CN108372226B - 内部带筋筒体的气压成形工装及方法 - Google Patents

内部带筋筒体的气压成形工装及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内部带筋筒体的气压成形工装，其包括外环、内芯及封头；所述外环及内芯为筒状结构，所述内芯套装在所述外环内，且所述内芯的外形面与所述外环的内侧面对应配合，其内形面为拟成型零件的直筒形面；所述封头为具有中间通孔的盘状结构，其固定在所述外环的两端且封堵所述内芯的两端；本发明还公开了一种内部带筋筒体的气压成形方法。本发明解决了在狭小空间内制造内部带筋结构的试件的加工作业困难问题，提高了内部带筋筒体的试件的加工效率。

Description

内部带筋筒体的气压成形工装及方法
技术领域
本发明涉及一种板材热成型方法，尤其是涉及一种能够实现小直径内部带筋结构的筒形件的制造的内部带筋筒体的气压成形工装及方法。
背景技术
随着航空航天技术的不断发展，具有高比强、重量轻、耐高温性能的变壁厚钛合金整体构件被逐渐采用。目前，带筋的内部带筋整体结构的筒体主要采用成形+化铣工艺及粉末成形工艺，产品主要以外部加强筋的结构较多，但对于某些对外形有气动要求的产品，则采用内部加强结构，热成形+化铣工艺通常制造直径大、长径比小的钛合金筒体零件。而对于直径在300mm以下，长径比大于2的内部带筋整体结构筒体，现有手段无法进行刻线、除胶等操作。因此对于此类零件无法采用化铣工艺实现。粉末成形的筒体的薄壁区有最小厚度要求，一般在1.5mm以上，而且成形后的的尺寸精度不高，内部狭小的空间内又不易通过机械加工的方式提高精度。这些工艺的局限性使得小直径、大长径比的内部带筋结构的筒形件无法制造。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种内部带筋筒体的气压成形工装及方法，提高小直径内部带筋结构的筒形件的制造效率。
本发明的技术解决方案是：
一种内部带筋筒体的气压成形工装，其中，其包括外环、内芯及封头；所述外环及内芯为筒状结构，所述内芯套装在所述外环内，且所述内芯的外形面与所述外环的内侧面对应配合，其内形面为拟成型零件的直筒形面；所述封头为具有中间通孔的盘状结构，其固定在所述外环的两端且封堵所述内芯的两端。
一种内部带筋筒体的气压成形方法，其中，该方法包括：
将欲加工的筒体板料展开成平面形状的板料，使用机械加工把所述板料加工成一侧带筋的板料；以带筋的侧面为圆的内径方向将板料滚弯并沿其纵缝焊接形成内部带筋的筒体；
将所述筒体两端用与所述筒体断口形状相匹配的封口板材焊接以封闭所述筒体，两端的所述封口板材中间预留有通气孔，在所述通气孔上焊接内径大于所述通气孔直径的气管，使所述气管与筒体形成具有连通的气路的试件；
使用如上所述的内部带筋筒体的气压成形工装，将所述内芯装入所述外环内，再将所述试件放入所述工装的内芯内，所述试件的外形面与所述内芯的内形面紧密接触，所述外环的两端安装所述封头，形成所述试件的模具；
将所述模具放入热成型设备，将所述气管连接气源，设定温度并设定向所述试件中通入保护气的压力，开启所述热成型设备对所述试件进行加工；
取出所述模具，取下两侧封头，取出所述内芯及试件。
由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：
本发明提出了一种小直径、大长径比的内部带筋结构的内部带筋筒体的气压成形方法，该方法通过将内部带筋结构的试件两端封焊，采用内层分瓣结构的工装进行气压成形。其工装中带有定位结构的封头及锥形面的分瓣内芯结构可以有效解决试件成形失效及成形后的试件脱模问题。本发明解决了小直径筒体内部空间狭小不易通过化铣等方式达到内部带筋结构的问题，可实现小直径内部带筋结构的筒形件的制造。
附图说明
图1为本发明的内部带筋筒体的气压成形工装的结构示意图。
主要元件标号说明：
本发明：
1：内芯 2：外环 3：封头
31：销钉 32：定位孔 4：试件
