一种高强钛合金环筋类零件成形方法

技术领域

本发明属于热成形技术领域，特别涉及一种高强钛合金环筋类零件成形方法。

背景技术

高强钛合金具有密度小、比强度高、热导率低、无磁性、耐高低温、耐腐蚀等特点。由于其特殊的物理性能和化学性能，作为一种重要的战略物资，被广泛应用于航空航天、舰船、兵器、石油、化工、能源、海洋工程、核电工程及生物医疗等产品等领域。

环筋类高强钛合金零件通常采用热成形方法，加热后再行机械加工。加热一般采用电阻炉、火焰、液体介质加热等方式进行加热，但是上述方式存在加热效率低、加热成本高等技术问题。已公开的专利申请CN202211713568.9提出了一种钛合金环筋零件高频线圈加热成形方法及成型装置，认为高频感应加热具有速度快、热效率高、易于控制的优点，可以大幅度缩短加热时间、节能降耗，提高生产效率。但是，使用过程中发现该成形方法和装置不能在成形部位形成精准的加热区域，能效低、热量利用率低，以及金属材质的内撑回转单元、成形轮导致热量传导损失大，零件表面损伤、翻边成形褶皱等缺陷，或者成形后零件回弹变形等诸多问题。

发明内容

针对以上的技术问题，本发明提供一种高强钛合金环筋类零件成形方法，用以解决钛合金环筋零件高频线圈加热成形方法及成型装置存在的以下技术问题中的至少一个：(1)不能在成形部位形成精准的加热区域；(2)能效低、热量利用率低；(3)内撑回转单元、成形轮热量传导损失大；(4)成形零件表面存在损伤、翻边成形褶皱等缺陷；(5)成形后零件回弹变形等诸多问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种高强钛合金环筋类零件成形方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据零件尺寸展开下料成钛合金带状毛坯；

步骤S2、将下料的钛合金带状毛坯预成形为圆环状；

步骤S3、将预成形件进行热校形；

步骤S4、将预成形件进行高频感应加热滚压翻边成形，成形过程包括半成形、完全成形和复压校形三个阶段，完全成形时的耦合成形间隙Z介于1.05t和1.15t之间，t为零件的壁厚；

步骤S5、激光三维切割加工成形件的外形，得到成品；

进一步的，步骤S3中，热校形为将预成形件套装在热胀形模具上，然后将热胀形模具加热至650℃保温1小时，热胀形模具将所述预成形件从内胀圆至设计的直径尺寸。

进一步的，步骤S4包括如下分步骤：

步骤S4.1、将预成形件安装在高频线圈加热成形装置上；

步骤S4.2、启动高频线圈加热成形装置，将预成形件进行高频感应加热滚压翻边半成形；

步骤S4.3、继续运行高频线圈加热成形装置，将半成形件进行高频感应加热滚压翻边完全成形；

步骤S4.4、继续运行高频线圈加热成形装置，将完全成形件进行高频感应加热滚压翻边复压校形。

进一步的，步骤S4.1中，高频线圈加热成形装置包括内撑回转单元4、高频感应加热单元5和成形轮单元6；内撑回转单元4将所述预成形件3从内撑开维形，并带动预成形件3绕一定轴水平旋转，高频感应加热单元5和成形轮单元6围绕在预成形件3圆环外侧，高频感应加热单元5和预成形件3保持约8～10mm的间隙，高频感应加热单元5和成形轮单元6的间距为30～40mm。

进一步的，内撑回转单元4的材质为耐高温高强陶瓷材料。

进一步的，高频感应加热单元5包括感应线圈50和两块磁石51，感应线圈50为矩形状，矩形的宽边长度为60mm，矩形的长边长度为80mm；在感应线圈50的两条宽边上分别串装一块磁石51，磁石51成分为四氧化三铁，磁石51为立方体形状，尺寸为20mm×16mm×16mm。

进一步的，成形轮单元6包括成形轮60，在成形轮60的边缘有一圈环形凸梗601，环形凸梗601的起伏半径为1.6mm。

进一步的，步骤S4.2中，成形轮60沿预成形件径向方向进给至全部进给行程的5/12时，此时预成形件翻边和圆环环面形成一个钝角α，所述内撑回转单元4带动所述预成形件3旋转第一圈；

