一種熱蠕變拉伸卷繞成形方法，包括將金屬棒材加熱到在適合于其蠕變變形的溫度范圍內(nèi)的成形溫度，在不大于０．０５英寸／英寸／秒的應(yīng)變速率下向金屬棒材施加拉伸力、以及圍繞模具卷繞金屬棒材，上述模具優(yōu)選的是具有熱絕緣和／或電絕緣的工作面。拉伸力通常施加到應(yīng)變是在０．５％－１５．０％范圍內(nèi)。金屬棒材最優(yōu)選的是鈦合金，其成形溫度是在其熔融溫度的０．４５－０．６０范圍內(nèi)。卷繞的金屬棒材保持在合適位置，且它的溫度通常在所述溫度范圍內(nèi)保溫５至１２０分鐘用于應(yīng)力消除。優(yōu)選地，金屬棒材在整個過程中基本保持在成形溫度。圍繞模具和金屬棒材的熱絕緣層減少了金屬棒材的熱損失。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】專利技術(shù)背景1.
本專利技術(shù)涉及金屬部件、尤其是長形的金屬棒材的熱蠕變拉伸成形。更具體地說，本專利技術(shù)涉及難以拉伸卷繞成形的鈦、鈦合金及類似金屬的熱拉伸卷繞成形。尤其是，本專利技術(shù)涉及金屬型材利用具有熱絕緣和電絕緣工作表面的熱拉伸卷繞成形。2.
技術(shù)介紹
本專利技術(shù)涉及在高溫下成形的長形金屬部件的熱拉伸卷繞成形，尤其是通過擠壓、鍛造、軋制、機加工或這些方法的組合而制造的由鈦合金制成的部件。鈦合金由于它們極好的機械和耐腐蝕性能并且重量較輕而作為航空航天材料廣泛使用。然而，眾所周知，鈦合金一般難以成形，且需要加熱到很高溫度以便合適地成形這些部件。鈦合金供在航空器的成型結(jié)構(gòu)件(contoured?structural?members)內(nèi)使用十分理想，但由于缺少合適的經(jīng)濟上可行的用以成形這些成型件的方法，這些結(jié)構(gòu)件的成形很受限制。隨著對重量輕而強度高的結(jié)構(gòu)部件如先進(jìn)飛機中的翼弦的需求的增加，對這些部件的需求增加。目前可用于成形長形鈦部件的一種方法通稱為“沖擊成形法”(bump?forming)。這種方法包括將長形部件放在爐子中加熱到預(yù)定溫度，在達(dá)到預(yù)定溫度時將部件從爐子中取出，并放在壓型機的成形機組上。壓型機施加彎曲力以造成部件的局部變形。在成形期間部件的溫度快速下降，因而成形的阻力顯著增加。因此，沖擊成形法要求重復(fù)的加熱周期，以便完成成形過程，這樣耗費時間和資金。此外，由沖擊成形所產(chǎn)生的彎曲力矩引起在中性軸線之上的這段部件產(chǎn)生拉伸應(yīng)力并且在中性軸線之下產(chǎn)生壓縮壓力，上述拉伸應(yīng)力和壓縮應(yīng)力分別在部件中產(chǎn)生裂紋和折皺。在部件內(nèi)的相當(dāng)大的應(yīng)力梯度使得難-->以控制所成形的部件的幾何形狀。此外，由部件的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)所引起的局部變形促進(jìn)了其中大量殘留應(yīng)力的生成，而這要求用價格高的夾具進(jìn)行離線應(yīng)力消除處理。沖擊成形法受到缺乏能夠不依靠試錯法而得到所希望的外形的導(dǎo)向工具這一缺點的制約。它還難以保持例如沿著凸緣及類似物之間的角度的橫斷面的結(jié)構(gòu)整體性。已經(jīng)提出后熱定徑(post?hot?sizing)來改善成形的部件的尺寸整體性。最后，沖擊成形法不適合于計算機模擬。盡管熱拉伸卷繞成形的總體構(gòu)想業(yè)已問世一段時間，但已知的現(xiàn)有技術(shù)方法不適合于經(jīng)濟地成形用難以成形的鈦合金或其它材料制成的部件。授予Maloney的美國專利2,952,767公開了一種用于拉伸卷繞成形長形棒材的設(shè)備，所述長形棒材通過電阻加熱進(jìn)行加熱，并圍繞金屬模具卷繞，上述金屬模具通過模具組件內(nèi)常規(guī)加熱元件加熱。用這種配置的主要問題是當(dāng)加熱的模具和金屬部件相互接觸時，在它們之間產(chǎn)生的電分流效應(yīng)，該效應(yīng)導(dǎo)致部件的局部過熱和縮頸。