CN107309361A - 一种半球体拉深方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种拉深方法，尤其是一种航天航空半球体零件拉深方法，属于航天航空技术领域；该方法包括将半球体加工件置于预高温环境中的拉深模依次进行预拉深和热拉深；本发明的一种半球体拉深方法解决了传统技术报废率高，易拉碎和制造成本高的问题，采用两次拉深与设置在高温环境中能够有效的避免在半球体拉深的过程中被拉碎，采用本发明的拉深方法对附属条件要求更低，容易实现，从而降低生产成本，进一步的提高生产效率，保证产品的质量，实用性更强。

Description

一种半球体拉深方法
技术领域
本发明涉及一种拉深方法，尤其是一种航天航空半球体零件拉深方法，属于航天航空技术领域。
背景技术
钛合金厚壁半球体零件材料为TC4，产品直径为φ406mm，高度为250mm，该产品最终车加工至δ0.5-δ1.6mm的薄壁球面，产品要求壁厚δ8.0mm，壁厚减薄率要求控制在30%，球面形面要求轮廓度偏差不大于0.5mm，直径偏差不大于0.5mm。
TC4材料具有优异的综合性能，具有良好的热加工工艺塑性和超塑性，制备钛合金厚壁半球毛坯常规加工方式为热冲压成形及超塑成形，然而受到加工设备及加工成本的限制。
目前的加工技术常见的为两种：
1、热冲压成形：该成形方法是将TC4-δ8.0板材按零件展开料下料，将毛料在高温炉内进行加热至700-750℃，然后将板材放到悬臂冲床上进行冲压成形，该成形方法特点：模具结构简单，模具成本低（仅需要一个外环及冲头）；材料减薄严重，约50%，冲压材料表面容易出现裂纹，产品报废率高；
2、超塑成形：该成形方法是将毛料放入相变超塑成形装置中，由慢速液压机、产品成形模具和电炉组成，加热温度在950℃，成形速率为0.6-1.0mm/min，该成形方法的特点：材料减薄能控制在10%，球面轮廓度偏差为1mm，直径偏差1mm，虽然该方法不能满足轮廓度和直径的要求，但是通过控制材料减薄，可以补偿该两项的超差；设备升温时间及成形速度产品加工效率非常低，且加工成本非常高昂。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种报废率低，加工成本低，生产效率高，加工质量稳定的半球体拉深方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种半球体拉深方法，包括以下步骤：
a、切割下料，将板材切割下料，制成毛胚料；
b、预拉深，利用预拉深模在高温环境中将制成的毛胚料进行初次拉深，该拉深使毛胚料初步制成柱体，制成半成品；
c、车边，制成的半成品边缘具有法兰边，通过车削加工将半成品的法兰边去除，制成半成品备用；
d、热拉深，将光滑的半成品安装在热拉深模上并放置于高温环境中进行第二次拉深，拉深成形为半球体；
e、车边，将拉深成形的半球体进行车边加工去除二次拉深法兰边。
本发明采用两次拉深能够有效的避免半球体加工件破碎的问题，解决了报废率高的问题，生产成本较低。结合高温的环境能够有效避免半球体加工件在拉深成形过程中出现皱褶的问题，从而提高产品质量，提高生产效率，实用性强，加工工艺易控制。
本发明的一种半球体拉深方法，所述步骤b中，包括：将毛胚料置于预拉深压边圈上，通过预拉深凹模向下移动将制成的毛胚料装配至预拉深凹模和预拉深压边圈之间，继续下压预拉深凹模向下移动，并与预拉深凸模配合，制成半成品。
本发明的一种半球体拉深方法，所述步骤d中，包括：将半成品置于压边圈上，通过具有弧面的凹模向下移动将半成品装配至凹模与压边圈之间，继续下压凹模向下移动，并与具有弧面的凸模配合，制成半球体。
进一步的，还包括将凹模内设置具有活动间隙的打料块，将打料块通过拉杆与凸模连接，拉深成形后，上拉凹模，打料块将拉深成形的半球体脱离凹模进行脱料。
本发明的一种半球体拉深方法所述步骤b和步骤d中，预拉深与热拉深在700℃-750℃的环境中进行拉深成形。该温度范围能够保证TC4材料的可塑性。
本发明的一种半球体拉深方法，所述热拉深模包括用于半球体加工件成形的凸模和凹模，所述凸模包括垫块和与半球体匹配的模芯，该模芯通过螺栓固定设置在垫块上，该凸模和凹模之间还设置有用于安装加工件毛坯料的压边圈，通过上平台带动凹模上下移动实现半球体的拉深成形。
