CN102049442A - 一种发动机中用密封环成型方法及模具装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机中用密封环成型模具装置,该装置包括初始成形模具和最终成形模具:其中,初始成形模具,具体包括:压板、第一上模、第一下模、支撑弹簧、挡油壳、底座、内模柱、密封端盖、导油管转接头等;最终成形模具,具体包括:压板、第二上模、上锁紧套环、下锁紧套环、第二下模、挡油壳、中间模型、底座、内模柱、密封端盖等。发动机中用密封环成型方法,其具体分为初始成形和最终成形两个步骤。

Description

一种发动机中用密封环成型方法及模具装置技术领域
[0001] 本发明涉及一种发动机中用密封环成型方法及模具装置,尤其是指一种航空发动 机中采用的Ω环的成型方法及模具装置,适用于复杂截面环密封环的生产工艺。背景技术
[0002] 复杂微小Ω环主要应用于航空发动机的密封,该零件具有材料强度高、截面形状 复杂、特征尺寸小和相对尺寸大等显著特点,利用传统的加工方法很难实现。目前,国内还 没有生产能力,主要依赖从国外进口,每件的价格上万美元,相当昂贵。因此,研究一套适合 此类零件的制造工艺势在必行。
[0003] 零件的基本外形尺寸如图1所示:其中一种典型零件是以图1(b)所示的剖面为母 轮廓的一个环形件,因其剖面形状与英文字母“ Ω ”相似,因此本文将该零件统一称作“ Ω 环”。整体来说,Ω环具有较小特征尺寸(如该零件最小半径为0. 7mm)和较大的相对尺寸 (如该零件外径与最大高度之比D/H = 134),截面形状复杂,壁厚超薄(如该零件0. 25mm) 等典型特征,并且唇口内凹,精度要求高,为该类零件的成形增加了难度。
[0004] Ω环的材料采用的是高温合金GH738(美国对应牌号为WASPAL0Y),作为一种耐 高温、耐腐蚀的高强度合金被广泛用于制造各类涡轮发动机,烟气轮机,高压压气机的涡轮 盘、叶片、轴等部件,是现代发动机生产中用量最大的合金之一。
[0005] 综上,Ω环具有直径尺寸大、截面尺寸小、形状复杂、壁厚超薄等显著特点;从材 料方面看,材料的强度较高,不易成形。因此该零件的成形具有相当大的难度,采用传统的 加工方法很难成形。
[0006] 充液成形作为一种先进的板材柔性成形技术,适合材料强度高、形状复杂零件的 成形,而且具有成形质量好、精度高、回弹小等优点。本发明基于Ω环几何外形及材料方面 的基本特征以及充液成形技术的主要优点,设计出一套充液成形模具装置作为Ω环成形 的基本工艺方法。发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种发动机中用密封环成型方法及模具装置,以解决现有 技术中的问题。
[0008] 本发明一种发动机中用密封环成型模具装置,包括初始成形模具和最终成形模 具,
[0009] 其中,初始成形模具,具体包括:
[0010] 一压板,为内有圆孔的圆盘,与第一上模固定;
[0011] 一第一上模,为一圆环,圆环下端面上开有弹簧槽,且在靠近下端面有一圈飞边。
[0012] 一第一下模,外形与第一上模相似,为一圆环,圆环上端面上开有弹簧槽,且靠近 上端面有一圈飞边,通过螺栓与所述的第一上模相连;
[0013] 支撑弹簧,固定在第一上模和第一下模相应的弹簧槽内,[0014] 一挡油壳,安装在底座外圈上,并通过一橡胶垫圈密封,防止液压介质泄露;
[0015] 一底座,为一圆盘,设置有三个台阶面;
[0016] 一内模柱,为一中空的圆柱体,该内模柱内表面上沿径向开有安装导油管转接头 的第一油孔,内模柱外表面上沿径向开有第二油孔,该第二油孔与第一油孔相通,且两油孔 轴线沿内模柱轴线方向平行偏置;内模柱设置于压板、第一上模、第一下模及底座围成的空 间内,其外表面的上下两端通过0型密封圈及密封端盖与第一上模、第一下模实现密封;
[0017] 一导油管转接头,通过内模柱内表面开有的螺纹孔安装在内模柱上,用于连接一 增加缸;
[0018] 其中,最终成形模具,具体包括:
[0019] 一压板,与初始成形时的压板相同;
[0020] 一第二上模,为一截面为倒L形带飞边的圆盘;
[0021] 一上锁紧套环,为具有阶梯的圆环,上端面开有用于安装弹簧的圆柱孔;上锁紧套 环设置于第二上模外围,并通过撑弹簧与该第二上模连接;锁紧套环上沿轴向开有螺纹通 孔,通过螺栓与下锁紧套环紧固。
[0022] 一下锁紧套环,为一圆环,圆环截面为L形,下端面开有用于安装弹簧的圆柱孔; 下锁紧套环设置于第二下模外围,并通过撑弹簧与底座连接定位其轴向位置;上表面上开 有螺纹孔,通过螺栓与上锁紧套环固定。
[0023] 一第二下模,外形为一圆柱体,其内表面与内模柱的外表面配合形成液室;
[0024] 一中间模型,为一圆环,且圆环内表面上有圈一突起的成形工作部位;中间模型设 置于所述的第二上模与第二下模中间。
[0025] 其中,所述的成形工作部位,其剖面为竖“W”形。
[0026] 一挡油壳,与初始成形的挡油壳相同;通过螺栓及螺钉安装在底座外圈上,并通过 一橡胶垫圈密封,防止液压介质泄露;
[0027] —底座,与初始成形时的底座相同;其三个台阶面,分别用于定位下锁紧套环、下 模及内模柱。
[0028] 一内模柱,与初始成形模具内模柱结构相同;设置于压板、第二上模、中间模型、第 二下模及底座围成的空间内,其外表面的上下两端通过0型密封圈及密封端盖与上模、下 模实现密封。
[0029] 一密封端盖,与初始成形模具的密封端盖相同。
[0030] 一导油管转接头,与初始成形模具的导油管转接头相同;通过内模柱内表面开有 的螺纹孔安装在内模柱上,用于连接一增加缸。
[0031] 本发明一种发动机中用密封环成型方法,其具体步骤如下:
[0032] 一般需要初始成形和最终成形两个步骤:
[0033] 初始成形:将底座安装于550吨双动液压机上,内模柱通过底座上的台阶面固定 在底座上,第一上模、第一下模通过螺栓及弹簧保持其轴向距离定位在底座的第二台阶面 上。密封端盖通过螺栓安装在内模柱上表面。压板安装于液压机压边圈上,通过一垫板 控制上下模轴向距离。成形时,通过液压机的压边圈保持上下模间隙为3. 7-4mm,加压至 6-15MI^合模。增压器通过内模柱的导油管转接头上安装的导油管向内模柱外表面与上下 模形成的液室内冲入120MI^压力介质,并保压2-3秒,随后泄压,将坯料从内模柱外表面上取下。
[0034] 最终成形:将初始成形的第一上模、第一下模卸掉,安装最终成型的第二下模在底 座第二台阶面上,上、下锁紧套环通过螺栓固定后,通过下锁紧套环内表面与第二下模外表 面配合安装在底座上,并通过支撑弹簧保证其轴向定位。上、下锁紧套环螺纹紧固前需将中 间型模安装在两者形成的凹形槽内。随后通过第二上模内表面与内模柱及密封端盖的外表 面的配合关系安装第二上模,第二上模通过上锁紧套环上的弹簧轴向定位。工作时,将初始 成形后的坯料装于内模柱与第二上、下模及中间型模形成的液室内,通过液压机的压边圈 保持上下模间隙为10-12mm,加压至1. 2-2. 合模。增压器通过内模柱的导油管转接头 上安装的导油管向内模柱外表面与上下模形成的液室内冲入120MI^压力介质,并保压2-3 秒,随后泄压,成形工艺即完成。
[0035] 本发明一种发动机中用密封环成型方法及模具装置,其优点及功效在于:
[0036] (1)提高成形极限,减少工件的成形次数和退火次数。
[0037] (2)成形的零件不仅回弹量小、残余应力低,而且表面质量和尺寸精度也得到提高。
[0038] (3)模具结构简单,仅仅需要一个凸模,加工精度要求较低,通用性好(不同材质、 不同厚度的坯料可用同一套模具),配套数量少。非常适合于现代小批量、多品种的柔性加 工的要求。
[0039] (4)可以成形一些难成形的材料,如镁合金、铝合金、钛合金、不锈钢、高温合金以 及复杂结构拼焊板等。
[0040] (5)适合成形形状复杂的零件,甚至可以制造传统工艺方法无法成形的零件。
