專利名稱：一種制造環(huán)型件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種制造環(huán)型件的方法，屬于加工成型技術(shù)領(lǐng)域。適用于于航空發(fā)動機、 燃汽輪機環(huán)型件制造，或用于車輛、容器、機械設(shè)備的環(huán)型件制造。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動機、燃汽輪機的壓氣機、燃燒室、渦輪的各種機匣、承力環(huán)和封嚴環(huán)等部件均為環(huán)形(或筒形)結(jié)構(gòu)，一些環(huán)型件是由環(huán)形毛坯整體加工而成，另一些則由兩側(cè)環(huán)形安裝邊和中間板材筒體拼焊而成。這些環(huán)型件(或筒體)的主要材料為鈦合金及其金屬間化合物、高溫合金、不銹鋼。目前制造航空發(fā)動機、燃汽輪機的環(huán)型件(整體環(huán)型件和安裝邊環(huán)型件)毛坯有兩種方法，第一種是采用自由鍛、模鍛、環(huán)軋方法整體鍛造成環(huán)形毛坯，然后采用機械加工方法去掉加工余量，第二種方法是將異型截面毛坯，采用閃光對焊方法形成環(huán)，再采用機械加工方法去掉加工余量。第一種方法應(yīng)用廣泛，但最主要問題是加工余量大，加工周期長，材料利用率低， 制造環(huán)型件成本高。由于采用自由鍛、模鍛、環(huán)軋方法制成的環(huán)型毛坯為矩形截面，而環(huán)型件多為L型、T型、H型以及較為復(fù)雜的折線型異型截面，因此毛坯的矩形截面必須要覆蓋環(huán)型件異型截面的輪廓，才能加工出符合尺寸要求的環(huán)型件，機械加工余量很大。另外，采用自由鍛、模鍛、環(huán)軋方法制成的環(huán)型毛坯尺寸精度不容易控制精確，為了保證加工，在矩形截面外形尺寸上也留有很大的加工余量。由于上述兩方面原因，導(dǎo)致采用第一種方法制造環(huán)型件材料利用率低，一般為5 15%，其余的材料均需機械加工去掉，制造成本高。為了提高材料的利用率，降低環(huán)型件制造成本，發(fā)展了第二種制造方法。即將異型截面直型毛坯，彎曲成開口環(huán)，再采用閃光對焊方法焊合開口形成封閉環(huán)，最后采用機械加工方法去掉加工余量。第二種方法，由于毛坯截面與環(huán)型件截面形狀相近，尺寸精度高，加工余量小，提高了材料利用率，降低了制造成本。閃光對焊是采用電阻加熱使接觸的兩個端面金屬熔化，并在一定深度范圍內(nèi)達到預(yù)熱溫度，然后施加頂鍛力完成焊接。閃光對焊存在以下不足局部熔化到端面全部熔化的加熱過程，再經(jīng)頂鍛擠出液態(tài)金屬，易形成氧化物夾雜、疏松、縮孔、裂紋等缺陷；對于較大尺寸非對稱異型截面，端面全部均勻熔化困難，焊接過程參數(shù)控制復(fù)雜，接頭易產(chǎn)生缺陷；由于端面需要熔化，并且預(yù)熱到一定深度，使接頭綜合力學(xué)性能下降；環(huán)型件焊接存在 15 50%的電流分流，可焊接截面積減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而設(shè)計提供了一種制造環(huán)型件的方法，其目的是減少環(huán)形件的加工時間、提高材料利用率、消除焊接接頭的缺陷。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的該種制造環(huán)型件的方法，其特征在于該方法的步驟是
(1)采用熱軋或熱擠壓方法制成直條形狀的型材毛坯，型材毛坯的截面形狀和尺寸與環(huán)型件的截面形狀和尺寸相同；(2)在熱狀態(tài)下彎曲直條形狀的型材毛坯，制成與環(huán)型件尺寸相同的開口環(huán)；(3)采用線性摩擦焊方法焊合開口環(huán)的兩端面形成封閉的環(huán)型件毛坯，再用機械
