鈦合金超塑性成形的模具設計_劉志雄

1、 中 國 空 間 科 學 技 術 198 9年 12 月 。 的 功 率越 大 , 元件 本身 的 溫 度 越 高 。 , , 有 利 于 加 快傳 熱速 度 , 但是 , 如 果 表 面 負荷 率過 高 。 , 將 顯 著 降低 電熱 元件 的 使 用 壽 命 。 因此 表 面 負 荷 率 是 電熱 元 件 計 算 的基 本依 據 。 , 計 算 電熱 元 件 時所 允 許采 用 的 表 面 負 荷 率 稱 為 允許 表 面 負 荷率 W 允 線 狀 電 熱 元 件 在不 同 溫 度 下 常 用 的 表 面 負 荷 率見 表 3 在進 行 電熱元 件 安裝 設 計 時 應 盡 量 讓 其 在

2、 敞 露 狀 態(tài)下 工 作 這 樣 萬 允 , 可 取 較高 值 , 以提 高加 熱速 度 和 減 少 元 件 消耗 量 裹3 。 合金 線 狀 電 熱元 件在 不同 工 作 通 度 下 常用 的衰 面 負摘 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 腸 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 電熱 元 件 的計 算 、 主 要 包 括元 件 的 截 面 積 ( 直徑 或 寬 度 和 厚 度 長度 、 重 量 以 及 一 些 結 構 尺 寸 的計 算 。 它 要 在 電 熱元 件必 須 滿 足 成 形 裝 置 加 熱 功 率 和 一 定 的 使 用 壽命 (合 理 的 表 面 負 荷率 這 兩 個 前 提 的條 件 下 來 進 行 。 設 成 形 裝 置 的 總 功 率為 P 總, 。 當共 有 n 個 元 件 時 尸總 一 , 則 每個 元 件 的

4、功 率 為 : 廠 二二 左 , 對 于 直 徑 為 d 的 線狀 電 熱元 件 可按 下式 計 算 1 0 P Z P S f= Z , : (l 才允 U 式中 由于 電熱 元件 的 截面積 每個 電熱 元件 的 功 率 ; p 電熱 元件 在 額 定 工 作溫 度 下 的 電阻 系 數 元件 的 允 許表 面 負 荷率 萬 元 件 的端 電 壓 S f , P S 電 熱 元 件 的 截 面 周長 , 叫 , 允 U , 。 二 二d f二 粵少 拜 、f = J3 軍 斗 · ( 2 l 將 式 ( 2 代 入式 ( 己一 3 · 3 , 并 加 以整 理 得 到

5、在 成 形 裝 置額 定 工 作 溫 度下 的 元 件 電 阻 兄 尋 爵 叫 年 12月 中 國 空 間 科 學 技 術 U 2 x R := 10 P 一 3 又 因為 R 一島 Lf 一 因 此 每個 線 狀 電 熱 元 件 的 長 度 為 R- 子 . : “ d 兒二 石 尸 = O 。 7 8 5 R p . Z Z d 或 L= 0 。 7 8 5 x 1 0 - U . P p 每 個 電 熱元 件 的 重 量 為 一 dZ “ ” L 晉 了 一 式中 ; · 電 熱元 件 的 比 重 。 七 、 耐 火 保 溫材 料 、 為 了 提 高 內加 熱成 形裝 置 的

6、升 溫 效率 。 、 保 溫 性 能和 降 低熱 量 損 耗 、 、 , 需 要 在 上 罩 的 內壁 和 , 下 模 的 外 壁 裝 置 耐 火 和 保溫 材 料 : 常 用 的 耐 火 材 料 有 粘 土 磚 輕 質 粘 土 磚 高 鋁 磚 輕質 高 鋁 磚 和 碳 化 硅 制 品 等 的 保 溫 材 料有 : 硅 藻 土 蛙 石 礦 渣 棉 石 棉 以 及 高 溫 超 輕 質珍 珠 巖 制 品 等 、 、 、 常用 。 硅酸 鋁耐 火 纖 維 是 一 種 新 型 耐 火 保溫 材 料 , 兼 有 耐 火 和保 溫材 料 的 特 點 、 。 它 具 有 重量 、 輕 、 耐 高溫 , 、