[0041] 本发明针对具有微小特征尺寸的复杂薄壁环形零件提出了轴向进给与充液胀形 相结合多步充液成形的工艺方法,降低了成形缺陷出现的可能,提高了成形件精度,特别适 用于外形复杂、难成形材料和微笑特征尺寸零件。附图说明
图1所示为初始成型模具的结构剖面图 图2所示为压板结构剖面示意图 图3所示为压板的三维结构示意图 图4所示为初始成型第一上模结构剖面图 图5所示为图4的局部放大图 图6所示为初始成型第一上模三维结构示意图 图7所示为初始成型第一下模结构剖面图 图8所示为图7的局部放大图 图9所示为初始成型第一下模三维结构示意图 图10所示为底座结构剖面示意图 图11所示为底座三维结构示意图 图12所示为内模柱接结结构剖面示意图 图13所示为图12的局部放大图 图14所示为内模柱三维结构示意图[0056] 图15所示为密封端盖三维结构示意图
[0057] 图16所示为最终成型模具的结构剖面图
[0058] 图17所示为最终成型第二上模结构剖面图
[0059] 图18所示为图17的局部放大图
[0060] 图19所示为最终成型第二上模三维结构示意图
[0061] 图20所示为最终成型上锁紧套环结构剖面示意图
[0062] 图21所示为图20的局部放大图
[0063] 图22所示为最终成型上锁紧套环三维结构示意图
[0064] 图23所示为最终成型下锁紧套环结构剖面示意图
[0065] 图M所示为图23的局部放大图
[0066] 图25所示为最终成型下锁紧套环三维结构示意图
[0067] 图沈所示为最终成型下模结构剖面示意图
[0068] 图27所示为图沈的局部放大图
[0069] 图28所示为最终成型下模三维结构示意图
[0070] 图四所示为最终成型中间型模结构剖面示意图
[0071] 图30所示为最终成型中间型模三维结构示意图
[0072] 图31(a) (b)所示为Ω环外形基本特征(a)为俯视图(b)剖视图
[0073] 图32(a) (b) (c) (d)所示为Ω环成形工艺基本原理示意图
[0074] 图中具体标号如下:
[0075] 1、压板 2、第一上模 3、第一下模 4、支撑弹簧
[0076] 5、挡油壳 6、内模柱 61、第一油孔 62、第二油孔
[0077] 7、密封端盖 8、导油管转接头9、密封圈 10、底座
[0078] 11、第二上模12、第二下模 13、上锁紧套环14、下锁紧套环
[0079] 15、中间模型具体实施方式
[0080] 下面结合附图,对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0081] 一种发动机中用密封环成型模具装置,包括初始成形模具和最终成形模具,
[0082] 其中,初始成形模具,如图1所示,具体包括:
[0083] 一压板1(如图2、3),为内有圆孔的圆盘,通过六个螺栓与第一上模固定。
[0084] 一第一上模2(如图4、5、6),为一圆环,圆环下端面上开有安装弹簧的四个弹簧 槽,且在靠近下端面有一圈飞边,飞边上开有4个直径16mm孔。
[0085] 一第一下模3 (如图7、8、9),外形与第一上模相似,为一圆环,圆环上端面上开有 安装弹簧的四个弹簧槽,且靠近上端面有一圈飞边,通过螺栓与所述的第一上模相连,并通 过安装在四个弹簧槽内的弹簧保持轴向距离。
[0086] 支撑弹簧4,固定在第一上模和第一下模相应的弹簧槽内,
[0087] 一挡油壳5,通过螺栓及螺钉安装在底座外圈上,并通过一橡胶垫圈密封,防止液 压介质泄露;
[0088] 一底座10(如图10、11),为一圆盘,设置有三个台阶面;[0089] 一内模柱6 (如图12、13、14),为一中空的圆柱体,圆柱体外表面与坯料接触,该内 模柱内表面上沿径向开有安装导油管转接头的第一油孔61,内模柱外表面上沿径向开有第 二油孔62,该第二油孔与第一油孔相通,且两油孔轴线沿内模柱轴线方向平行偏置,压力油 通过油孔充至内膜柱的外表面,从而压在坯料上令其变形。内模柱设置于压板、第一上模、 第一下模及底座围成的空间内,其外表面的上下两端通过0型密封圈9及密封端盖与上模、 下模实现密封。
