一种钛合金半球壳体超塑胀形模具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及超塑模具，特别是涉及一种壁厚可控的钛合金半球壳体超塑胀形模具。
【背景技术】
[0002]在国内外航天器上的贮箱类容器领域，钛合金的超塑成形应用十分广泛。美国爱德华空军基地的火箭推进研宄所早在八十年代就进行超塑成形制造推进剂贮箱的试验研宄，试验产品是Ti6A14V半球形壳体，采用的模具为下模带有半球形型腔的单向胀形模具。日本ISAS和MHI两家公司从1981年就开始使用超塑成形工艺制造航天器贮箱，制造贮箱时，先将两块薄板焊接上，再通过SPF吹胀成半球形或锥形零件，采用的模具是上下模具带有对称半球形型腔的双向胀形模具。欧空局采用超塑技术制造贮箱的典型应用是在九十年代，阿里安5姿态控制系统的贮箱至今仍采用这种超塑技术制造。从国内来看，采用超塑成形制造的钛合金压力容器产品也已经得到了应用，例如703所研制的某型号环形气瓶就是采用超塑成形方法来制造的。成形时先采用超塑气胀方法成形出钛合金半环，再采用机械加工校正半环的厚度和形状，最后通过电子束焊接将两个半球组合到一起，采用的模具为单向胀形模具。625所也采用超塑成形制造了各种尺寸的钛合金贮箱，已经在国内各类卫星型号上得到了广泛应用。725所采用动凸模形式的模具成形过钛合金半球，可用于Φ800πιπι以下不同直径，不同壁厚钛合金球壳的成形。
[0003]以上所述的各种超塑成形模具无法控制成形后的壳体壁厚，并且成形后的壳体尤其是大尺寸壳体在高温脱模时非常困难。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种壁厚可控的钛合金半球壳体超塑胀形模具，该模具采用异型行腔用于控制壳体壁厚，并采用挂环实现钛合金半球壳体在超塑成形后的高温快速脱模。
[0005]本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0006]一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，包括上模具、下模具、上管路和下管路，其中，上模具的上表面和下表面之间开设有贯通的上模具气路通道，下模具的下表面和上表面之间开设有贯通的下模具气路通道，上管路和下管路分别焊接在气路通道、气路通道上，下模具为凹模，所述下模具凹模具有半球面的下模具形面，其特征在于:上模具为凸模，且所述上模具凸模具有半球面或圆台面的上模具形面，所述上模具形面上设置有凹面，其中，所述凹面位置与半球壳体产品的壁厚分布的对应关系如下:
[0007]其中，半球壳体产品的环向壁厚相等，轴向壁厚不相等且均匀过渡，其中，沿着指向半球壳体底部的中心轴线方向，半球壳体产品轴向壁厚单调递减的区域为区域Α，半球产品壁厚单调递增的区域为区域B ;在半球壳体产品的区域A向区域B过渡处对应的上模具形面位置为凹面。
[0008]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具形面上的凹面深度与宽度的比值rad1 = l~d0/ 3b，其中(Itl为所述凹面对应的半球壳体上区域A与区域B交接处的环向壁厚，Sb为板坯厚度。
[0009]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具形面为圆台面时，所述圆台面下底面与圆台侧面之间采用圆弧面过渡，使得所述上模具凸模基准形面在各处圆滑过渡，所述圆弧面的曲率半径大于板坯厚度SbO
[0010]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具形面的总面积为下模具形面的总面积的70%?90%。
[0011]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，还包括挂环，上模具的外侧表面设有挂耳，并且板坯周边加工有耳片，所述挂耳与耳片的位置对应，所述挂环套在挂耳和耳片上。
[0012]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具和下模具的侧壁上分别开设有上模具测温孔和下模具测温孔。
[0013]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具上表面和下模具的下表面分别开设有上模具T型槽和下模具T型槽。
[0014]上述的钛合金半球壳体超塑胀形模具，上模具外侧表面和下模具外侧表面分别设有上模具吊耳和下模具吊耳。
[0015]本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果:
[0016]1、通过上模具的形面可以控制半球壳体的壁厚，该形面的凹面对应的半球壳体的壁厚薄；
[0017]2、设置上模具形面的总面积小于下模具形面的面积，这样向下成形过程中板坯不会出现过度拉伸，可以避免破坏已经控制好的产品壁厚，并且不会出现起皱；
[0018]3、采用挂环将板坯的耳片与上模具的挂耳连接，可以在高温进行脱模时，抬起上模具时，挂环可以带动已经成型的半球壳体，从而产生脱模力，实现快速脱模。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的超塑胀形模具的结构立体图；
[0020]图2为本实用新型的超塑胀形模具的结构正视图；
[0021]图3为本实用新型的超塑胀形模具的结构俯视图；
[0022]图4为本实用新型的超塑胀形模具在图3中D-D方向的剖视图；
[0023]图5为本实用新型的超塑胀形模具在图3中C-C方向的剖视图；
[0024]图6为本实用新型的超塑胀形模具脱模得到的半球壳体；
[0025]图7为本实用新型的超塑胀形模具在脱模时的连接示意图；
[0026]图8为实施例中半球壳体的壁厚分布与上模具型面曲线间的对应关系示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。
[0028]如图1所示的本实用新型的超塑胀形模具的立体结构图、图2所示的本实用新型的超塑胀形模具的结构正视图，一种钛合金半球壳体超塑胀形模具，包括上模具1、下模具
2、上管路3、下管路4和挂环5，其中，上模具I上设有上模具吊耳6、上模具T型槽8、挂耳9和上模具测温孔11，下模具2上设有下模具吊耳7、下模具T型槽10和下模具测温孔12。
[0029]按照图3所示的本实用新型的超塑胀形模具的结构附视图中的D-D方向进行剖视，其剖视图如图4所示，由该剖视图可以看出，上模具I的上表面和下表面之间开设有贯通的上模具气路通道13，且下模具2的上表面和下表面开设有下模具气路通道14，其中，上管路3焊接在上模具气路通道13内，下管路4焊接在下模具气路通道14内；下模具2具有半圆球型形面16，而上模具I具有设置有凹面的半球面或圆台面的形面15。
[0030]按照图3所示的本实用新型的超塑胀形模具的结构附视图中的C-C方向进行剖视，其剖视图如图5所示，由图中可以看出，在上模具I的外壁上开设有上模具测温孔11，在下模具2的外壁上开设有下模具测温孔12。
[0031]本实用新型可以对符合GJB2505A-2008的TC4钛合金板材进行超塑胀形脱模，得到如图6所示的半球