
鈦合金以其優異的強度、耐腐蝕性和生物相容性,在航空航天、醫療、海洋工程等領域廣泛應用。然而,鈦合金的成形工藝復雜,需要根據零件形狀、尺寸和性能要求選擇合適的成形方法。本文將詳細介紹鈦合金成形的七大工藝,包括彎曲成型、沖壓成型、旋壓成型、注射成形、熱等靜壓、無模多點成形和拉形技術,分析其工藝特點和應用領域。
1.彎曲成型
內容:通過塑性變形與彈性恢復的結合實現形狀控制,需補償回彈量(預留2°~5°余量),最小彎曲半徑通常為管徑的3倍(冷彎)或2倍(熱彎)。熱彎溫度控制在177~427℃,采用惰性氣體保護以避免氧化。
應用領域:深海探測器耐壓殼體、化工設備管道。
特點:冷彎后需消應力退火,熱彎回彈角可控制在1°以內,表面氧化層厚度<0.1mm。
2.沖壓成型
內容:分冷沖壓(壁厚<2mm)和熱沖壓(變形量>50%),通過溫度調控實現復雜形狀。熱沖壓優先加熱毛坯至600~800℃,模具預熱至150~200℃以減少溫差應力。
應用領域:航空機翼壁板、化工設備封頭。
特點:冷沖壓后需最終退火消除應力,高溫熱沖壓可實現單次變形量60%,表面粗糙度Ra<0.8μm。
3.旋壓成型
內容:通過旋壓工具對旋轉坯料施加壓力,形成空心回轉體零件。分普通旋壓(壁厚不變)和強力旋壓(壁厚變化),旋輪進給率與芯模轉速為核心參數。
應用領域:航天火箭燃料箱底、航空發動機噴管。
特點:材料利用率達90%以上,鈦合金薄壁件公差可控制在0.03~0.05mm。
4.注射成形
內容:將鈦合金粉末與粘結劑混合后注射成型,脫脂燒結后獲得精密零件。需控制粉末粒徑分布和氧含量。
應用領域:牙科種植體、手術器械。
特點:生物相容性優異,適合小型復雜結構件,尺寸精度高。
5.熱等靜壓
內容:在高溫高壓下對鈦合金粉末或坯料進行全致密化處理,壓力可達100MPa以上,溫度范圍為900~1200℃。
應用領域:航空發動機高溫部件、核電設備。
特點:消除內部孔隙,提高材料力學性能,適用于高可靠性要求部件。
6.無模多點成形
內容:通過多點陣模具對鈦板進行局部塑性變形,實現大型曲面成形。需控制各點位移量以協調變形。
應用領域:船舶耐壓殼體、航天器外殼。
特點:無需傳統模具,適合單件或小批量生產,降低制造成本。
7.拉形技術
內容:對鈦板施加軸向拉力與橫向壓力,實現雙曲率成形。需控制拉伸力與壓邊力比例以避免開裂。
應用領域:航天器蒙皮、汽車覆蓋件。
特點:成形精度高,表面質量好,適合高曲率復雜形狀零件。隨著鈦合金應用的不斷擴展,其成形工藝也在不斷創新和發展。未來,隨著新材料、新工藝的不斷涌現,鈦合金成形技術將更加高效、精密和環保,為高端制造業的發展提供有力支撐。