全部进给行程为零件翻边宽度K加成形轮60边缘过渡倒角602的半径之和。

进一步的，步骤S4.3中，将成形轮60沿预成形件3径向方向全部进给行程到位，此时成形轮60的环形凸梗601与内撑回转单元4之间的间距为耦合成形间隙Z，同时预成形件3的圆环环面与成形轮单元6的导向轮61接触，内撑回转单元4带动预成形件3旋转第二圈；

全部进给行程为零件翻边宽度K加成形轮60边缘过渡倒角602的半径之和；耦合成形间隙Z介于1.05t和1.15t之间，t为零件的壁厚。

进一步的，步骤S4.4中，保持步骤S4.3中的成形轮60的进给位置，内撑回转单元4带动预成形件3旋转第三圈。

与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：

(1)本发明将预成形件进行高频感应加热滚压翻边成形，成形过程包括半成形、完全成形和复压校形三个阶段，将成形工艺分为三个步骤，采取稳定渐进的成形工艺，保证了高强钛合金在可承受的变形强度下逐步达成成形目标，避免了超出金属塑韧性后导致的材料裂纹、材料破坏的出现；此外，本发明通过设计合理的耦合成形间隙Z尺寸范围，减少了零件表面损伤、翻边成形褶皱等缺陷，提高了零件的表面质量；并且能够控制零件成形后的回弹变形，成形后尺寸精确。

(2)本发明通过局部磁石补磁的高频感应加热方式，提高了加热效率，能够满足成形位置所需要的温度，在降低加热面积的同时提高了加热效率，降低了能耗。

(3)本发明将内撑回转单元的材质设计为耐高温高强陶瓷材料，大大降低了高频感应加热的能量消耗，减少了传导散失热量，从而提高了高频感应加热能量利用率。

(4)本发明的技术方法通过设定合理的感应加热单元的功率、内撑回转单元的旋转速度，保证热量稳定可靠输出，并且满足预成形件达到热成形温度；通过合理设计高频加热区与耦合成形区的间距分布，避免了长时间过热现象的发生，大幅度降低了高温预成形件暴露在空气中的时间，从而有效规避了有害杂质侵害的风险。

(5)本发明在成形轮的成形面上设计了一圈环形凸梗，大大降低了预成形件与成形轮的接触面积，从而降低了摩擦阻力和热损失。

(6)本发明采用两组上、下平行分布成形轮的成形工艺方式，实现了环筋两侧翻边同时滚压成形，提高了成形效率。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。

图1为高强钛合金环筋零件立体示意图；

图2为高强钛合金环筋零件沿直径方向的断面示意图；

图3为钛合金带状毛坯平面示意图；

图4为预成形件的主视和左视示意图；

图5为预成形件在高频线圈加热成形装置上的加工装配俯视示意图；

图6为预成形件在高频线圈加热成形装置上的加工装配正视示意图；

图7为高频感应加热单元中感应线圈和磁石的装配示意图；

图8为成形轮的主视和C-C截面左视示意图；

图9为预成形件滚压翻边成形起始位置图5中A部位的纵向截面示意图；

图10为预成形件滚压翻边半成形过程中图5中A部位的纵向截面示意图；

图11为预成形件滚压翻边完全成形过程中图5中A部位的纵向截面示意图；

图12为零件的主视、俯视和B-B截面左视示意图；

图中，1-零件；1'-零件中性层；t-零件壁厚；H-零件整高；10-圆环环面；11-翻边；K-翻边宽度；12-圆环环面接缝段；13-定位孔；2-带状毛坯；20-工艺余量；3-预成形件；4-内撑回转单元；40-滑块；41-定位销；42-液压机械；5-高频感应加热单元；50-感应线圈；51-磁石；6-成形轮单元；60-成形轮；601-环形凸梗；602-成形轮边缘过渡倒角；603-轴孔；604-圆形凸台；C-截面线；61-导向轮；62-轴；63-锥形螺母；64-滑座；65-基座；66-手轮；A-成形区；α-预成形件翻边和圆环环面的夹角；Z-耦合成形间隙；B-截面线。

具体实施方式

以下结合具体实施例对一种高强钛合金环筋类零件成形方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。

图1为高强钛合金环筋零件立体示意图，图2为高强钛合金环筋零件沿直径方向的断面示意图。

对于上述的高强钛合金环筋零件，本发明提出了一种高强钛合金环筋类零件成形方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据零件尺寸展开下料成钛合金带状毛坯；