授予Morris等人的美國專利4,011,429注意到上述分流效應(yīng)，并設(shè)法通過并聯(lián)地電連接模具和金屬部件，用電阻加熱模具和長形金屬部件二者并用相同電壓加熱它們來克服這個問題。遺憾的是，這種配置不實用，因為模具和部件的并聯(lián)加熱要求復(fù)雜和價格過高的模具配置。此外，這種方法要求將部件預(yù)加熱到一定溫度，該溫度顯著低于部件的成形溫度，而同時將模具加熱到成形溫度，因此，只有部件在與模具接觸的接觸部分升高到成形溫度，這樣導(dǎo)致在部件的接觸部分和不接觸部分之間產(chǎn)生不均勻的屈服強度。由于變形過程不均勻，所以要保持所成形的部件的結(jié)構(gòu)整體性并減少殘留應(yīng)力的生成是極其困難的。本專利技術(shù)解決這些和另一些問題，如通過下述說明而將顯現(xiàn)的那樣。專利技術(shù)概述本專利技術(shù)提供一種方法，所述方法包括以下步驟：將長形的金屬棒材加熱到成形溫度，所述成形溫度在適合于金屬棒材蠕變成形的溫度范圍內(nèi)；在不大于0.05英寸/英寸/秒的應(yīng)變速率下向加熱的金屬棒材-->施加拉伸力；以及圍繞模具卷繞加熱的金屬棒材，以便形成卷繞的金屬棒材。附圖簡介圖1是本專利技術(shù)的熱蠕變拉伸成形設(shè)備的示意頂部平面圖，同時，其中示出模腔內(nèi)的熱絕緣和電絕緣材料和在圍繞模具卷繞之前的金屬棒材。圖2是沿著圖1的線2-2上所取的剖視圖，其中示出模腔內(nèi)的兩層熱絕緣材料。圖3是類似于圖2的剖視圖，其中示出插入模腔中的金屬棒材，用絕緣材料將金屬模具與金屬棒材分開。圖4是類似于圖1的視圖，其中示出夾頭已從圖1的開始位置移動到圖4的完成位置，以便圍繞模具的工作表面卷繞長形的棒材。圖5是類似于圖3的視圖，其中示出覆蓋的力處于打開位置并且拉伸卷繞成形的金屬棒材從模腔中取出。圖6是工業(yè)級純鈦的示意應(yīng)力/溫度圖，此處左面數(shù)字表示標(biāo)準(zhǔn)化的剪切應(yīng)力，右面數(shù)字表示在20℃下的剪切應(yīng)力，頂部數(shù)字表示溫度(℃)，且底部數(shù)字表示同系溫度。圖7是示出塑性變形區(qū)、均勻變形區(qū)和擴散變形區(qū)的示意圖。圖8是現(xiàn)有技術(shù)金屬棒材的示意平面圖，其中示出由熱拉伸卷繞成形期間所產(chǎn)生的應(yīng)力引起的皺折和斷裂。圖9是類似于圖8的視圖，其中示出通過本專利技術(shù)的熱拉伸卷繞方法所成形的金屬棒材，其表明金屬棒材沒有圖8的現(xiàn)有技術(shù)金屬棒材的皺折和斷裂。圖10是金屬棒材具有L形配置的剖視圖。各附圖中同樣的標(biāo)號指代同樣的部件。專利技術(shù)詳細(xì)說明本專利技術(shù)的熱拉伸卷繞成形設(shè)備在圖1中總體地用標(biāo)號10表示。設(shè)備10包括模具12和一對間隔開的夾頭14，所述夾頭14設(shè)置用于夾緊一金屬型材，示出的所述型材為長形的金屬棒材16，上述夾頭14-->鄰近棒材16的相應(yīng)端部夾緊，以便當(dāng)加熱時拉伸所述金屬棒材16并圍繞模具12卷繞棒材16。設(shè)備10對用鈦合金制成的棒材的熱蠕變拉伸成形尤其有用。夾頭14附接到相應(yīng)的擺臂上，所述擺臂未示出，但在該
中是公知的。每個夾頭14都通過導(dǎo)體或電線20與電源18連通，以便形成以電阻方式加熱金屬棒材16的電路。通過電線22電連接到電源18上的多個加熱元件24可以插入模具12中用于加熱模具12。模具12具有一模腔邊界表面26，所述模腔邊界表面26限定T形模腔28(圖2)。表面26和模腔28具有拱形構(gòu)造，所述拱形構(gòu)造從模具12的第一端30延伸到模具12的第二端32。絕緣層的第一或內(nèi)層和第二或外層34，36設(shè)置在模腔28內(nèi)，同時第一層34以基本上連續(xù)的方式從模具12的第一端30到模具12的第二端32貼著模具12的表面26。