CN109675998B - 一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法 - Google Patents

一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空航天设备用薄壁覆盖件制造领域，具体涉及一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法，方法通过推动粘性介质仓中的柱塞，使粘性介质从粘性介质仓对板坯料加载粘性介质压力P，在粘性介质压力P作用下板坯料逐渐贴合型模的型腔，在型腔曲率突变处，粘性介质的粘性附着应力τ促进板材流动，使形状局部突变区域材料得到补充，避免该区域壁厚减薄，提高了壁厚均匀性，最终板坯料与型模型腔表面完全贴合，以此达到良好的成形效果。本发明成形工艺简单、质量稳定、可靠性高、成本低，适宜于高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件的成形加工。

Description

一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法
技术领域
本发明涉及航空航天设备的薄壁件成形制造领域，尤其涉及一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法。
背景技术
高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件常用于航空、航天以及工业热能工程领域的热防护系统。随着对结构性能及效率要求的不断提升，热防护零件通常需要防隔热与承力于一身，在完成防隔热功能的同时，能够在结构之间传递、分配载荷。同时为了降低结构重量，零件的壁厚逐渐减薄，薄壁和超薄壁厚零件日益增多。这些使用性能及结构特征对零件成形的壁厚分布均匀性、尺寸精度等提出了更高的要求。
而目前成形此类零件普遍采用室温刚性模成形或者热成形方法，采用刚性模成形方法制造该类零件时在局部曲率突变处容易产生严重变薄甚至开裂；采用热成形时需要对扳材加热到适当的温度，不利于板坯料的变形流动，且会改变板材的表面质量；采用聚氨酯橡胶等软模成形时聚氨酯材料耐高压性差、变形量有限，曲面半径较小的部位贴模性差，尺寸精度低。
因此，现有局部曲率突变薄壁覆盖件成形方法中存在因变形控制困难导致的壁厚减薄严重、甚至破裂和尺寸精度低等问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法。
本发明采用以下技术方案实现：
一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法，方法包括以下步骤：
步骤一、将内部设置进料腔的粘性介质仓中填充粘性介质；
步骤二、板坯料置于粘性介质仓的顶部，板坯料与粘性介质仓之间放置密封圈，再将型模置于板坯料之上，型模的型腔朝向所述板坯料并与板坯料接触；
步骤三、推动粘性介质仓中的柱塞，使粘性介质从粘性介质仓对板坯料加载粘性介质压力P，在粘性介质压力P作用下板坯料逐渐贴合型模的型腔，在型腔曲率突变处，粘性介质的粘性附着应力τ促进板材流动，使形状局部突变区域材料得到补充，避免该区域壁厚减薄，最终板坯料与型模型腔表面完全贴合；
步骤四、柱塞下行进行卸载，向上开启型模，取出成形件，成形过程完成。
优选的，所述粘性介质仓的进料腔为漏斗状腔体，所述漏斗状腔体的顶部处敞口与板坯料对应，有利于粘性介质流动和对板坯料加载成形压力，漏斗状腔体下端为圆柱形空间，圆柱形空间内安装柱塞，通过柱塞向上运动向粘性介质仓注入加载粘性介质，通过柱塞向下运动卸载粘性介质仓中的粘性介质。
优选的，所述漏斗状腔体顶部的锥形敞口的锥度为1.2:1～5:1。
优选的，在步骤二中的密封圈采用软金属材料或橡胶类材料的密封圈。
优选的，步骤三中粘性介质加载压力不超过400MPa。
优选的，步骤一中的板坯料的材质为高温合金或不锈钢。
优选的，所述板坯料的壁厚为0.2mm～3.0mm。
优选的，所述粘性介质为分子量100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料。
优选的，粘性介质仓内部设置多个进料腔，采用多个进料腔同时加载粘性介质，使粘性介质对板坯料成形压力得到有效的控制，有利于各区域板坯料在粘性介质压力P和粘性附着应力τ的作用下向型腔变形流动、填充，避免局部区域壁厚减薄，提高板坯料的贴模精度。