步骤S2、将下料的钛合金带状毛坯预成形为圆环状；

步骤S3、将预成形件进行热校形；

步骤S4、将预成形件进行高频感应加热滚压翻边成形，成形过程包括半成形、完全成形和复压校形三个阶段，完全成形时的耦合成形间隙Z介于1.05t和1.15t之间，t为零件的壁厚；

步骤S5、激光三维切割加工成形件的外形，得到成品。

具体的，在步骤S1中，环筋零件为回转体零件，并根据零件尺寸，按照最小的零件外径计算零件中性层1'的直径、高度，然后按此尺寸展开下料。

示例性的，高强钛合金TA15环筋零件1外径为Φ357.6-0.36mm薄壁圆环状结构件，零件壁厚t为1.5mm，零件整高H为50mm，除圆环环面接缝段的一段环面之外，其余圆环环面上、下两端均向内翻边，圆环环面和翻边总体成直角状，过渡倒角为R3.75。具体的，圆环环面接缝段12的弧长为100mm，高为39mm；把不包括圆环环面壁厚的翻边11的宽度定义为翻边宽度K，两端翻边11宽度K均为6.5mm，除两端翻边之外其余部分均为圆环环面10；高强钛合金TA15的抗拉强度σ

根据零件尺寸，按照最小的零件外径计算零件中性层1'的直径、高度，然后按此尺寸展开下料。如Φ355.74mm，水平展开下料为厚1.5mm×长1117.6mm×宽59.4mm的钛合金带状毛坯2，带状毛坯2的中间部分为成形后的零件圆环环面10，两侧部分为成形后的零件翻边11，带状毛坯2的两端分别裁剪居中留存一部分，如长20mm×宽39mm，作为成形后的部分圆环环面接缝段12，除这部分圆环环面接缝段12之外，剩余圆环环面接缝段12作为工艺余量20分别位于带状毛坯2的两端，一端各30mm，在带状毛坯顺长度方向的中线上等分布置若干圆孔，用于翻边成形时的定位孔13，如四个Φ6。

需要说明的是，在高频加热压弯成形过程中，为了规避高频加热的尖端效应造成的成形后质量缺陷，所以在预成形件成形部位起始端和结束端分别留有工艺余量20。图3为钛合金带状毛坯平面示意图。

在步骤S2中，将带状毛坯2经过去毛刺处理后进行机械圈圆，圈圆后进行对接焊缝，采用手工氩弧焊焊接为一封闭圆环状结构，圆环外径为Φ357.6mm、圆环高为59.4mm。

在步骤S3中，为完全消除带状毛坯预成形过程中对外形尺寸的影响，如机械圈圆和焊接应变，保证预成形件圆度0.3～0.5mm的要求，预成形件翻边成形前需要进行热校形。热校形为将预成形件套装在热胀形模具上，然后将热胀形模具加热至650℃保温1小时，热胀形模具将预成形件从内胀圆至设计的直径尺寸，消除预成形件圆环面不圆度误差。需要说明的是，热胀形模具的外形为圆管形的套筒，材质为不锈钢316L，通过计算设计出钛合金和不锈钢两种材质在650℃高温环境下不同的线性膨胀量，将预成形件套在热胀形模具套筒的外表面，在高温环境下通过热胀模具的线性膨胀量将预成形件胀圆校形。图4为预成形件的主视和左视示意图。

具体的，步骤S4包括如下分步骤：

步骤S4.1、将预成形件安装在高频线圈加热成形装置上；

步骤S4.2、启动高频线圈加热成形装置，将预成形件进行高频感应加热滚压翻边半成形；

步骤S4.3、继续运行高频线圈加热成形装置，将半成形件进行高频感应加热滚压翻边完全成形；

步骤S4.4、继续运行高频线圈加热成形装置，将完全成形件进行高频感应加热滚压翻边复压校形。

具体的，在步骤S4.1中，高频线圈加热成形装置包括内撑回转单元4、高频感应加热单元5和成形轮单元6。预成形件3套装在内撑回转单元4上，将预成形件3从内撑开维形。

其中，内撑回转单元4为具有回转和维形功能的结构件，用于将预成形件3从内撑开维形并带动预成形件回转，可采用现有技术中常用的结构形式。在一种具体的实施方式中，内撑回转单元4通过滑块40将预成形件3从内撑开维形，液压机械42为滑块40移动提供动力，内撑回转单元4上的定位销41和预成形件3上的定位孔13配合定位，内撑回转单元4带动预成形件3绕一定轴水平旋转，内撑回转单元4和预成形件3接触的边缘成形部位的厚度、倒角，与成形后零件的内腔尺寸相匹配。