加工去掉加工余量。線性摩擦焊方法對開口環(huán)的端面的磨擦振動方向為徑向或軸向。開口環(huán)端面留出的修整和焊接余量為2 20mm。本發(fā)明方法的成型工藝特點是采用熱軋或熱擠壓方法制成異型截面型材毛坯， 截面形狀與環(huán)型件截面形狀相同或相近，然后彎曲成開口環(huán)。本發(fā)明方法的焊接工藝特點是采用線性摩擦焊方法以徑向摩擦振動或軸向摩擦振動焊合開口端面形成環(huán)型件毛坯。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點是即采用熱軋或熱擠壓方法制成異型截面型材毛坯，然后彎曲成開口環(huán)，再采用線性摩擦焊方法焊合端面形成環(huán)型件毛坯，最后機械加工去掉加工
余里ο本方法適用于鈦合金及其金屬間化合物、高溫合金、不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼、鋁合金等材料，可用于航空發(fā)動機、燃汽輪機、車輛、容器、機械設(shè)備等的環(huán)型件制造。本方法克服了原有采用自由鍛、模鍛、環(huán)軋方法制成的環(huán)型毛坯矩形截面遠遠大于實際環(huán)型件截面面積的不足，以及由于原方法尺寸精度差使環(huán)型件毛坯加工余量的不足，大大降低了機械加工量，減少了加工時間，提高了材料利用率，使材料利用率由原來的 5 15%提高到30%以上，降低了環(huán)型件制造成本。采用線性摩擦焊替代閃光對焊，有明顯優(yōu)勢。線性摩擦焊是固相連接，沒有熔化過程，接頭不存在氧化物夾雜、疏松、縮孔、裂紋等缺陷；焊接過程容易控制，設(shè)備簡單，適于異型截面焊接；線性摩擦焊焊縫寬度1 2mm，熱影響區(qū)窄，接頭強度和沖擊韌性與母材相當(dāng)；采用摩擦生熱加熱，焊接環(huán)型件不存在電流分流問題，且焊合面處于半熔化狀態(tài)，耗能低；焊前不需要預(yù)熱，焊接生產(chǎn)效率高。
具體實施例方式以下將結(jié)合實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步地詳述本發(fā)明技術(shù)方案首先根據(jù)環(huán)型件材料、截面形狀、面積，設(shè)計相應(yīng)的模具，制訂熱軋或熱擠壓工藝、焊接工藝、熱處理工藝，由于材料不同各工藝參數(shù)可能不同，但環(huán)型件制造過程相同。具體實施步驟如下1.針對環(huán)型件材料和截面特點，選擇熱軋或熱擠壓模具材料，設(shè)計制造模具，毛坯單邊設(shè)計加工余量1 5mm ；2.采用自由鍛或熱軋方法將合格的棒材或鑄錠預(yù)成型成方形或圓形毛坯，毛坯長度、截面積滿足環(huán)型件尺寸要求，；3.采用熱軋或熱擠壓方法把預(yù)成型的毛坯制成直型異型截面毛坯，控制毛坯尺寸精度和表面質(zhì)量，使之滿足后續(xù)加工要求；4.在熱態(tài)下彎曲成型，形成的開口環(huán)直徑同環(huán)型件直徑相當(dāng)，視情況留出端面修整和焊接余量2 20mm ；5.焊前端面整形，使待焊合端面平行，開口與焊接摩擦方向平行；6.根據(jù)環(huán)型件毛坯尺寸設(shè)計焊接夾具，夾具應(yīng)具有足夠的精度和剛度，能精確并牢固夾持環(huán)型件毛坯，同時能承受焊接摩擦載荷和頂鍛載荷；7.按試驗規(guī)范設(shè)定各焊接工藝參數(shù)，實施焊接，摩擦方向可以采用徑向，也可以采用軸向；8.焊后切去焊接飛邊；9.采用超聲波或X射線檢查焊縫；10.根據(jù)需要進行環(huán)型件毛坯整形，使不圓度滿足加工要求。根據(jù)材料可以選擇熱狀態(tài)下整形或冷狀態(tài)下整形；11.焊后退火處理，消除焊接應(yīng)力；12.機械加工去掉加工余量；13.構(gòu)件最終熱處理。根據(jù)材料性質(zhì)制訂構(gòu)件熱處理工藝，以及選擇機械加工前處理或者機械加工后處理。