第二層36同樣以基本上連續(xù)的方式從第一端30到第二端32貼著第一層34。第一和第二層34和36順應(yīng)表面26，并因此具有大體T形的構(gòu)造。第二層36限定工作表面38，所述工作表面38在卷繞期間貼著金屬棒材16。如圖2所示，金屬棒材16具有T形本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種方法，包括以下步驟： 將長形的金屬棒材加熱到成形溫度，所述成形溫度在適合于金屬棒材的蠕變變形的溫度范圍內(nèi)； 在不大于０．０５英寸／英寸／秒的應(yīng)變速率下向經(jīng)過加熱的金屬棒材施加拉伸力；以及 圍繞模具卷繞經(jīng)過加熱的金屬棒材 ，以便形成卷繞的金屬棒材。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】US 2006-5-11 11/432,0461.一種方法，包括以下步驟：
將長形的金屬棒材加熱到成形溫度，所述成形溫度在適合于金屬
棒材的蠕變變形的溫度范圍內(nèi)；
在不大于0.05英寸/英寸/秒的應(yīng)變速率下向經(jīng)過加熱的金屬棒材
施加拉伸力；以及
圍繞模具卷繞經(jīng)過加熱的金屬棒材，以便形成卷繞的金屬棒材。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中施加拉伸力的步驟包括在不大
于0.05英寸/英寸/秒的應(yīng)變速率下向經(jīng)過加熱的金屬棒材施加拉伸力
以致應(yīng)變在0.5％-15.0％范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中加熱步驟包括將鈦合金形成的
金屬棒材加熱到在0.45至0.60Tm范圍內(nèi)的成形溫度，其中Tm是鈦
合金的熔點。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中施加拉伸力步驟包括在卷繞步
驟之前在不大于0.05英寸/英寸/秒的應(yīng)變速率下向經(jīng)過加熱的金屬棒
材施加拉伸力以致應(yīng)變在0.5％-3.0％范圍內(nèi)的步驟；并且其中施加拉
伸力的步驟包括在卷繞步驟期間在不大于0.05英寸/英寸/秒的應(yīng)變速
率下向經(jīng)過加熱的金屬棒材施加拉伸力以致應(yīng)變在0.5％-15.0％的范
圍內(nèi)的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱步驟包括將鈦合金形成的
金屬棒材加熱到在0.45-0.60Tm范圍內(nèi)的成形溫度，其中Tm是鈦合
金的熔點。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱步驟包括將金屬棒材加熱
到在650℃-925℃(1202℉-1690℉)的溫度范圍內(nèi)的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱步驟包括將鈦合金形成的
金屬棒材加熱到在1250℉-1450℉的溫度范圍內(nèi)的步驟。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中施加拉伸力步驟包括在0.00005
英寸/英寸/秒至0.005英寸/英寸/秒范圍內(nèi)的應(yīng)變速率下向經(jīng)過加熱的
金屬棒材施加拉伸力的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的方法...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：皆川邦典，AR凱斯卡，A巴伯，
申請(專利權(quán))人：RTI國際金屬公司，
類型：發(fā)明
國別省市：US[美國]
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。