进一步的，所述模芯内设置有由顶部贯穿到底部的排气孔。能够避免半球体在拉深成形时由于存在空气负压影响半球体的质量。
进一步的，所述模芯内设置有第二减重孔。
进一步的，该第二减重孔为4个，均匀同心的分布在模芯内部，该第二减重孔贯穿模芯的底部。
进一步的，排气孔连通模芯顶部与第二减重孔，垫块上开设有用于连通第二减重孔和外界的通孔以使气体排出。
本发明的一种半球体拉深方法，所述凹模包括凹模体和设置在凹模体上方的盖板，该凹模体通过盖板被上平台带动上下移动。
进一步的，所述凹模体上开设有多个均匀分布的减重孔。降低能源消耗。
进一步的，所述凹模体和盖板之间还设置有便于加工件脱料的打料块，该打料块在凹模体和盖板之间可上下移动，打料块上设置有定位轴，盖板上开设有轴孔，定位轴装配于轴孔并可上下移动，打料块上还设置有与凹模体内腔体弧面配合的圆弧面。该设计结构简单，脱料过程中不会损伤半球体。
进一步的，所述凹模还设置有固定于凸模上的支座，支座与打料块还连接有可拆卸的拉杆，该支座通过可拆卸的拉杆与打料块连接。该设计方式模具在拉深成形结束后使整个装置为一体，由于打料块是上下可移动的，在盖板随上平台回程时，半球体在打料块的阻挡作用力下自然脱离凹模，从而能够快速脱料。
进一步的，所述支座上设置有销棒，拉杆的一端部通过螺钉可旋转的连接在打料块上，另一端部设置有与销棒匹配的定位槽。
进一步的，该定位槽呈钩形。
进一步的，所述打料块上下可以移动的间距为10mm-20mm。
本发明的一种半球体拉深方法，所述预拉深模包括预拉深凸模和预拉深凹模，该预拉深凸模和预拉深凹模之间设置有预拉深压边圈，通过预拉深凹模向下移动和预拉深压边圈装配加工件，并带动预拉深压边圈向下移动与预拉深凸模配合进行预拉深。
进一步的，所述预拉深凸模、预拉深凹模和预拉深压边圈上设置有用于吊装的预拉深模吊装孔。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的一种半球体拉深方法解决了传统技术报废率高，易拉碎和制造成本高的问题，采用两次拉深与设置在高温环境中能够有效的避免在半球体拉深的过程中被拉碎，采用本发明的拉深方法对附属条件要求更低，容易实现，从而降低生产成本，进一步的提高生产效率，保证产品的质量，实用性更强。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明热拉深模的结构示意图；
图2是本发明热拉深模A剖面图的结构示意图；
图3是本发明热拉深模模芯的截面示意图；
图4是本发明热拉深模垫块的结构示意图；
图5是本发明预拉深模的结构示意图。
图中标记：1-压边圈、2-凸模、3-凹模、31-凹模体、32-盖板、33-打料块、34-定位轴、35-轴孔、36-支座、37-拉杆、38-销棒、39-第一减重孔、310-定位槽、4-垫块、41-通孔、5-模芯、51-排气孔、52-第二减重孔、6-吊装孔、7-预拉深凸模、71-预拉深垫块、72-预拉深模芯、8-预拉深凹模、9-预拉深压边圈、10-预拉深吊装孔。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种半球体拉深方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、切割下料，将板材切割下料，制成毛胚料；
b、预拉深，利用预拉深模在高温环境中将制成的毛胚料进行初次拉深，该拉深使毛胚料初步制成柱体，制成半成品；
c、车边，制成的半成品边缘具有法兰边，通过车削加工将半成品的法兰边去除，制成半成品备用；
d、热拉深，将光滑的半成品安装在热拉深模上并放置于高温环境中进行第二次拉深，拉深成形为半球体；
e、车边，将拉深成形的半球体进行车边加工去除二次拉深产生的法兰边。
基于上述具体实施方式中，在其中一具体实施方式中，步骤b中，包括：将毛胚料置于预拉深压边圈上，通过预拉深凹模向下移动将制成的毛胚料装配至预拉深凹模和预拉深压边圈之间，继续下压预拉深凹模向下移动，并与预拉深凸模配合，制成半成品。
在拉深成形上相似的，在另一具体实施方式中，步骤d中，包括：将半成品置于压边圈上，通过具有弧面的凹模向下移动将半成品装配至凹模与压边圈之间，继续下压凹模向下移动，并与具有弧面的凸模配合，制成半球体。
具体的，在其中一具体实施方式中，步骤d中，还包括将凹模内设置具有活动间隙的打料块，将打料块通过拉杆与凸模连接，拉深成形后，上拉凹模，打料块将拉深成形的半球体脱离凹模进行脱料。更加具体的，打料块的活动间隙为10mm-20mm。