實施實例一某發(fā)動機壓氣機機匣是由上、下安裝邊和中間板材筒體焊接而成，上、下安裝邊為環(huán)型毛坯機械加工件，尺寸相同，材料為TC4，截面形狀為~|。采用本發(fā)明制造工藝如下1.采用模具鋼材料制造熱擠壓模具，模具擠出口為 ，單邊放大余量3mm ；2.采用自由鍛方法將合格的TC4棒材改鍛成圓形毛坯，毛坯長度、直徑以能裝到擠壓筒并能擠壓出足夠尺寸的"I型材；3.采用熱擠壓方法把預(yù)成型的毛坯擠壓成直型■!截面毛坯，毛坯尺寸截面尺寸與模具尺寸相同，表面無裂紋。毛坯預(yù)熱溫度為850 980°C，擠壓筒預(yù)熱溫度為600 800 "C。4.在800 950°C下在胎模上彎曲成型，形成的開口環(huán)直徑比環(huán)型件直徑略大，留出端面修整余量4mm，焊接余量8mm ；5.焊前采用銑削方法對端面修整，切割4mm，使待焊合端面平行，開口與焊接摩擦方向平行。此時環(huán)型件毛坯僅留約8mm左右的焊接余量。端面清理干凈；6.設(shè)計制造環(huán)型件毛坯焊接夾具，夾具采用45#鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，精度和剛度能承受焊接摩擦載荷和頂鍛載荷；7.按試驗規(guī)范設(shè)定各焊接工藝參數(shù)，實施焊接。摩擦方向采用軸向，振動頻率 :35Hz、振幅3. 5mm、摩擦?xí)r間5S、摩擦壓力80 90KN、頂鍛壓力100KN ；8.焊后采用銑床切去焊接飛邊；9.采用超聲波或X射線檢查焊縫；10.焊后退火處理，消除焊接應(yīng)力。退火溫度650 750°C ；11.機械加工去掉加工余量；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法減少環(huán)形件的加工時間、提高材料利用率、消除焊接接頭的缺陷。
權(quán)利要求
1.一種制造環(huán)型件的方法，其特征在于該方法的步驟是(1)采用熱軋或熱擠壓方法制成直條形狀的型材毛坯，型材毛坯的截面形狀和尺寸與環(huán)型件的截面形狀和尺寸相同；(2)在熱狀態(tài)下彎曲直條形狀的型材毛坯，制成與環(huán)型件尺寸相同的開口環(huán)；(3)采用線性摩擦焊方法焊合開口環(huán)的兩端面形成封閉的環(huán)型件毛坯，再用機械加工去掉加工余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造環(huán)型件的方法，其特征在于線性摩擦焊方法對開口環(huán)的端面的磨擦振動方向為徑向或軸向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造環(huán)型件的方法，其特征在于開口環(huán)端面留出的修整和焊接余量為2 20mm。
全文摘要
本發(fā)明是一種制造環(huán)型件的方法，該方法的步驟是(1)采用熱軋或熱擠壓方法制成直條形狀的型材毛坯，型材毛坯的截面形狀和尺寸與環(huán)型件的截面形狀和尺寸相同；(2)在熱狀態(tài)下彎曲直條形狀的型材毛坯，制成與環(huán)型件尺寸相同的開口環(huán)；(3)采用線性摩擦焊方法焊合開口環(huán)的兩端面形成封閉的環(huán)型件毛坯，再用機械加工去掉加工余量。線性摩擦焊方法對開口環(huán)的端面的磨擦振動方向為徑向或軸向。開口環(huán)端面留出的修整和焊接余量為2～20mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法減少環(huán)形件的加工時間、提高材料利用率、消除焊接接頭的缺陷。
文檔編號B23P15/00GK102152070SQ20111003948
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者劉文慧, 周標(biāo), 張學(xué)軍, 張文揚, 郭紹慶 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空材料研究院