其中，高频感应加热单元5包括感应线圈50和两块磁石51，感应线圈50包括依次相接的第一弧形段、直线段和第二弧形段，第一弧形段和第二弧形段上分别设置有一块磁石51，高频感应加热单元5设置在预成形件圆环外侧，其中直线段与预成型件环面的高度方向平行，两块磁石51分别位于预成型件的环面高度方向的边缘处，感应线圈50和两块磁石51形成的加热面与预成形件3保持约8～10mm的间隙。成形轮单元6也围绕在预成形件3圆环外侧，并靠近高频感应加热单元5，当内撑回转单元4带动预成形件3水平旋转时，预成形件3先经过高频感应加热单元5，紧接着预成形件经过成形轮单元6。

成形轮单元6包括成形轮60、导向轮61、轴62、锥形螺母63、滑座64，基座65、手轮66；具体的，基座65上有燕尾槽，燕尾槽与滑座64配合，在手轮66的推动下，滑座64能够沿燕尾槽做水平进给运动，轴62通过锥形螺母63固定在滑座64上，两个上、下对称的水平成形轮60和导向轮61沿轴62径向安装于轴62上，两个上、下对称的水平成形轮60之间的纵向间距约等于成形零件的整高H，导向轮61位于两个上、下对称的水平成形轮60的中间部位。成形轮60、导向轮61与滑座64的水平间隙最大为0.07mm，间隙过大会造成成形精度不能满足要求，虽然间隙配合很小，但是两个上、下对称的水平成形轮60和导向轮61可被动自如旋转，也可随滑座64水平直线移动，即两个水平成形轮60和导向轮61可同时靠近预成形件3，也可同时远离预成形件3。图5为预成形件在高频线圈加热成形装置上的加工装配示意图，图6为预成形件在高频线圈加热成形装置上的加工装配正视示意图。

需要说明的是，在步骤S4.2～步骤S4.4中，启动高频线圈加热成形装置后，内撑回转单元4带动预成形件3做水平匀速旋转运动，在旋转时预成形件3经过高频感应加热单元5的工作区，感应线圈50形成高频感应磁场，交变的磁力线切割钛合金预成形件，在预成形件3中产生感应电动势，从而产生高频电流，钛合金具有电阻，使预成形件3瞬间发热即形成高频感应加热现象。由于钛合金为非磁性材料，为了提高钛合金的加热效率，在感应加热线圈50上镶嵌了两块磁石51用于补磁。

在预成形件3被加热后，随即被旋转到成形轮单元6部位，此时成形轮60水平直线移动靠近预成形件3，从而使得预成形件3进入上、下两个成形轮60与内撑回转单元4形成的耦合成形区，耦合成形区为上、下两个成形轮60与内撑回转单元4形成的间隙，最终使预成形件实现翻边成形。

具体的，感应线圈50包括依次相接的第一弧形段、直线段和第二弧形段，弧形段长度对应的就是高频感应加热区域水平方向的加热面的长度，第一弧形段和第二弧形段对应的是预成形件上、下两侧翻边成形区，如弧形段长度为60mm，那么加热面长度就是60mm；在两条弧形段上分别串装一块磁石51，磁石51成分为四氧化三铁，磁石51为立方体形状，如尺寸为20mm×16mm×16mm，磁石的作用在于提高电磁感应加热效率；感应线圈50的直线段长度对应的是上、下两侧翻边成形区竖直方向的加热宽度，直线段长度使得两弧形段正好处于预成形件上、下两侧翻边成形区范围内，如直线段长度为80mm，则上、下两侧翻边成形区竖直方向的加热宽度均在12mm以上；高频感应加热单元5和成形轮单元6的间距为30～40mm，优选35mm，内撑回转单元4的旋转速度为1～3r/min，优选2r/min。图7为高频感应加热单元中感应线圈和磁石的装配示意图。

