CN101462134A - 非对称变径薄壁零件环向流动成形方法 - Google Patents

Abstract

非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，它涉及一种非对称变径薄壁零件成形方法。基于解决非对称变径薄壁零件采用传统分体成形、组合焊接方法存在的工序繁多、尺寸精度低、成本高等问题。方法是：对芯模进行结构设计，制作非封闭筒坯，将非封闭筒坯置于成形模具的芯模与分瓣外模之间，将非封闭一侧正对于分瓣外模的型腔的反侧，推动柱塞将粘弹塑性软模注入芯模的内腔中，经加载注入孔作用于非封闭筒坯并使之变形，直至非封闭筒坯的侧壁贴合在分瓣外模型腔的内壁上。利用本发明的方法成形的非对称变径薄壁零件表面质量好、尺寸精度高、厚度分布均匀、工序简单、制造成本低等，可成形复杂形状非对称变径薄壁零件，适合于汽车、航空及航天等领域上。

Description

非对称变径薄壁零件环向流动成形方法

技术领域

本发明涉及一种非对称变径薄壁零件成形方法，属于板材成形技术领域。

背景技术

非对称变径薄壁零件是汽车、航空及航天领域上一类较为典型的壳体结构件，其主要特点也即其成形难点在于壁厚较薄、非对称度较大、变径比较大、材料的强度较高或较低。对于此类零件的成形制造，目前一般采用分体成形、组合焊接的制造方法。分体成形多采用冲压、旋压(甚至热旋压)、聚氨酯橡胶等手段。由于结构特点，零件分体的个数较多，工序繁多，成本高，尺寸精度受每一分体成形工序的影响，质量控制困难。由于壁厚较薄、每一分体成形件形状不规则；组合焊接过程热应力和弹性变形影响尺寸精度的控制，加剧了质量控制困难，使成形质量难以满足日益提高的零件性能使用要求。

发明内容

本发明基于非对称变径薄壁零件采用传统分体成形、组合焊接的方法存在工序繁多、尺寸精度低、成本高、零件性能难以满足日益提高的要求等问题，提供一种非对称变径薄壁零件环向流动成形方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的方法是这样实现的：采用粘弹塑性软模成形方法，步骤一、根据所述非对称变径薄壁零件的结构特点，对成形模具中的芯模进行结构设计：在高度为H₃、水平截面内的夹角为α的区域内的芯模的侧壁上加工多个加载注入孔，所述每个加载注入孔的孔径D为8mm～15mm，所述高度H3和夹角α分别是：

H₃＝H₁-(8～12)mm                 (1)

其中：H₁为非对称变径薄壁零件的成形高度，mm；

α＝θ-(8°～12°)                 (2)

其中：θ为非对称变径薄壁零件变径区域的水平夹角；

步骤二、制作非封闭筒坯：由板坯料沿宽度方向卷制而成非封闭筒坯，板坯料的高度H₂＝H₀+(15～20)mm，H₀为非对称变径薄壁零件的总高度，mm；板坯料的宽度L＝2πRf(θ，H1，M)，R为非对称变径薄壁零件的非变形端的半径，mm；M为非对称变径薄壁零件的成形深度，mm；其中：搭边工艺余量系数f(θ，H₁，M)是θ，H₁，M的增函数，其取值范围为1.034～1.25；步骤三、成形：将非封闭筒坯置于成形模具的芯模与分瓣外模之间，将非封闭一侧正对于分瓣外模的型腔的反侧，推动柱塞将粘弹塑性软模注入芯模的内腔中，粘弹塑性软模经过芯模的加载注入孔作用于非封闭筒坯并使之变形，直至非封闭筒坯的侧壁贴合在分瓣外模型腔的内壁上。

本发明的有益效果是：非封闭坯料环向和轴向同为自由端，材料流动对变形的补充不仅可以来源于轴向，而且主要得到材料环向流动的补充，这解决了非对称变径薄壁零件成形过程材料流动的困难。除此之外，本发明充分利用了半固态的粘弹塑性软模高压下流动性好，成形压力场的可控性好及在高压下容易密封的优点，因此可以较容易的在由非封闭筒坯和芯模等构成的型腔内建立高压和成形过程的控制。粘弹塑性软模材料具有较强的应变速率敏感性，可以在非封闭筒坯表面建立非均匀压力分布，适应于非封闭筒坯变形过程应力的变化，粘弹塑性软模材料与非封闭筒坯界面的粘性附着力可以促使非封闭筒坯在轴向和环向流动，实现非封闭筒坯轴向和环向流动补给，提高零件壁厚分布的均匀性。与已有的分体成形方法或者采用封闭坯料仅靠轴向材料补给方法比较，利用本发明方法成形的非对称变径薄壁零件具有表面质量好、尺寸精度高、厚度分布均匀、工序简单、模具结构简单和制造成本低等优点，可成形非对称度较大、变径比较大、壁厚较薄的非对称变径薄壁零件，适合于汽车、航空及航天等领域的非对称变径薄壁零件的成形制造。