5：通气管 6：封口板材 8：垫板。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1所示，为本发明的一种内部带筋筒体的气压成形工装较佳实施例的结构示意图，如图所示，在其较佳的实施例中，所述内部带筋筒体的气压成形工装，其包括外环2、内芯1及封头3；所述外环2及内芯1为筒状结构，所述内芯1套装在所述外环2内，且所述内芯1的外形面与所述外环2的内侧面对应配合，其内形面为拟成型零件的直筒形面；所述封头3为具有中间通孔的盘状结构，其固定在所述外环2的两端且封堵所述内芯1的两端。该工装采用内芯1与外环2的配合夹紧支撑，在使用中将需要热成型加工的筒状板料放在内芯1中，通过封头3将内芯1封堵在外环2内部，再放入热成型设备中通入设定的气压进行气压成形加工。在该实施例中，所述内芯1的内形面的形状可以是圆柱形也可以是其他几何柱形，同样，所述外环2的外侧面可以是圆柱形，也可以是其他多边形柱形。在更进一步的优选实施例中，所述内芯1的内型面和所述外环2的外侧面为圆柱形。
如上所述的内部带筋筒体的气压成形工装，其较佳的实施例中，如图1所示，所述封头3的侧面设有多个定位孔32，所述外环2两端的外侧面设有多个与所述封头3的定位孔32对应的销孔，多个销钉31穿过所述销孔插置在所述定位孔32中。通过采用刚性的销钉31限位结构及封头3，能够有效防止试件4端面材料因气压作用引起的破裂失效。
如上所述的内部带筋筒体的气压成形工装，其较佳的实施例中，所述外环2的两端设有与所述封头3配合的台阶部。通过台阶部的支撑和限位作用，能够更好的保护内芯1的结构，也能够使封头3更好的定位。
本发明的内部带筋筒体的气压成形工装，其较佳的实施例中，所述内芯1的外形面为与所述外环2的内侧面的形面配合的锥面。通过锥形的配合面，在完成气压成形的作业后，可以使内芯1和外环2顺利脱离，避免内芯1难以从外环2中取出的情况。
如上所述的本发明的内部带筋筒体的气压成形工装，其较佳的实施例中，更进一步的，所述内芯1由多个瓣体组合形成的分瓣结构。由于内芯1分割成多个瓣体，在加工完成后工件脱模时，能够轻易地将加工完成的筒状工件从内芯1中取出，避免因脱模困难而损伤工件。
如上所述的本发明的内部带筋筒体的气压成形工装，其较佳的实施例中，所述外环2的外侧面设置有与其贴合的垫板8。为了使该内部带筋筒体的气压成形工装放入热成型设备中后能够获得更加稳定的支撑，在外环2外侧面上设置了与外环2外侧面形状配合的垫板8，通过垫板8的配合，使整个工装与热成型设备之间具有更佳的支撑定位效果。
本发明还提出了一种内部带筋筒体的气压成形方法，其较佳的实施例中，该方法包括：
将欲加工的筒体板料展开成平面形状的板料，使用机械加工把所述板料加工成一侧带筋的板料；以带筋的侧面为圆的内径方向将板料滚弯并沿其纵缝焊接形成内部带筋的筒体。在常用的方式中，将内部带筋结构的筒体板料在中性层位置沿圆周方向展开，在理论基础上预留焊接及成形余量；再使用数控铣床将展开后的材料平板去除余量，加工成带筋内部带筋平板；再以带筋的一侧为圆的内侧，按筒体直径尺寸将平板滚弯成筒形毛坯。在焊接时，可以采用氩弧焊或激光焊将筒体板料对接边焊接。
将所述筒体两端用与所述筒体断口形状相匹配的封口板材6焊接以封闭所述筒体，两端的所述封口板材6中间预留有通气孔，在所述通气孔上焊接内径大于所述通气孔直径的气管，使所述气管与筒体形成具有连通的气路的试件4。一般情况下封口板材6的通气孔的直径为5mm，因此采用内径为6mm的通气管5与其焊接固定并密封。
使用如前面所述的内部带筋筒体的气压成形工装，将所述内芯1装入所述外环2内，再将所述试件4放入所述工装的内芯1内，所述试件4的外形面与所述内芯1的内形面紧密接触，所述外环2的两端安装所述封头3，形成所述试件4的模具。
将所述模具放入热成型设备，将所述气管连接气源，设定温度并设定向所述试件4中通入保护气的压力，开启所述热成型设备对所述试件4进行加工；
取出所述模具，取下两侧封头3，取出所述内芯1及试件4。
在本发明的所述内部带筋筒体的气压成形工装包括有垫板8的情况时，所述垫板8安装在所述外环2外侧面后，将所述内芯1装入外环2内。