需要说明的是，一方面，TA15钛合金的β转变温度为1050℃；如果高频感应温度高于β转变温度为1050℃，将使钛合金材料产生β脆性，即由于温升使得α钛合金或(α+β)钛合金坯料加热温度超过(α+β)或β相变点，将形成粗大的原始β晶粒和粗大的魏氏组织，室温塑性降低，韧性下降。因此，高频加热上限温度1050℃。

另一方面，在室温条件下高强钛合金板材TA15成形难度极大，其σ

此外，钛合金热态化学活性较大，高温条件下易氧化，同时与加热场周围空气介质的氢、氮等有害气体杂质亲和吸附，不仅可生成氧化皮，而且还可使表面有气体饱和，导致塑性降低，硬度增加，造成材料力学性能指标降低。因此，高强钛合金板材TA15的热成形需要一套有害杂质防护技术。首先，根据加热区域的钛合金质量和需要加热的温度计算获得所需要的能量，具体的，加热区域的钛合金质量取决于加热区域的长度、宽度、钛合金的厚度和密度；需要加热的温度就是钛合金从常温加热到上述成形温度750℃～800℃；所需的能量就是钛合金质量、需要加热的温度和钛合金热容的乘积。然后根据所需要的能量、高频感应加热单元5的功率和能量利用率计算获得所需要的加热时间，具体的，用所需要的能量除以高频感应加热单元5的功率和能量利用率，得到加热时间。再次根据加热时间计算获得内撑回转单元4的旋转速度，具体的，用加热区域的长度除以加热时间得到旋转线速度。

具体的，如加热区域长度为60mm，上、下两侧翻边成形区的加热宽度为12mm，预成形件厚度为1.5mm，钛合金密度为4.51g/cm

为了降低高频感应加热单元5的能量损耗，提高能量利用率，本发明将内撑回转单元4的材质设计为耐高温高强陶瓷材料，如氧化锆、氮化硅等，这样高频感应加热单元5不会对非金属陶瓷材料进行加热，而且陶瓷材料的热传导系数较低，预成形件的热量经过内撑回转单元4的传导散失量会减少，从而提高了高频感应加热单元5能量利用率。

因此，本发明的技术方法通过设定合理的感应加热单元5的功率、内撑回转单元4的旋转速度，保证热量稳定可靠输出，并且满足预成形件达到热成形温度；通过合理设计高频加热区与耦合成形区的间距分布，避免了长时间过热现象的发生，大幅度降低了高温预成形件暴露在空气中的时间，从而有效规避了有害杂质侵害的风险。

进一步的，在高频加热的同时，内撑回转单元4带动预成形件3作匀速水平旋转运动，上、下两个成形轮60沿预成形件的径向方向逐步进给，预成形件3上、下两端的加热成形部位分两步压入成形轮60和内撑回转单元4形成的耦合成形区，随内撑回转单元4旋转圈数的增加逐渐实现预成形件滚压翻边成形。

需要说明的是，预成形件3的滚压翻边成形部位是被内撑回转单元4施加的水平扭矩压入内撑回转单元4和成形轮60的成形面形成的耦合成形区，预成形件3的滚压翻边成形部位经过高频感应加热后其体积出现膨胀，热膨胀后的预成形件尺寸和耦合成形间隙Z的关系是成形工艺的重要参数，耦合成形间隙大小直接影响滚压成形尺寸及表面质量，间隙过小将增大成形面的摩擦阻力，造成成形区表面损伤、翻边成形褶皱等缺陷；间隙过大造成成形后回跳量增大，回弹变形不能控制，造成成形后尺寸超差。因此，经过多次工艺试验和计算，设计最终完全成形时的滚压翻边热成形最小耦合间隙Z

此外，为了使成形过程的摩擦阻力较小，以及成形过程预成形件滚压翻边部位的热量通过与成形轮60接触传导散热的热损失较小，在成形轮60的边缘过渡倒角602之内、紧贴边缘过渡倒角602设计有一圈环形凸梗601，环形凸梗601的起伏半径为1.6mm，在挤压成形到位后，仅环形凸梗601与预成形件线状接触，此时环形凸梗601与内撑回转单元4之间的间距就是耦合成形间隙Z。这样的设计方式大大降低了预成形件与成形轮60的接触面积，从而降低了摩擦阻力和热损失。图8为为成形轮的主视和C-C截面左视示意图，成形轮型面为台阶状，成形轮型面的最外缘为一圈过渡倒角，过渡倒角的半径约5mm；在型面内紧贴边缘过渡倒角有一圈环形凸梗601，环形凸梗601的最大半径约为成形轮的半径减去过渡倒角的半径，凸梗的纵截面为半圆形，半径为1.6mm；在环形凸梗601向内为一圆形凸台604。