附图说明

图1是利用本发明方法成形的一个简单的非对称变径薄壁零件9示意图，图2是图1的俯视图，图3是根据图1的非对称变径薄壁零件9的结构设计的芯模3的主剖视图，图4是图3的A-A剖视图，图5是在假设变形前后板坯料表面积不变估算和优化后设计的非封闭筒坯7的主视图，图6是图5的俯视图，图7是非对称变径薄壁零件9的初始成形状态的主剖视图，图8是图7的B-B剖视图，图9是非对称变径薄壁零件9的中间成形状态的主剖视图，图10是图9的C-C剖视图，图11是非对称变径薄壁零件9的终了成形状态的主剖视图，图12是图11的D-D剖视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图12说明本实施方式，本实施方式的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法是这样实现的：采用粘弹塑性软模成形方法，步骤一、根据所述非对称变径薄壁零件9的结构特点，对成形模具10中的芯模3进行结构设计：在高度为H₃、水平截面内的夹角为α的区域内的芯模3的侧壁上加工多个加载注入孔3-1，所述每个加载注入孔3-1的孔径D为8mm～15mm，所述高度H₃和夹角α分别是：

H₃＝H₁-(8～12)mm                 (1)

其中：H₁为非对称变径薄壁零件9的成形高度，mm；

α＝θ-(8°～12°)                 (2)

其中：θ为非对称变径薄壁零件9变径区域的水平夹角；

步骤二、制作非封闭筒坯：由板坯料沿宽度方向卷制而成非封闭筒坯7，板坯料的高度H₂＝H₀+(15～20)mm，H₀为非对称变径薄壁零件9的总高度，mm；板坯料的宽度L＝2πRf(θ，H₁，M)，R为非对称变径薄壁零件9的非变形端的半径，mm；M为非对称变径薄壁零件9的成形深度，mm；其中：搭边工艺余量系数f(θ，H₁，M)是θ，H₁，M的增函数，其取值范围为1.034～1.25；步骤三、成形：将非封闭筒坯7置于成形模具10的芯模3与分瓣外模1之间，将非封闭一侧正对于分瓣外模1的型腔1-1的反侧，推动柱塞6将粘弹塑性软模2注入芯模3的内腔中，粘弹塑性软模2经过芯模3的加载注入孔3-1作用于非封闭筒坯7并使之变形，直至非封闭筒坯7的侧壁贴合在分瓣外模1的型腔1-1的内壁上；步骤四、打开成形模具10，取出非对称变径薄壁零件9，最后得到成品件。

具体实施方式二：本实施方式的步骤二中的板坯料为不锈钢、钛合金、镍基高温合金或铁基高温合金。由上述所述材料制成的非对称变径薄壁零件完全可满足汽车、航空及航天等领域需要。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施二的不同点是：本实施方式的不锈钢的牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti。由上述所述材料制成的非对称变径薄壁零件完全可满足汽车、航空及航天等领域需要。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施二的不同点是：本实施方式的镍基高温合金的牌号为GH3044、GH4169或GH99，所述铁基高温合金的牌号为GH161或GH13。由上述所述材料制成的非对称变径薄壁零件9完全可满足汽车、航空及航天等领域需要。

具体实施方式五：本实施方式的步骤二中的板坯料的板厚为0.2mm～1.0mm。可满足汽车、航空及航天等领域需要。其它方法步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：本实施方式的板坯料的板厚为0.2mm。适合要求非对称变径薄壁零件9的结构重量轻、强度要求较高的场合。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：本实施方式的板坯料的板厚为0.4mm。适合要求非对称变径薄壁零件9的结构重量轻、强度要求高的场合。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：本实施方式的板坯料的板厚为0.5mm。适合要求非对称变径薄壁零件9的结构重量较轻、强度要求很高的场合。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：本实施方式的板坯料的板厚为1.0mm。适合要求非对称变径薄壁零件9的结构重量较重、强度要求非常高的场合。

具体实施方式十：本实施方式的步骤三中的粘弹塑性软模2为分子量在400,000g/mol～600,000g/mol之间、粘度在10,000Pa.s～16,000Pa.s之间的高分子聚合物材料，并且其物态为半固态。采用高分子聚合物材料，具有高压下流动性好，成形压力场的可控性好及在高压下容易密封等优点。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：本实施方式的高分子聚合物材料为甲基乙烯基硅橡胶。采用甲基乙烯基硅橡胶，具有高压下流动性好，成形压力场的可控性好及在高压下容易密封的优点。