如上所述的本发明的内部带筋筒体的气压成形方法，其更进一步的实施例中，该方法还包括检测所述试件4的气密性。在将通气管5、封口板材6与筒体焊接在一起后，封闭气道的一端，用真空表检查气密性，保证整个通路不漏气。
如上所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其较佳的实施例中，所述热成型过程中，设定温度900℃；开启所述热成型设备后，模具温度升至200℃以上时，通入0.02MPa保护气，模具升温至870℃以上时，逐渐加压至1.0~2.0MPa，保压1.5小时，放气并降温。模具降至室温后，取下两侧封头3，取出内芯1及成形好的试件4。
在更进一步的实施例中，该内部带筋筒体的气压成形方法中，热成型设备在开始升温，温度达到150~200℃后，通入氩气保护；温度升至870℃后，加气压至工艺要求，保压1.5小时，关闭加热系统。然后开启放气阀门，观测烧杯气泡情况，当气泡均匀且不剧烈时，关闭阀门，随炉冷却；当设备平台温度在100 ℃以下后，用压力机压出内芯1，取出完成成型加工的试件4。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，采用一种内部带筋筒体的气压成形工装进行气压成形，
该内部带筋筒体的气压成形工装包括外环、内芯及封头；所述外环及内芯为筒状结构，所述内芯套装在所述外环内，其内形面为拟成型零件的直筒形面；所述封头为具有中间通孔的盘状结构，其固定在所述外环的两端且封堵所述内芯的两端，所述内芯的外形面为与所述外环的内侧面的形面配合的锥面，所述内芯由多个瓣体组合形成的分瓣结构；
该内部带筋筒体的气压成形方法包括：
将欲加工的筒体板料展开成平面形状的板料，使用机械加工把所述板料加工成一侧带筋的板料；以带筋的侧面为圆的内径方向将板料滚弯并沿其纵缝焊接形成内部带筋的筒体；
将所述筒体两端用与所述筒体断口形状相匹配的封口板材焊接以封闭所述筒体，两端的所述封口板材中间预留有通气孔，在所述通气孔上焊接内径大于所述通气孔直径的气管，使所述气管与筒体形成具有连通的气路的试件；
使用上述内部带筋筒体的气压成形工装，将所述内芯装入所述外环内，再将所述试件放入所述工装的内芯内，所述试件的外形面与所述内芯的内形面紧密接触，所述外环的两端安装所述封头，形成所述试件的模具；
将所述模具放入热成型设备，将所述气管连接气源，设定温度并设定向所述试件中通入保护气的压力，开启所述热成型设备对所述试件进行加工；
取出所述模具，取下两侧封头，取出所述内芯及试件。
2.如权利要求1所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，所述封头的侧面设有多个定位孔，所述外环两端的外侧面设有多个与所述封头的定位孔对应的销孔，多个销钉穿过所述销孔插置在所述定位孔中。
3.如权利要求2所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，所述外环的两端设有与所述封头配合的台阶部。
4.如权利要求1所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，所述内芯的内型面和所述外环的外侧面为圆柱形。
5.如权利要求1所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，所述外环的外侧面设置有与其贴合的垫板。
6.如权利要求1所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，该方法还包括检测所述试件的气密性。
7.如权利要求1或6所述的内部带筋筒体的气压成形方法，其特征在于，所述热成型过程中，设定温度900℃；开启所述热成型设备后，模具温度升至200℃以上时，通入0.02MPa保护气，模具升温至870℃以上时，逐渐加压至1.0～2.0MPa，保压1.5小时，放气并降温。
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