具体的，在步骤S4.2中，将成形轮60沿预成形件3径向方向进给至与预成形件3表面接触，即预成形件的翻边成形起始位置，将此位置设定为成形轮60沿预成形件的径向方向进给行程的0点，将零件翻边宽度K加成形轮60边缘过渡倒角602的半径之和设定为成形轮60沿预成形件的径向方向全部进给行程。当成形轮60沿预成形件径向方向进给至全部进给行程的5/12时，此时预成形件翻边和圆环环面形成一个钝角α，内撑回转单元4带动预成形件旋转第一圈，从而预成形件实现滚压翻边半成形。图9为预成形件滚压翻边成形起始位置图5中A部位的纵向截面示意图，图10为预成形件滚压翻边半成形过程中图5中A部位的纵向截面示意图。需要说明的是，在步骤S4.2过程中，仅仅成形轮60的边缘过渡倒角602部位和预成形件3的表面接触，环形凸梗601并不接触预成形件3的表面。

在步骤S4.3中，将成形轮60沿预成形件径向方向全部进给行程到位，内撑回转单元4带动预成形件旋转第二圈，实现预成形件滚压翻边完全成形。在此过程中，成形轮60的环形凸梗601与内撑回转单元4之间的间距就是耦合成形间隙Z，同时预成形件3的圆环环面与成形轮单元6的导向轮61接触，即内撑回转单元4和导向轮61之间的间距等于预成形件壁厚t，导向轮61随即被动旋转运动，从而避免在经过成形位置时预成形件的圆环环面受力变形，导向轮起到支撑预成形件3的圆环环面维形的作用。图11为预成形件滚压翻边完全成形过程中图5中A部位的纵向截面示意图。需要说明的是，成形轮型面的圆形凸台604直径和导向轮61的直径相等，在步骤S4.3过程中，当成形轮60全部进给行程到位时，成形轮型面的圆形凸台604和导向轮61同时接触到预成形件3的表面。

需要说明的是，成形轮60的直径约80mm，成形轮60和导向轮61的半径之差、或者成形轮60和成形轮型面的圆形凸台604的半径之差为成形轮60沿预成形件径向方向全部进给行程与预成形件壁厚t之和，即导向轮61的直径尺寸、成形轮型面的圆形凸台604直径取决于成形轮60的直径、成形轮60的全部进给行程，以及预成形件的壁厚t。

在步骤S4.4中，保持步骤S4.3中的成形轮60的进给位置，进行复压校形，内撑回转单元4带动预成形件旋转第三圈，消除回弹变形。

具体的，在步骤S5中，成形后采用激光三维切割加工去除工艺余量20，从而得到无裂纹，无过烧质量缺陷的合格成品。图12为切割加工后的零件主视、俯视和B-B截面左视示意图。

实施例

一种TA15高强钛合金环筋零件1外径为Φ357.6-0.36mm薄壁圆环状结构件，零件壁厚t为1.5mm，零件整高H为50mm，除圆环环面接缝段的一段环面之外，其余圆环环面上、下两端均向内翻边，圆环环面和翻边总体成直角状，过渡倒角为R3.75。具体的，圆环环面接缝段12的弧长为100mm，高为39mm；把不包括圆环环面壁厚的翻边11的宽度定义为翻边宽度K，两端翻边11宽度K均为6.5mm，除两端翻边之外其余部分均为圆环环面10；高强钛合金TA15的抗拉强度σ

该高强钛合金环筋类零件成形方法，包括如下步骤：

步骤S1、根据零件尺寸展开下料成钛合金带状毛坯；

按照最小的零件外径计算零件中性层的直径为Φ355.74mm，水平展开下料为厚1.5mm×长1117.6mm×宽59.4mm的钛合金带状毛坯2，带状毛坯2的两端分别裁剪居中留存长20mm×宽39mm部分，此外成形部位起始端和结束端分别留有30mm的工艺余量20。