具体实施方式十二：本实施方式的步骤三中的成形压力不大于70MPa。在此压力作用下，利于粘弹塑性软模2的密封和流动以及筒坯7的成形。其它方法步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式十三：结合图3～图12说明本实施方式，本实施方式在具体实施方式一中所使用的成形模具10由分瓣外模1、芯模3、两个O型密封圈4、粘弹塑性软模注入缸5、柱塞6和套筒8组成；所述芯模3设置在分瓣外模1内，所述分瓣外模1设置在套筒8内，芯模3在高度为H₃、水平截面内夹角为α的区域内的侧壁上加工多个加载注入孔3-1，所述每个加载注入孔3-1的孔径D为8mm～15mm，分瓣外模1内设置有型腔1-1，所述型腔1-1与多个加载注入孔3-1所在的区域相对应，芯模3和分瓣外模1均设置在粘弹塑性软模注入缸5的上端面上，所述粘弹塑性软模注入缸5的上端面的外边缘处设置有环形台阶，套筒8的下端面设置在粘弹塑性软模注入缸5的环形台阶上，粘弹塑性软模注入缸5的中心孔内装有柱塞6，粘弹塑性软模注入缸5的中心孔的孔径小于芯模3的内腔直径，芯模3的上端外壁上和下端外壁上各装有一个O型密封圈4，芯模3的高度H3和芯模3水平截面内夹角α分别是：

H₃＝H₁-(8～12)mm            (1)

其中：H₁为非对称变径薄壁零件9的成形高度，mm；

α＝θ-(8°～12°)           (2)

其中：θ为非对称变径薄壁零件9变径区域的水平夹角。

Claims (8)

1、一种非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述方法是这样实现的：采用粘弹塑性软模成形方法，步骤一、根据所述非对称变径薄壁零件(9)的结构特点，对成形模具(10)中的芯模(3)进行结构设计：在高度为H₃、水平截面内夹角为α的区域内的芯模(3)的侧壁上加工多个加载注入孔(3-1)，所述每个加载注入孔(3-1)的孔径D为8mm～15mm，所述高度H₃和夹角α分别是：

H₃＝H₁-(8～12)mm        (1)

其中：H₁为非对称变径薄壁零件9的成形高度，mm；

α＝θ-(8°～12°)          (2)

其中：θ为非对称变径薄壁零件9变径区域的水平夹角；

步骤二、制作非封闭筒坯：由板坯料沿宽度方向卷制而成非封闭筒坯(7)，板坯料的高度H₂＝H₀+(15～20)mm，H₀为非对称变径薄壁零件(9)的总高度，mm；板坯料的宽度L＝2πRf(θ，H₁，M)，R为非对称变径薄壁零件(9)的非变形端的半径，mm；M为非对称变径薄壁零件(9)的成形深度，mm；其中：搭边工艺余量系数f(θ，H₁，M)是θ，H₁，M的增函数，其取值范围为1.034～1.25；步骤三、成形：将非封闭筒坯(7)置于成形模具(10)的芯模(3)与分瓣外模(1)之间，将非封闭一侧正对于分瓣外模(1)的型腔(1-1)的反侧，推动柱塞(6)将粘弹塑性软模(2)注入芯模(3)的内腔中，粘弹塑性软模(2)经过芯模(3)的加载注入孔(3-1)作用于非封闭筒坯(7)并使之变形，直至非封闭筒坯(7)的侧壁贴合在分瓣外模(1)的型腔(1-1)的内壁上。

2、根据权利要求1所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述步骤二中的板坯料为不锈钢、钛合金、镍基高温合金或铁基高温合金。

3、根据权利要求2所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述不锈钢的牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti。

4、根据权利要求2所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述镍基高温合金的牌号为GH3044、GH4169或GH99，所述铁基高温合金的牌号为GH161或GH13。

5、根据权利要求1或2所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述步骤二中的板坯料的板厚为0.2mm～1.0mm。

6、根据权利要求1所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述步骤三中的粘弹塑性软模(2)为分子量在400,000g/mol～600，000g/mol之间、粘度在10,000Pa.s～16,000Pa.s之间的高分子聚合物材料，并且其物态为半固态。

7、根据权利要求6所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述高分子聚合物材料为甲基乙烯基硅橡胶。

8、据权利要求1所述的非对称变径薄壁零件环向流动成形方法，其特征在于：所述步骤三中的成形压力不大于70MPa。

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