优选的，方法应用于对高强度耐热合金的加工。
实施本发明的上述方法，具有以下有益效果：
①.本发明在室温条件下成形高强度耐热合金薄壁覆盖件，成形采用半固态的粘性介质软模作为传力介质。该方法采用“漏斗”形粘性介质仓，顶部“敞口”与板坯料对应，有利于粘性介质对板坯料加载成形压力，“漏斗”下端通过柱塞对粘性介质加载；对于“漏斗”形的尺寸和个数，依据成形件的形状和尺寸设计，采用“漏斗”形腔体的粘性介质仓加载粘性介质，可以使粘性介质仓内粘性介质对板坯料的成形压力得到有效的控制，有利于各区域板坯料在粘性介质压力P和粘性附着应力τ的作用下向型腔变形流动、填充，避免局部区域壁厚减薄，提高板坯料的贴模精度。粘性介质在板材表面可以同时形成非均匀的压力P和切向粘性附着应力τ，改善板材受力状态，有利于减小卸载后的回弹变形，提高尺寸精度；同时，粘性介质与板材界面形成切向粘性附着应力τ，促进板材向曲率突变区域流动和补充，切向粘性附着应力τ提高了板材厚向剪切应力，避免了成形时壁厚局部减薄，提高了壁厚均匀性。
②.本发明可成形超薄壁厚高强度耐热合金覆盖件，壁厚最小可达0.2mm，且成形件壁厚均匀性好，尺寸精度高。
③.本发明成形工艺简单、质量稳定、可靠性高、成本低。
附图说明
图1是高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件的示意图；
图2是图1中A处局部放大图；
图3是板坯料3置于型模1和粘性介质仓5之间成形前的结构示意图；
图4是柱塞6加载粘性介质4时成形中间阶段的示意图；
图5成形结束状态板坯料3完全贴合模具时的示意图；
图6是具有三个进料腔的粘性介质仓时板坯料3成形前结构示意图；
图7是具有三个进料腔的粘性介质仓时板坯料3的成形中间阶段结构示意图；
图8是具有三个进料腔的粘性介质仓时板坯料3的成形结束时结构示意图。
图中：1：型模；2：密封圈；3：板坯料；4：粘性介质；5：粘性介质仓；6：柱塞。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件的最终需求结构示意图，参见图2的局部放大图，在覆盖件上具有曲率突变区，且需要设置多个曲率突变区，在同一曲率突变区就具有不同的曲率半径R1和R2，这使得高强度耐热合金的加工难度增大。就此，本发明提供了一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法，该方法适应于高强度耐热合金的压力成形加工。
参见图3-图8，一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法，包括以下步骤。
步骤一、将内部设置进料腔的粘性介质仓5中填充粘性介质4；
步骤二、板坯料3置于粘性介质仓5的顶部，板坯料3与粘性介质仓5之间放置密封圈2，再将型模1置于板坯料3之上，型模1的型腔朝向所述板坯料3并与板坯料3接触；
步骤三、推动粘性介质仓5中的柱塞6，使粘性介质4从粘性介质仓5对板坯料3加载粘性介质压力P，在粘性介质压力P作用下板坯料3逐渐贴合型模1的型腔，在型腔曲率突变处，粘性介质的粘性附着应力τ促进板材流动，使形状局部突变区域材料得到补充，避免该区域壁厚减薄，最终板坯料3与型模1型腔表面完全贴合；
步骤四、成形装置的柱塞6下行进行卸载，向上开启型模1，取出成形件，即完成一个成形过程。
执行该方法的成形模具包括型模1、粘性介质仓5和柱塞6。
其中，型模1的型腔内设加工所需的具有突变曲率的表面。
粘性介质仓5内部设置的进料腔为漏斗状腔体，该漏斗状腔体的顶部处敞口与板坯料3对应，有利于粘性介质流动和对板坯料3加载成形压力，漏斗状腔体下端为圆柱形空间，圆柱形空间内安装柱塞6，通过柱塞6向上运动向粘性介质仓5注入加载粘性介质4，通过柱塞6向下运动卸载粘性介质仓5中的粘性介质4。
替换的实施例中，进料腔也可设为高脚杯状或半球状。
当取为漏斗状进料腔时，漏斗状腔体顶部的锥形敞口的锥度为1.2:1～5:1。在此范围内可更有效地控制粘性介质对板坯料的成形压力。
粘性介质仓5内部可设置多个进料腔，采用多个进料腔同时加载粘性介质4，使粘性介质4对板坯料3成形压力得到有效的控制，有利于各区域板坯料在粘性介质压力P和粘性附着应力τ的作用下向型腔变形流动、填充，避免局部区域壁厚减薄，提高板坯料的贴模精度。
具体的，在如图3-图5所示的实施例中，粘性介质仓5内部设置两个漏斗状的进料腔。
