CN102962308B - 一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，它涉及一种内高压整形方法。本发明为了解决现有的内高压成形技术制造的零件存在着大截面差空心构件，无法采用以管材为坯料的内高压成形技术制造的问题。本发明内高压整形的具体方法为：步骤一、下料，步骤二、制坯，步骤三、组装焊接，步骤四、模具合模，步骤五、向模具内打压，步骤六、模具内高压成形，步骤七、内高压成形后取件，步骤八、切割成形零件。本发明在模具内采用内高压成形焊接的壳体或管类零件，与无模液压成形技术相比，其最大的优点在于采用模具来保证成形零件的形状和精度，极大的扩大了成形零件的范围，提高了成形零件的精度。本发明用于薄壁焊接壳体的整形。

Description

一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法

技术领域

本发明涉及一种内高压整形方法，具体涉及一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法。

背景技术

针对航空航天中应用的薄壁焊接壳体或大截面差空心构件，例如飞机的进气道、油箱、舱体等产品，一般采用先成形后焊接的工艺。其基本工序为：(1)下料；(2)模压成形；(3)精确成形；(4)组装焊接。由于采用先成形后焊接的方式，容易在焊接的过程中出现起皱等焊接变形缺陷，而且在焊后不容易消除。如何准确成形薄壁焊接壳体、大截面差类空心构件，既要避免因焊接过程中出现的起皱缺陷，又要有效的保证成形零件的精度，是该类零件成形面临的主要难题。以往的成形方法一般采用精确成形各部件，后焊接成整体，最后通过机械矫形的方式保证零件的成形精度。但有些构件，例如一些封闭类壳体或者轴向为曲线的封闭截面构件，矫形的凹模很难伸到构件的截面内部，无法采用机械矫形的方法，成形精度很难保证。

针对大型壳体焊接变形这一问题，王仲仁教授提出无模液压成形技术来成形圆球、椭球和环壳等类零件，其基本思想是先焊接后成形的方法，其基本工序为:(1)下料；(2)制坯；(3)组装焊接；(4)液压成形。无模液压成形技术和传统的球形容器制造工艺相比，采用先焊接后成形的工艺，消除了焊接过程中出现的起皱等变形缺陷，而且成形过程中外侧无模具，适合于现场制作。由于外侧没有模具限制，成形零件的形状具有较大的局限性。

另外，内高压成形技术是在轻量化背景下发展出来的一种制造复杂空心变截面构件的先进技术，逐步在航空、航天和汽车领域的钣金成形方面获得了越来越广泛的应用，既提高了成形零件的强度和刚度，又节约了材料、实现减重。专利号为200510009657.5，申请日为2005年1月21日，名称为“一种能降低成形压力的管状零件内高压成形方法”的专利文献中，公开了一种以管材作坯料，通过管材内部施加高压液体和轴向补料把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。由于内高压成形是以管坯作为坯料，受原始坯料截面周长的限制，因此采用内高压成形的零件形状具有一定的局限性，无法适用于薄壁焊接后的壳体，而且存在无法消除薄壁壳体因焊接而产生的起皱缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的内高压成形零件形状具有一定的局限性，无法适用于薄壁焊接后的壳体，而且存在无法消除薄壁壳体因焊接而产生的起皱缺陷的问题，进而提供一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法。

本发明的技术方案是：一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其具体方法为：

步骤一、下料，

按照设计所需的尺寸，切割多件合适长度的薄壁壳体，所述薄壁壳体为薄壁板材或薄壁管材；

步骤二、制坯，

将切割后的多件板材或管材利用滚压或冲压的成形工艺，分别制造成待整形壳体坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形壳体坯料或者待整形管件坯料的型面形状接近于最终成形零件的局部形状；

步骤三、组装焊接，

采用焊接工艺将步骤二中所制成的每一件待整形壳体坯料或者待整形管件坯料焊接成一个完整的待整形壳体或者待整形管件；

步骤四、模具合模，施加初始合模力

上模具合模前，在下模具内放入步骤三中的待整形壳体或者待整形管件，上模具上端的液压装置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力数值为500kN～5000kN，初始合模力是根据成形零件大小和模具的许用强度确定的，合模时间为1min-5min；

步骤五、向壳体内充填液体介质，

合模完成后，在待整形壳体或者待整形管件的两端分别设有一个密封装置，在其中一个密封装置上设有与待整形壳体或者待整形管件相连通的液体介质输入管路，经由液体介质输入管路向待整形壳体或者待整形管件内充入液体介质；