基于上述具体实施方式的设计原则上，在另一具体实施方式中，步骤b和步骤d中，预拉深与热拉深在700℃-750℃的环境中进行拉深成形。
实施例2
一种半球体拉深方法中所采用的热拉深模，如图1和图2所示，包括用于半球体加工件成形的凸模2和凹模3，凸模2包括垫块4和与半球体匹配的模芯5，该模芯5通过螺栓固定设置在垫块4上，该凸模2和凹模3之间还设置有用于安装加工件毛坯料的压边圈1，通过上平台带动凹模3上下移动实现半球体的拉深成形。
拉深的过程中，毛胚料是覆盖在模芯上，由上平台将凹模下压，从而实现拉深成形，而毛胚料与模芯的初始状态并且完全贴合，为了解决这一问题，如图3所示，在另一具体实施方式中，凸模2设置有由顶部贯穿到底部的排气孔51。
当然，在实际加工过程中，半球体的壁厚属于薄壁类，模芯所需要提供的承载力并不需要过大，基于能耗的设计，在其中一具体实施方式中，模芯5内设置有第二减重孔52。具体的，该第二减重孔52为4个，均匀同心的分布在模芯内部。更加具体的，第二减重孔52贯穿模芯的底部。
如图3及图4所示，在另一具体实施方式中，排气孔51连通模芯顶部与第二减重孔52，垫块4上开设有用于连通第二减重孔52和外界的通孔41以使气体排出。具体的，该排气孔51的轴线与模芯5的轴线重合。
而在凹模的设计上，作为比较具体的，在另一具体实施方式中，凹模3包括凹模体31和设置在凹模体上方的盖板32，该凹模体31通过盖板被上平台带动上下移动。
与模芯的设计理念类似，在其中一具体实施方式中，凹模体31上开设有多个均匀分布的第一减重孔39。具体的，该第一减重孔39在设计上为9个。每两个第一减重孔39之间的间距为40mm。
拉深成形后，半球体与凹模体内腔紧密贴合的，为了方便脱料，在其中一具体实施方式中，凹模体31和盖板32之间还设置有便于加工件脱料的打料块33，该打料块33在凹模体31和盖板32之间可上下移动。利用打料块的上下可以移动，撬动打料块能够使半球体脱离凹模体的内腔。
为了使脱料受力更加均衡，保证半球体的精度，在另一具体实施方式中，打料块33上设置有定位轴34，盖板32上开设有轴孔35，定位轴34装配于轴孔35并可上下移动，打料块33上还设置有与凹模体内腔体弧面配合的圆弧面。
具体的，基于上述的具体实施方式的设计基础上，打料块33与凹模体31装配后，形成的圆弧面与半球体贴合后的间隙不超过0.1mm。
基于上述具体实施方式的设计基础上，在其中一具体实施方式中，凹模3还设置有固定于凸模上的支座36，支座36与打料块33还连接有可拆卸的拉杆37，该支座36通过可拆卸的拉杆37与打料块33连接。具体的，凹模体31和盖板连接，打料块通过定位块延伸至凹模体外，通过定位孔与支座连接。拉深成形后，利用拉杆37使凹模凸模形成一整体，凹模在上平台的作用力下上升，由于打料块与支座连接，在相互作用力下，半球体能够自然脱离凹模体内腔。
结合上述具体的实施方式，支座36设置在垫块4上。在其中一具体实施方式中，作为更加具体的，支座36上设置有销棒38，拉杆37的一端部通过螺钉可旋转的连接在打料块上，另一端部设置有与销棒38匹配的定位槽310。
在便于处理的情况下，定位槽310呈钩形。当然，在另一具体实施方式中，定位槽310也可以设计为定位孔，销棒38通过螺纹与支座连接。
在其中一具体实施方式中，打料块33上下可以移动的间距为10mm-20mm。而在本设计方式中，移动间距的设计采用15mm更佳。
基于上述具体实施方式的设计原则上，在其中一具体实施方式中，凹模与凸模装配后形成的拉深腔体宽度为8.7mm。
为了便于吊装，在另一具体实施方式中，垫块4、盖板32和凹模体31上还开设有吊装孔6。该吊装孔6设置为多个，分别均匀分布在垫块4、盖板32和凹模体31上。
实施例2
一种半球体拉深方法所采用的预拉深模，如图5所示，包括预拉深凸模7和预拉深凹模8，该预拉深凸模7和预拉深凹模8之间设置有预拉深压边圈9，通过预拉深凹模8向下移动和预拉深压边圈9装配加工件，并带动预拉深压边圈9向下移动与预拉深凸模7配合进行预拉深。
作为具体的，在其中一具体实施方式中个，预拉深凸模7包括预拉深垫块71和固定在预拉深垫块上的预拉深模芯72。进一步的，预拉深模芯72通过螺栓固定在预拉深垫块71。更加具体的，预拉深凹模8内开设有上下贯通模体的凹模腔。