[0090] 密封端盖7(如图15),其结构为一圆环,上端面沿轴向开有均布的12个沉头螺纹 孔,通过螺栓与内模柱固联。
[0091] 一导油管转接头8,通过内模柱内表面开有的螺纹孔安装在内模柱上,用于连接一 增加缸;
[0092] 其中,最终成形模具,如图16所示,具体包括:
[0093] 一压板1,与初始成形时的压板相同;
[0094] 一第二上模11,为一截面为倒L形带飞边的圆盘。飞边的作用是通过弹簧定位锁 紧套环的位置。(如图17、18、19)
[0095] 一上锁紧套环13 (如图20、21、22),为具有阶梯的圆环,上端面开有均布的用于安 装弹簧的四个圆柱孔。设置于第二上模外围,并通过一支撑弹簧与该第二上模连接;锁紧套 环上沿轴向开有均布的6个螺纹通孔,通过螺栓与下锁紧套环紧固。
[0096] 一下锁紧套环14 (如图23、24、25),为一圆环,圆环截面为L形,下端面开有均布的 用于安装弹簧的四个圆柱孔,设置于第二下模外围,并通过一支撑弹簧与底座连接定位其 轴向位置;上表面上开有均布的6个螺纹孔,通过螺栓与上锁紧套环固定。
[0097] 一第二下模12(如图沈、27、观),外形为一圆柱体,其内表面与内模柱的外表面配 合形成液室;第二下模的外表面用于定位下锁紧套环。
[0098] 一中间模型15(如图29、30),为一圆环,且圆环内表面上有圈一突起的成形工作 部位;中间模型设置于所述的第二上模与第二下模中间。
[0099] 其中,所述的成形工作部位,其剖面为竖“W”形。
[0100] 一挡油壳5,与初始成形的挡油壳相同;通过螺栓及螺钉安装在底座外圈上,并通 过一橡胶垫圈密封,防止液压介质泄露;
[0101] 一底座10,与初始成形时的底座相同;其三个台阶面,分别用于定位下锁紧套环、 下模及内模柱。
[0102] 一内模柱6,与初始成形模具内模柱结构相同;设置于压板、第二上模、中间模型、 第二下模及底座围成的空间内,其外表面的上下两端通过0型密封圈9及密封端盖与上模、 下模实现密封。
[0103] 一密封端盖7,与初始成形模具的密封端盖相同。
[0104] 一导油管转接头8,与初始成形模具的导油管转接头相同;通过内模柱内表面开 有的螺纹孔安装在内模柱上,用于连接一增加缸。
[0105] 本发明一种发动机中用密封环成型方法,其具体步骤如下:
[0106] 一般需要初始成形和最终成形两个步骤。
[0107] 初始成形:将底座10安装于550吨双动液压机上,内模柱6通过底座上的台阶面 固定在底座上,第一上模2、第一下模3通过螺栓及弹簧保持其轴向距离定位在底座的第二台阶面上。密封端盖7通过螺栓安装在内模柱上表面。压板1安装于液压机压边圈上,通 过一垫板控制上下模轴向距离。成形时,通过液压机的压边圈保持上下模间隙为3. 7-4mm, 加压至6-15MI^合模。增压器通过内模柱的导油管转接头上安装的导油管向内模柱外表面 与上下模形成的液室内冲入120MI^压力介质,并保压2-3秒,随后泄压,将坯料从内模柱外 表面上取下。
[0108] 最终成形:将初始成形的第一上模、第一下模卸掉,安装最终成型的第二下模12 在底座10第二台阶面上,上、下锁紧套环13、14通过螺栓固定后,通过下锁紧套环14内表 面与第二下模外表面配合安装在底座10上,并通过支撑弹簧保证其轴向定位。上、下锁 紧套环螺纹紧固前需将中间型模15安装在两者形成的凹形槽内。随后通过第二上模11 内表面与内模柱6及密封端盖7的外表面的配合关系安装第二上模11,第二上模11通过 上锁紧套环13上的弹簧轴向定位。工作时,将初始成形后的坯料装于内模柱与第二上、 下模及中间型模形成的液室内,通过液压机的压边圈保持上下模间隙为10-12mm,加压至 1. 2-2. 2Mb合模。增压器通过内模柱的导油管转接头上安装的导油管向内模柱外表面与上 下模形成的液室内冲入120MPa压力介质,并保压2-3秒,随后泄压,成形工艺即完成。

Claims (3)