步骤六、内高压成形，

当液体介质充满待整形壳体或者待整形管件时，利用液压设备对上模具向下施加所需的最终合模力，最终合模力是根据零件在水平面上的投影面积和最终所施加的液体压力的乘积，计算得到合模力的理论值，再乘以一定的安全系数，安全系数取1.2～1.5倍，利用增压装置提高壳体内的液体压力到零件所需的成形压力，零件所需的成形压力为10～400MPa，压力数值是根据所成形零件上的最小圆角、壁厚和坯料材料确定的，在液体压力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材内部建立10～400Mpa的均布内压，待整形壳体或者待整形管件发生变形，与模具型腔贴合成形；

步骤七、内高压成形后取件，

内高压成形结束后，液体介质卸压至0Mpa，退出密封系统，液压设备合模力卸压至0kN，打开模具，取出所成形的壳体或者管件，

步骤八、切割成形零件，

通过切割机切割内高压成形件的工艺过渡段，得到最终所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接壳体的内高压整形。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明在模具内采用内高压成形焊接的薄壁壳体或薄壁管类零件，与无模液压成形技术相比，其最大的优点在于采用模具来保证成形零件的形状和精度，极大的扩大了成形零件的范围，提高了成形零件的精度。2.本发明和内高压成形技术相比，其最大的优点在于采用焊接的薄壁封闭壳体或薄壁焊接的管类零件代替管件，有效的改善了零件的工艺性和扩大了成形零件的适用范围。3.本发明利用内高压成形高压液体的整形作用，使已经焊接成壳体的复杂薄壁壳体在内高压成形模具高压整形，消除薄壁壳体因焊接而产生的起皱缺陷，同时使薄壁壳体发生变形和模具贴合达到所需的精度要求。4.本发明既适用于航空航天薄壁钣金构件，同时又适用于采用管材难以整体成形的大截面差空心构件，尤其适用于钛合金、高温合金等焊接变形难以控制，回弹量大的材料。5.本发明解决了复杂薄壁壳体焊接后变形、精度难以控制的问题，6.本发明具有焊接变形小、尺寸精度高，壁厚均匀性易控制的特点。7.本发明对因焊接造成的变形具有很好的矫形功能，而且由于模具的限制作用，减少了高压整形过程中焊缝开裂的趋势。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其具体方法为：

步骤一、下料，

按照设计所需的尺寸，切割多件合适长度的薄壁壳体，所述薄壁壳体为薄壁板材或薄壁管材；

步骤二、制坯，

将切割后的多件板材或管材利用滚压或冲压的成形工艺，分别制造成待整形壳体坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形壳体坯料或者待整形管件坯料的型面形状接近于最终成形零件的局部形状；

步骤三、组装焊接，

采用焊接工艺将步骤二中所制成的每一件待整形壳体坯料或者待整形管件坯料焊接成一个完整的待整形壳体或者待整形管件；

步骤四、模具合模，施加初始合模力

上模具合模前，在下模具内放入步骤三中的待整形壳体或者待整形管件，上模具上端的液压装置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力数值为500kN～5000kN，初始合模力是根据成形零件大小和模具的许用强度确定的，合模时间为1min-5min；

步骤五、向壳体内充填液体介质，

合模完成后，在待整形壳体或者待整形管件的两端分别设有一个密封装置，在其中一个密封装置上设有与待整形壳体或者待整形管件相连通的液体介质输入管路，经由液体介质输入管路向待整形壳体或者待整形管件内充入液体介质；

步骤六、内高压成形，

当液体介质充满待整形壳体或者待整形管件时，利用液压设备对上模具向下施加所需的最终合模力，最终合模力是根据零件在水平面上的投影面积和最终所施加的液体压力的乘积，计算得到合模力的理论值，再乘以一定的安全系数，安全系数取1.2～1.5倍，利用增压装置提高壳体内的液体压力到零件所需的成形压力，零件所需的成形压力为10～400MPa，压力数值是根据所成形零件上的最小圆角、壁厚和坯料材料确定的，在液体压力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材内部建立10～400Mpa的均布内压，待整形壳体或者待整形管件发生变形，与模具型腔贴合成形；