在另一具体实施方式中，预拉深凸模7、预拉深凹模8和预拉深压边圈9上设置有用于吊装的预拉深模吊装孔10。
综上所述，本发明的一种半球体拉深方法解决了传统技术报废率高，易拉碎和制造成本高的问题，采用两次拉深与设置在高温环境中能够有效的避免在半球体拉深的过程中被拉碎，采用本发明的拉深方法对附属条件要求更低，容易实现，从而降低生产成本，进一步的提高生产效率，保证产品的质量，实用性更强。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种半球体拉深方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、切割下料，将板材切割下料，制成毛胚料；
b、预拉深，利用预拉深模在高温环境中将制成的毛胚料进行初次拉深，该拉深使毛胚料初步制成柱体，制成半成品；
c、车边，制成的半成品边缘具有法兰边，通过车削加工将半成品的法兰边去除，制成半成品备用；
d、热拉深，将光滑的半成品安装在热拉深模上并放置于高温环境中进行第二次拉深，拉深成形为半球体；
e、车边，将拉深成形的半球体进行车边加工去除二次拉深法兰边。
2.如权利要求1所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述步骤b中，包括：将毛胚料置于预拉深压边圈上，通过预拉深凹模向下移动将制成的毛胚料装配至预拉深凹模和预拉深压边圈之间，继续下压预拉深凹模向下移动，并与预拉深凸模配合，制成半成品。
3.如权利要求1所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述步骤d中，包括：将半成品置于压边圈上，通过具有弧面的凹模向下移动将半成品装配至凹模与压边圈之间，继续下压凹模向下移动，并与具有弧面的凸模配合，制成半球体。
4.如权利要求3所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：还包括将凹模内设置具有活动间隙的打料块，将打料块通过拉杆与凸模连接，拉深成形后，上拉凹模，打料块将拉深成形的半球体脱离凹模进行脱料。
5.如权利要求1所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述步骤b和步骤d中，预拉深与热拉深在700℃-750℃的环境中进行拉深成形。
6.如权利要求1所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述热拉深模包括用于半球体加工件成形的凸模（2）和凹模（3），所述凸模（2）包括垫块（4）和与半球体匹配的模芯（5），该模芯（5）通过螺栓固定设置在垫块（4）上，该凸模（2）和凹模（3）之间还设置有用于安装加工件毛坯料的压边圈（1），通过上平台带动凹模（3）上下移动实现半球体的拉深成形。
7.如权利要求6所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述凹模（3）包括凹模体（31）和设置在凹模体上方的盖板（32），该凹模体（31）通过盖板被上平台带动上下移动。
8.如权利要求6所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述凹模体（31）和盖板（32）之间还设置有便于加工件脱料的打料块（33），该打料块（33）在凹模体（31）和盖板（32）之间可上下移动，打料块（33）上设置有定位轴（34），盖板（32）上开设有轴孔（35），定位轴（34）装配于轴孔（35）并可上下移动，打料块（33）上还设置有与凹模体内腔体弧面配合的圆弧面。
9.如权利要求6所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述凹模（3）还设置有固定于凸模上的支座（36），支座（36）与打料块（33）还连接有可拆卸的拉杆（37），该支座（36）通过可拆卸的拉杆（37）与打料块（33）连接。
10.如权利要求9所述的一种半球体拉深方法，其特征在于：所述支座（36）上设置有销棒（38），拉杆（37）的一端部通过螺钉可旋转的连接在打料块上，另一端部设置有与销棒（38）匹配的定位槽（310）。
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