再如图6-图8所示的实施例中，粘性介质仓5内部设置三个漏斗状的进料腔。
多个进料腔的设置，解决了对距离进料腔顶部敞口中心区域较远处粘性介质成形压力控制的困难问题。
待加工的板坯料3置于粘性介质仓5和型模1之间，板坯料3外边缘设置密封圈2，密封圈2采用软金属材料或橡胶类材料，在合模压力的作用下防止粘性介质4从型模1与粘性介质仓5的接触面之间漏出。达到了良好的密封效果。其中，软金属材料可以为铝或铝合金。
进一步的，板坯料3的材质为高温合金或不锈钢，如：不锈钢牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9Ti，高温合金牌号为GH3044、GH4169、GH99或GH98等。进一步的，板坯料3的壁厚为0.2mm～3.0mm。由上述材料制成的局部曲率突变薄壁覆盖件可满足航空、航天以及工业热能工程领域的需求。
进一步的，粘性介质4为分子量100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料。对粘性介质4的加载压力不超过400MPa。
参见图3-图8，图中F1为型模加载力，F为粘性介质加载力，F2为粘性介质仓5的承受力。在它们的合力作用下，粘性介质4挤压板坯料3填充型模1的型腔，完成零件的压力成形加工。
通过实施该方法，可大为改善具有突变曲率零部件的加工成品率，且操作简单，质量稳定，成本低，易于广泛推广，能够为航空航天设备提供稳定的高强度耐热合金局部曲率突变薄壁覆盖件，保证了整体质量及稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种局部曲率突变薄壁覆盖件的粘性介质压力成形方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
步骤一、将内部设置进料腔的粘性介质仓(5)中填充粘性介质(4)，所述粘性介质(4)为分子量100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料；
步骤二、板坯料(3)置于粘性介质仓(5)的顶部，板坯料(3)与粘性介质仓(5)之间放置密封圈(2)，再将型模(1)置于板坯料(3)之上，型模(1)的型腔朝向所述板坯料(3)并与板坯料(3)接触，所述板坯料(3)的壁厚为0.2mm～3.0mm；
步骤三、向粘性介质提供加载力F，推动粘性介质仓(5)中的柱塞(6)，并提供型模加载力F1，粘性介质仓(5)的承受力为F2，使粘性介质(4)从粘性介质仓(5)对板坯料(3)加载粘性介质压力P，在粘性介质压力P作用下板坯料(3)逐渐贴合型模(1)的型腔，在型腔曲率突变处，粘性介质的粘性附着应力τ促进板材流动，使形状局部突变区域材料得到补充，避免该区域壁厚减薄，最终板坯料(3)与型模(1)型腔表面完全贴合；
其中，粘性介质(4)加载压力不超过400MPa；
步骤四、柱塞(6)下行进行卸载，向上开启型模(1)，取出成形件，成形过程完成。
2.根据权利要求1所述的压力成形方法，其特征在于：所述粘性介质仓(5)的进料腔为漏斗状腔体，所述漏斗状腔体的顶部处敞口与板坯料(3)对应，有利于粘性介质流动和对板坯料(3)加载成形压力，漏斗状腔体下端为圆柱形空间，圆柱形空间内安装柱塞(6)，通过柱塞(6)向上运动向粘性介质仓(5)注入加载粘性介质(4)，通过柱塞(6)向下运动卸载粘性介质仓(5)中的粘性介质(4)。
3.根据权利要求2所述的压力成形方法，其特征在于：所述漏斗状腔体顶部的锥形敞口的锥度为1.2:1～5:1。
4.根据权利要求3所述的压力成形方法，其特征在于：在步骤二中的密封圈(2)采用软金属材料或橡胶类材料的密封圈。
5.根据权利要求1所述的压力成形方法，其特征在于：步骤一中的板坯料(3)的材质为高温合金或不锈钢。
6.根据权利要求1-5任一项所述的压力成形方法，其特征在于：粘性介质仓(5)内部设置多个进料腔，采用多个进料腔同时加载粘性介质(4)，使粘性介质(4)对板坯料(3)成形压力得到有效的控制，有利于各区域板坯料在粘性介质压力P和粘性附着应力τ的作用下向型腔变形流动、填充，避免局部区域壁厚减薄，提高板坯料的贴模精度。
7.根据权利要求1所述的压力成形方法，其特征在于：所述方法应用于对高强度耐热合金的加工。
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