步骤七、内高压成形后取件，

内高压成形结束后，液体介质卸压至0Mpa，退出密封系统，液压设备合模力卸压至0kN，打开模具，取出所成形的壳体或者管件，

步骤八、切割成形零件，

通过切割机切割内高压成形件的工艺过渡段，得到最终所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接壳体的内高压整形。

本实施方式在实现时所需的设备由上模具、下模具、密封装置、合模压力机、高压增压系统、水压系统和计算机处理系统组成，上模具、下模块和密封装置组成一个封闭的型腔。经由补液管，由增压系统向壳体内注入高压液体介质，从而获得作用在壳体内侧的均布压力，压力的数值通过压力传感器采集的计算机系统内。

本实施方式由于模具的限制作用，保证焊缝的变形程度很小，不容易出现开裂等缺陷。

具体实施方式二：本实施方式的步骤三中焊接后的待整形壳体或者待整形管件的壳体为完全封闭的多面体类、球体类壳体、带有一侧端口半封闭壳体、带有两侧端口或多侧端口的管状壳体。如此设置，使用范围广。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式的步骤五中密封装置为油缸驱动的密封装置或端部约束的密封装置。如此设置，有效的保证了各类壳体形成一个封闭的空间，避免液体介质的泄漏。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式的步骤五中液体介质为水、油或乳化液。如此设置，压力均匀，便于打压。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

本发明的上下模块的型腔尺寸以及密封装置的结构形式随着壳体的形状和壁厚的变化而发生相应的变化，但须保证内高压整形后的壳体能够顺利从模具中取出。

本发明中的工艺段选取和设计既可以采用管类过渡的方式,也可以采用型面过渡的方式，保证形成一个具有圆滑过渡的壳体或类管状壳体。

Claims (4)

1.一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其特征在于：内高压整形的具体方法为：

步骤一、下料，

按照设计所需的尺寸，切割多件合适长度的薄壁壳体，所述薄壁壳体为薄壁板材或薄壁管材；

步骤二、制坯，

将切割后的多件板材或管材利用滚压或冲压的成形工艺，分别制造成待整形壳体坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形壳体坯料或者待整形管件坯料的型面形状接近于最终成形零件的局部形状；

步骤三、组装焊接，

采用焊接工艺将步骤二中所制成的每一件待整形壳体坯料或者待整形管件坯料焊接成一个完整的待整形壳体或者待整形管件；

步骤四、模具合模，施加初始合模力

上模具合模前，在下模具内放入步骤三中的待整形壳体或者待整形管件，上模具上端的液压装置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力数值为500kN~5000kN，初始合模力是根据成形零件大小和模具的许用强度确定的，合模时间为1min-5min；

步骤五、向壳体内充填液体介质，

合模完成后，在待整形壳体或者待整形管件的两端分别设有一个密封装置，在其中一个密封装置上设有与待整形壳体或者待整形管件相连通的液体介质输入管路，经由液体介质输入管路向待整形壳体或者待整形管件内充入液体介质；

步骤六、内高压成形，

当液体介质充满待整形壳体或者待整形管件时，利用液压设备对上模具向下施加所需的最终合模力，最终合模力是根据零件在水平面上的投影面积和最终所施加的液体压力的乘积，计算得到合模力的理论值，再乘以一定的安全系数，安全系数取1.2~1.5倍，利用增压装置提高壳体内的液体压力到零件所需的成形压力，零件所需的成形压力为10~400MPa，压力数值是根据所成形零件上的最小圆角、壁厚和坯料材料确定的，在液体压力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材内部建立10~400Mpa的均布内压，待整形壳体或者待整形管件发生变形，与模具型腔贴合成形；

步骤七、内高压成形后取件，

内高压成形结束后，液体介质卸压至0Mpa，退出密封系统，液压设备合模力卸压至0kN，打开模具，取出所成形的壳体或者管件，

步骤八、切割成形零件，

通过切割机切割内高压成形件的工艺过渡段，得到最终所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接壳体的内高压整形。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其特征在于：步骤三中焊接后的待整形壳体或者待整形管件的壳体为完全封闭的多面体类、球体类壳体、带有一侧端口半封闭壳体、带有两侧端口或多侧端口的管状壳体。

3.根据权利要求2所述的一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其特征在于：步骤五中密封装置为油缸驱动的密封装置或端部约束的密封装置。

4.根据权利要求3所述的一种薄壁焊接壳体专用的内高压整形方法，其特征在于：步骤五中液体介质为水、油或乳化液。