1. 一种发动机中用密封环成型模具装置,其特征在于:该装置包括初始成形模具和最 终成形模具:其中,初始成形模具,具体包括:一压板,为内有圆孔的圆盘,与第一上模固定;一第一上模,为一圆环,圆环下端面上开有弹簧槽,且在靠近下端面有一圈飞边。 一第一下模,外形与第一上模相似,为一圆环,圆环上端面上开有弹簧槽,且靠近上端 面有一圈飞边,通过螺栓与所述的第一上模相连;支撑弹簧,固定在第一上模和第一下模相应的弹簧槽内,一挡油壳,安装在底座外圈上,并通过一橡胶垫圈密封,防止液压介质泄露;一底座,为一圆盘,设置有三个台阶面;一内模柱,为一中空的圆柱体,该内模柱内表面上沿径向开有安装导油管转接头的第 一油孔,内模柱外表面上沿径向开有第二油孔,该第二油孔与第一油孔相通,且两油孔轴线 沿内模柱轴线方向平行偏置;内模柱设置于压板、第一上模、第一下模及底座围成的空间 内,其外表面的上下两端通过0型密封圈及密封端盖与第一上模、第一下模实现密封; 密封端盖,其结构为一圆环,与内模柱固联;一导油管转接头,通过内模柱内表面开有的螺纹孔安装在内模柱上,用于连接一增加缸;其中,最终成形模具,具体包括:一压板,与初始成形时的压板相同;一第二上模,为一截面为倒L形带飞边的圆盘;一上锁紧套环,为具有阶梯的圆环,上端面开有用于安装弹簧的圆柱孔;上锁紧套环设 置于第二上模外围,并通过撑弹簧与该第二上模连接;锁紧套环上沿轴向开有螺纹通孔,通 过螺栓与下锁紧套环紧固。一下锁紧套环,为一圆环,圆环截面为L形,下端面开有用于安装弹簧的圆柱孔;下锁 紧套环设置于第二下模外围,并通过撑弹簧与底座连接定位其轴向位置;上表面上开有螺 纹孔,通过螺栓与上锁紧套环固定。一第二下模,外形为一圆柱体,其内表面与内模柱的外表面配合形成液室; 一中间模型,为一圆环,且圆环内表面上有圈一突起的成形工作部位;中间模型设置于 所述的第二上模与第二下模中间。一挡油壳,与初始成形的挡油壳相同;通过螺栓及螺钉安装在底座外圈上,并通过一橡 胶垫圈密封;一底座,与初始成形时的底座相同;其三个台阶面,分别用于定位下锁紧套环、下模及 内模柱。一内模柱,与初始成形模具内模柱结构相同;设置于压板、第二上模、中间模型、第二下 模及底座围成的空间内,其外表面的上下两端通过0型密封圈及密封端盖与上模、下模实 现密封;一密封端盖,与初始成形模具的密封端盖相同;一导油管转接头,与初始成形模具的导油管转接头相同;通过内模柱内表面开有的螺 纹孔安装在内模柱上,用于连接一增加缸。
2.根据权利要求1所述的一种发动机中用密封环成型模具装置,其特征在于:所述的 成形工作部位,其剖面为竖“W”形。
3. 一种发动机中用密封环成型方法,其具体步骤如下: 具体分为初始成形和最终成形两个步骤:初始成形:将底座安装于双动液压机上,内模柱通过底座上的台阶面固定在底座上,第 一上模、第一下模通过螺栓及弹簧保持其轴向距离定位在底座的第二台阶面上。密封端盖 通过螺栓安装在内模柱上表面;压板安装于液压机压边圈上,通过一垫板控制上下模轴向 距离;成形时,通过液压机的压边圈保持上下模间隙为3. 7-4mm,加压至6-15MI^合模;增压 器通过内模柱的导油管转接头上安装的导油管向内模柱外表面与上下模形成的液室内冲 入120MPa压力介质,并保压2-3秒,随后泄压,将坯料从内模柱外表面上取下;最终成形:将初始成形的第一上模、第一下模卸掉,安装最终成型的第二下模在底座第 二台阶面上,上、下锁紧套环通过螺栓固定后,通过下锁紧套环内表面与第二下模外表面配 合安装在底座上,并通过支撑弹簧保证其轴向定位。上、下锁紧套环螺纹紧固前需将中间型 模安装在两者形成的凹形槽内;随后通过第二上模内表面与内模柱及密封端盖的外表面的 配合关系安装第二上模,第二上模通过上锁紧套环上的弹簧轴向定位;工作时,将初始成形 后的坯料装于内模柱与第二上、下模及中间型模形成的液室内,通过液压机的压边圈保持 上下模间隙为10-12mm,加压至1. 2-2. 合模;增压器通过内模柱的导油管转接头上安 装的导油管向内模柱外表面与上下模形成的液室内冲入120MI^压力介质,并保压2-3秒, 随后泄压,成形工艺即完成。
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