步骤S2、将下料的钛合金带状毛坯预成形为圆环状；

将带状毛坯2经过去毛刺处理后进行机械圈圆，圈圆后进行对接焊缝，采用手工氩弧焊焊接为一封闭圆环状结构，圆环外径为Φ357.6mm、圆环高为59.4mm。

步骤S3、将预成形件进行热校形；

通过将热胀形模具加热至650℃保温1小时，胀形模具将预成形件从内胀圆，预成形件圆度为0.4mm。

步骤S4、将预成形件进行高频感应加热滚压翻边成形；

步骤S4.1、将预成形件安装在高频线圈加热成形装置上；

高频线圈加热成形装置包括内撑回转单元4、高频感应加热单元5和成形轮单元6。内撑回转单元4的材质为氧化锆陶瓷。高频感应加热单元5位于预成形件圆环外侧，和预成形件3保持约10mm的间隙，高频感应加热单元5包括感应线圈50和两块磁石51，感应线圈50大致围成矩形状，矩形的宽边长度为60mm，对应的就是高频感应加热区域水平方向的长度为60mm，在两条宽边上分别串装一块磁石51，磁石51成分为四氧化三铁，磁石51为立方体形状，尺寸为20mm×16mm×16mm，感应线圈50矩形的长度为80mm，对应的是上、下两侧翻边成形区竖直方向的加热宽度各为12mm；高频感应加热单元5和成形轮单元6的间距为35mm。成形轮单元6的成形轮60的边缘过渡倒角602的半径为5.5mm，在成形轮60的边缘过渡倒角602之内、紧贴边缘过渡倒角设计有一圈环形凸梗601，环形凸梗的起伏半径为1.6mm，在环形凸梗601向内为一圆形凸台604，圆形凸台直径为53mm；导向轮直径为53mm。

步骤S4.2、启动高频线圈加热成形装置，将预成形件进行高频感应加热滚压翻边半成形；

内撑回转单元4的旋转速度为2r/min，将成形轮60沿预成形件径向方向进给5mm，到全部进给行程的5/12位置，此时成形轮60外轮廓与预成形件翻边部位接触，使得预成形件翻边和圆环环面形成一个154°的钝角，内撑回转单元4带动预成形件旋转第一圈，从而预成形件实现滚压翻边半成形。

步骤S4.3、继续运行高频线圈加热成形装置，将半成形件进行高频感应加热滚压翻边完全成形；

将成形轮60沿预成形件径向方向进给12mm，即全部进给行程到位，此时耦合成形区间隙Z为1.65mm，介于最小耦合间隙Z

步骤S4.4、继续运行高频线圈加热成形装置，将完全成形件进行高频感应加热滚压翻边复压校形；

保持步骤S4.3中的成形轮60的进给位置，内撑回转单元4带动预成形件旋转第三圈，消除回弹变形。

步骤S5、激光三维切割加工成形件的外形，得到成品。

采用激光三维切割加工去除工艺余量20，零件无裂纹，零件无表面损伤、翻边成形褶皱等缺陷，零件成形后无回弹变形、尺寸精确，无过烧质量缺陷的合格成品，能量利用率为30％。

对比例1

和实施例相同尺寸的零件、相同的材料、相同的设备和工艺步骤，不同的是在步骤S4.3中，成形轮60全部进给行程到位后，耦合成形区间隙Z为1.5mm，小于最小耦合间隙Z

对比例2

和实施例相同尺寸的零件、相同的材料、相同的设备和工艺步骤，不同的是在步骤S4.3中，成形轮60全部进给行程到位后，耦合成形区间隙Z为1.5mm，大于最大耦合间隙Z

对比例3

和实施例相同尺寸的零件、相同的材料、相同的设备和工艺步骤，不同的是在步骤S4中一步成形，最终在成形区翻边区域出现裂纹，而且尺寸回弹大。

对比例4

和实施例相同尺寸的零件、相同的材料、相同的设备和工艺步骤，不同的是在步骤S4.1中高频感应加热单元5不包括两块磁石51，采用相同的内撑回转单元4的旋转速度2r/min，加热区域宽泛，热量不能集中，加热温度达不到要求，成形温度不够，无法成形；降低内撑回转单元4的旋转速度到1r/min，虽然能勉强成形，但大大降低了成形效率。

对比例5

和实施例相同尺寸的零件、相同的材料、相同的设备和工艺步骤，不同的是在步骤S4.1中在成形轮成型面上未设置一圈环形凸梗，需要提高原有的内撑回转单元4旋转驱动功率，在成形中的热损失增加，最终导致成形效率降低，能耗增加。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。