7、熱 穩(wěn)定 性 好 、 導 熱 系數 低 , 、 比 熱小 耐 機 械振 動 等 特 點 。 同 時 它 還 是一 種柔 性 材料 使 用 中 可 不 考 慮熱 應力 的 影 響 并使 成 形 裝置 具 有 保 溫 性 能好 、 升溫快 熱耗 低 等 優(yōu) 點 。 其 產 品有 硅 酸 鋁 耐火 纖維 散狀 原 棉 以及 添 加 有機 或 無機 結 合 劑 作 成 的 壓 制 板 和 其 他 形 狀 。 制品 : 2 3 3 4 硅 酸 鋁 耐 火 纖維 的 化 學成 分 為 A 1 0 4 5 % . 召m : 2 8 25 m m 纖 維 平 均直 徑 長為 1 0 0 其 主 要 性 能如

8、下 , 5 10 : 7 4 , 。 , 3 5 % 其余 為 各種 氧化 物 。 ( 1 導 熱 系 數見 表 4 ( 2 。 最 高 使 用 溫度 為 1 5 0 ( 3 高 溫 下 發(fā) 生 收縮 , , 1 0 0 0 , 長 期 使 用 溫 度 為 1 3 00 耐 火 度 大 于 1 7 9 0 收 縮為 2 % 為 4 % 當使 用 它 作保 溫材 料 時 , , , 。 , 。 1 3 0 0 可 采 用 分 層 安 裝 和 重 疊 接 縫 等辦 法 實 驗表 明 以 解決 其 收 縮 問題 , , 。 用 l m m 厚 的 不 銹 鋼 板 為 內外 爐 壁 。 中 夾厚 度

9、4 m m 0 , 、 比 重 為 4 00 k g / m 的 , 硅 酸 鋁 耐 火 纖 維 壓 制 板 做成 的 封 閉 電 熱 爐 可 見其 耐 火 保溫 效果 之 佳 內 壁 的耐 火 保 溫 材 料 , 爐 內壁 溫 度 為 9 0 時 爐 外 壁 溫 度 僅 為 2 0 在實 際生 產 中 , 我 們 將 硅 酸 鋁 纖 維 壓 制 板 用 作 成 形 裝 置 上充 氣 罩 , , 收 到 了 很 好 的 效果 。 : 耐 火 混 凝 土 也 是 一 種 新 型 的耐 火 材 料 同 耐 火 磚相 比 它 的 優(yōu) 點 是 制 造 工 藝 簡單 取 ; 消 了 復雜 的 燒 結 工

10、 序 具 有 可 塑 性 和 整 體 性 便 于 復 雜制 品 的 成 型 , 成 本低 , 使 用 壽命 不 低 , , 中 國 空 間 科 學 技 術 1 989年1 2 月 知 一 導 熱 系數 x l 。 1 6 3 W / ( m 硅 酸 鋁耐 火纖 維 的導 熱 系 教 比重 (k g/ m ” 勺 n以 n 玉 從 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 火磚 常 用 的 耐 火 混凝 土

11、有 。 : 鋁酸 鹽耐 火 混 凝 土 磷 酸 鹽 耐 火 混 凝 土 和 水 玻璃 耐火 混 凝 土 , 、 等 。 我 們 將 鋁酸 鹽 耐 火 混 凝 土 用 作 成 形 裝 置 下 模 的 耐 火 保 溫 材 料 也 取得 了 滿 意 的 效 果 。 八 、 高 溫 。 密 封 欽 合 金 板 材 的 超 塑 性 氣 壓 成 形 是 將 欽板 毛 坯 在成 形 裝置 中加 熱 到 8 0 以 上 的 超 塑 性 溫 0 度后 , 向充 氣罩 里 充 入 壓縮 氣體 使 欽板成 形 。 。 因而 充 氣 罩 與 欽板 之 間 的密封 良好 是成 功 的關 , 。 外 加 熱 成 形 方式

12、是 成 形 裝置 連 同 欽 板 在高 溫爐 內整 體 加 熱 密 封 元 件 的工 作 環(huán) 境 遠 比 內加 熱成 形 方式 惡 劣 金 屬 刀 口 和 金屬 O 形 環(huán) 能滿 足 外 加 熱 成 形 裝 置 的 密 封 要 求 然 而 在 大 中型 零 件 內 加 熱 成 形 裝 置 里 因 為 密 封面 太 長 金 屬 刀 口 和 金 屬 O 形 環(huán) 的可 壓 彈性 變 形 量 , 鍵之 一 , 小 , 密封 效 果 不 理 想 。 。 , 橡膠 密 封 元 件 有 很 好 的 密封 效 果 , 但 工 作溫 度 低 (20 0 以 下 , , 無 法 單 獨使 用 的效 果 我 們 采

