 简单 取 ; 消 了 复杂 的 烧 结 工

10、 序 具 有 可 塑 性 和 整 体 性 便 于 复 杂制 品 的 成 型 , 成 本低 , 使 用 寿命 不 低 , , 中 国 空 间 科 学 技 术 1 989年1 2 月 知 一 导 热 系数 x l 。 1 6 3 W / ( m 硅 酸 铝耐 火纤 维 的导 热 系 教 比重 (k g/ m ” 勺 n以 n 玉 从 自 1 U冉 o 下 n5 月 任 l 0 U n 一 ( 1 .一 O 。 0 5 。 0 0 5 5 0 。 0 8 。 。 1 2 O 0 1 8 。 0 0 6 。 0 0 7 0 。 1 0 4 0 。 1 0 5 于耐 火砖 常 用 的 耐 火 混凝 土

11、有 。 : 铝酸 盐耐 火 混 凝 土 磷 酸 盐 耐 火 混 凝 土 和 水 玻璃 耐火 混 凝 土 , 、 等 。 我 们 将 铝酸 盐 耐 火 混 凝 土 用 作 成 形 装 置 下 模 的 耐 火 保 温 材 料 也 取得 了 满 意 的 效 果 。 八 、 高 温 。 密 封 钦 合 金 板 材 的 超 塑 性 气 压 成 形 是 将 钦板 毛 坯 在成 形 装置 中加 热 到 8 0 以 上 的 超 塑 性 温 0 度后 , 向充 气罩 里 充 入 压缩 气体 使 钦板成 形 。 。 因而 充 气 罩 与 钦板 之 间 的密封 良好 是成 功 的关 , 。 外 加 热 成 形 方式

12、是 成 形 装置 连 同 钦 板 在高 温炉 内整 体 加 热 密 封 元 件 的工 作 环 境 远 比 内加 热成 形 方式 恶 劣 金 属 刀 口 和 金属 O 形 环 能满 足 外 加 热 成 形 装 置 的 密 封 要 求 然 而 在 大 中型 零 件 内 加 热 成 形 装 置 里 因 为 密 封面 太 长 金 属 刀 口 和 金 属 O 形 环 的可 压 弹性 变 形 量 , 键之 一 , 小 , 密封 效 果 不 理 想 。 。 , 橡胶 密 封 元 件 有 很 好 的 密封 效 果 , 但 工 作温 度 低 (20 0 以 下 , , 无 法 单 独使 用 的效 果 我 们 采

13、 用 金 属 刀 口 与 局 部冷 却 环 境 下 的 橡胶 密 封 圈 双 重 密 封 方 式 取得 了 很 好 九 、 模 具 其他 结 构 因素 的 设 计 . 图角 半径 、 拔 摸 斜度 和 取 件 箱 , 叫 确 保 成 形 件 的 完 全 贴模 及 材 料 的 均 匀拉 薄 , , 为 了 保 证 超 塑 性成 形 时材 料 流 动 性 好 材料 成 形 入 口 处 的 模 具 圆 角 半 径 及 模 具 其 他 转 弯 处的 圆 角半 径 要 大些 角 要 求时 , 更 应 适 当加 大 圆 角半 径 R 。 一般 凸模 R , , 二 3 5 m m , 特 别是 零 件 在

14、转 弯 处 无 倾 凹模 R = 5 s m m 。 。 为保 证 成 形 后 的 零 件 能 从 模 具 中 顺 利取 出 成 形 模 具应 考虑 拔 模 斜 度 , 若 零 件材 料 的 线 膨 胀系 数 小 于 模 具 材 料 的 线 膨 胀 系数 成 形 后 的 零 件 尺寸 大 于 模 具 尺 寸 , , 因而 模 具 工 作部 分 的 各 内 径 尺 寸应 考 虑 拔 模 斜 度 各 外 径 尺 寸 则 不 需 考 ; 虑 反 之 若 零 件 材 料 的膨 胀 系 数 大 于 模 具 材 料 的 线 膨 胀系数 , 成 形 后 零 件 尺 寸 小 于 模具 尺 寸 , , 模具 工

15、 作部 分 。 的 各外 径 尺 寸 应 考 虑拔 模斜 度 一 般 拔 模斜 度 图 6 。 = 1 。 2 内 径 尺 寸 则 不 必 考虑 ” 。 闷曰 如 果零 件 的 几 何 形 状 和 尺 寸 精 度 不 允 许 考 虑 有 效 的 热 成形 模 上 的取 件 槽 拔 模 斜度 , 决之 , 这 时需 要 在模 具 的 适 当 位 置 设 置 取 件槽 , 可 以采 用成 形 后 在高 温 条件 下 脱 模 的 办 法 解 如图 6 所示 。 。年12 月 中 国 空 间 科 学 技 术 15 .曰匕 2 . 模 具 的表 面光 洁 度 , 由 于 高 温 下 钦板 很 软 成 形

16、 贴 模性 能很 好 。 , 模具 上 的 细 小 缺 陷都 很容 易 反 映 到 零 件 上 。 来 , 因 此 模 具 的 表面 光 洁 度应 较 高 。 3 . 2 1 . 6 一 般 模具 工 作 部分 光 洁 度 在 R . 。8 以上 , 非 工作 部 分应 达 R 。 . 3 模 具 的排 气 , 超 塑 性成 形 时 因材 料 塑 性 好 以 充 满型 腔 . 4 。 成 形 工 件 复杂 , 易 将空 气封 闭 在 工 件 和 模 腔 内 。 , 使 工 件难 因此 , 应 在最 后 成 形 部 位 的 模 具 上 开 排 气 孔 以 利 成 形 模 具 里皿 , 为 了 减

17、少 模 具 的 加 热 时 间 减 少 电能的 消耗 , , 地 将 模 具 设 计成 空 心 结 构 . . . 。 模具 如 果 过 人 过 重 要 尽 可 能 地 减少 成 形 模 具 的 重 量 尽 可 能 甚 至 有可 能 因 设 备 (或 成 形 装 置 热 源 功 率 , , 。 不 够 而 使模 具 难 以 加 热 到 所 需 的 戍 形 温 度 使 超塑 性 成 形 无 法 进 行 下 去 考 文 献 , 1 9 8 6 参 : 1 理 有 亲 3 刘道忠 钦 板 冲压 成 形 技 术 , , 国防 工 业 出 版社 编写 组 , , 年 , 1 9 2 热 处 理 设备 及

18、设 计 热 处 理设 备 及 设 计 山 东人 民 出版社 , 1 9 8 了7 , 年J 月 0 , : 中 硅 钥 耐热 球 墨 铸 铁模 具寿 命试 验 航 空 工 艺 技 术 航 空 工 2 年 1 9 : , 4 王 成章 钦 合 金 热 蠕 变 成 形 在 飞 机 生 产 中的 应 用 第5期 年 , , 第1版 玫 0 42 , 1 P 艺技 术 , 2 8 第4期 一 8 M O U L D D E S IG N F O R S U P E R P L A S T IC 口. , F O R M I N G O F T I T A N I U M A L L O Y u L i Z h i x i o n g e ( B i j i n g O r i e n 之 S e ie n t if ie l, 、t r u m e n t F a e to ry A e s lg n d h e b s t r n e t