13、 用 金 屬 刀 口 與 局 部冷 卻 環(huán) 境 下 的 橡膠 密 封 圈 雙 重 密 封 方 式 取得 了 很 好 九 、 模 具 其他 結 構 因素 的 設 計 . 圖角 半徑 、 拔 摸 斜度 和 取 件 箱 , 叫 確 保 成 形 件 的 完 全 貼模 及 材 料 的 均 勻拉 薄 , , 為 了 保 證 超 塑 性成 形 時材 料 流 動 性 好 材料 成 形 入 口 處 的 模 具 圓 角 半 徑 及 模 具 其 他 轉 彎 處的 圓 角半 徑 要 大些 角 要 求時 , 更 應 適 當加 大 圓 角半 徑 R 。 一般 凸模 R , , 二 3 5 m m , 特 別是 零 件 在

14、轉 彎 處 無 傾 凹模 R = 5 s m m 。 。 為保 證 成 形 后 的 零 件 能 從 模 具 中 順 利取 出 成 形 模 具應 考慮 拔 模 斜 度 , 若 零 件材 料 的 線 膨 脹系 數 小 于 模 具 材 料 的 線 膨 脹 系數 成 形 后 的 零 件 尺寸 大 于 模 具 尺 寸 , , 因而 模 具 工 作部 分 的 各 內 徑 尺 寸應 考 慮 拔 模 斜 度 各 外 徑 尺 寸 則 不 需 考 ; 慮 反 之 若 零 件 材 料 的膨 脹 系 數 大 于 模 具 材 料 的 線 膨 脹系數 , 成 形 后 零 件 尺 寸 小 于 模具 尺 寸 , , 模具 工

15、 作部 分 。 的 各外 徑 尺 寸 應 考 慮拔 模斜 度 一 般 拔 模斜 度 圖 6 。 = 1 。 2 內 徑 尺 寸 則 不 必 考慮 ” 。 悶曰 如 果零 件 的 幾 何 形 狀 和 尺 寸 精 度 不 允 許 考 慮 有 效 的 熱 成形 模 上 的取 件 槽 拔 模 斜度 , 決之 , 這 時需 要 在模 具 的 適 當 位 置 設 置 取 件槽 , 可 以采 用成 形 后 在高 溫 條件 下 脫 模 的 辦 法 解 如圖 6 所示 。 。年12 月 中 國 空 間 科 學 技 術 15 .曰匕 2 . 模 具 的表 面光 潔 度 , 由 于 高 溫 下 欽板 很 軟 成 形

16、 貼 模性 能很 好 。 , 模具 上 的 細 小 缺 陷都 很容 易 反 映 到 零 件 上 。 來 , 因 此 模 具 的 表面 光 潔 度應 較 高 。 3 . 2 1 . 6 一 般 模具 工 作 部分 光 潔 度 在 R . 。8 以上 , 非 工作 部 分應 達 R 。 . 3 模 具 的排 氣 , 超 塑 性成 形 時 因材 料 塑 性 好 以 充 滿型 腔 . 4 。 成 形 工 件 復雜 , 易 將空 氣封 閉 在 工 件 和 模 腔 內 。 , 使 工 件難 因此 , 應 在最 后 成 形 部 位 的 模 具 上 開 排 氣 孔 以 利 成 形 模 具 里皿 , 為 了 減

17、少 模 具 的 加 熱 時 間 減 少 電能的 消耗 , , 地 將 模 具 設 計成 空 心 結 構 . . . 。 模具 如 果 過 人 過 重 要 盡 可 能 地 減少 成 形 模 具 的 重 量 盡 可 能 甚 至 有可 能 因 設 備 (或 成 形 裝 置 熱 源 功 率 , , 。 不 夠 而 使模 具 難 以 加 熱 到 所 需 的 戍 形 溫 度 使 超塑 性 成 形 無 法 進 行 下 去 考 文 獻 , 1 9 8 6 參 : 1 理 有 親 3 劉道忠 欽 板 沖壓 成 形 技 術 , , 國防 工 業(yè) 出 版社 編寫 組 , , 年 , 1 9 2 熱 處 理 設備 及

18、設 計 熱 處 理設 備 及 設 計 山 東人 民 出版社 , 1 9 8 了7 , 年J 月 0 , : 中 硅 鑰 耐熱 球 墨 鑄 鐵模 具壽 命試 驗 航 空 工 藝 技 術 航 空 工 2 年 1 9 : , 4 王 成章 欽 合 金 熱 蠕 變 成 形 在 飛 機 生 產 中的 應 用 第5期 年 , , 第1版 玫 0 42 , 1 P 藝技 術 , 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