CN110421077B - 具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，包括模型重构、模具制造和加工成型；模型重构具体包括在软件中对构件的三维模型进行重构，将构件三维模型的两个侧翼薄壁向两侧展开外翻，形成预加工件的三维模型；模具制造包括按照构件的外形设计制造包括多个模具组件的校形模具；加工成型包括对板件进行预加工件的生产加工，然后使用校形模具将预加工件上外翻的两个侧翼薄壁向内加热合拢并完成构件加工。与现有技术相比，本发明将构件重构为具有无深腔特征的预加工件，两侧的侧翼薄板加热合拢时可恢复形成大角度扭曲窄深腔，能够克服直接采用切削加工易造成窄深腔损伤或缺失的缺点，最大程度地保证产品的精度和成品率。

Description

具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法
技术领域
本发明涉及机械工程领域，尤其是涉及一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法。
背景技术
具有大角度扭曲薄壁窄深腔特征的零件加工一直是加工制造的难题。在航空航天领域中，该零件常用于航空发动机复材风扇叶片前缘的金属包边。由于航空发动机复材风扇叶片具有从榫根至叶尖的角度渐变至巨变的特征，附着其上的钛合金加强件需要随形设计构成包覆结构。而且考虑碳纤维材料和钛合金材料之间的固有差异，为了在强度设计方面一致，因此形成了此类钛合金加强片特有的极深腔超薄壁的结构特征，并具有大扭角。
如中国发明专利CN104015016B提出一种高精度薄壁深腔零件的加工方法，主要通过机械加工和热处理实现，在粗加工后采用热处理去应力，再进行精加工。类似的现有加工方法大多采用大型高速高精度五轴联动加工中心进行整体式直接切削加工。该加工方法需要包括定制刀具设计及使用研制，参数化编程软件开发及试用验证等。但是由于此类轻质高强零件的结构刚性差、切削性能差，在加工过程中常存在材料变形、回弹、刀具振动和让刀等问题，从而影响构件的几何精度、切削表面质量和加工效率。同时，现有的加工方法还存在材料利用率低，成品率低，制造周期长，加工成本较高等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，所述的构件包括一体成型的底部和两个侧翼薄壁，两个侧翼薄壁和底部三面形成扭曲窄深腔，所述的复合成形方法包括模型重构、模具制造和加工成型；
所述的模型重构具体包括在软件中对构件的三维模型进行重构，将构件三维模型的两个侧翼薄壁向两侧展开外翻，形成预加工件的三维模型；
所述的模具制造包括按照构件的外形设计制造包括多个模具组件的校形模具，当模具组件合拢后能够形成贴合构件外形的模具空腔；
所述的加工成型包括对板件进行预加工件的生产加工，然后使用校形模具将预加工件上外翻的两个侧翼薄壁向内加热合拢并完成构件加工。
进一步地，模型重构步骤中，两个侧翼薄壁向两侧展开外翻的外翻处位置为窄深腔底部沿法矢量方向距离5～10mm。
进一步地，模型重构步骤中，两个侧翼薄壁向两侧展开外翻的展开角度为45～60度。
进一步地，所述校形模具的模具组件包括模座、左校形块、右校形块和模仁，每个模具组件均分别连接外置的移动设备，所述模座定位构件的底部和两端，所述左校形块和右校形块分别接触构件的两个侧翼薄壁外侧，所述模仁插入两个侧翼薄壁之间，其底部与深窄腔的底部留有间隙。
进一步地，所述的模仁和构件的扭曲窄深腔形状一致。
进一步地，完成构件加工后，对构件进行接触式或非接触式的精度测量，若没有达到加工精度，再次使用校形模具对构件进行校形加工。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过在设计阶段对构件模型进行重构，消除了深腔特性和负角结构，对预加工件制造时无需使用五轴加工等高精度复杂工具，只需要采用普通的三轴加工即可实现，极大的降低了加工难度和成本、提高了便利程度。
2、本发明通过在设计阶段对构件模型进行重构，在预加工件的生产制造过程中可以精确地控制原型窄深腔的内部的尺寸精度及表面粗糙度，从而高效地制造生产几何精度更高、切削表面质量更好的构件。
3、本发明通过校形模具将预加工件还原为具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件，两侧的侧翼薄板加热合拢时精确形成窄深腔，能够克服直接采用切削加工易造成壁厚不均、窄深腔损伤或缺失等缺点，能够最大程度地保证产品的一致性。
4、本发明能够在预加工件进行还原的同时对原始材料进行了稳定性处理，在提高生产效率的同时提高了产品的质量，从而真正实现了对具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形。
附图说明
图1为构件的结构示意图。
图2为构件另一角度的结构示意图。
图3为预加工件的接收示意图。
图4为校形模具的结构示意图。
附图标记：1、底部，2、侧翼薄壁，3、扭曲窄深腔，4、模座，5、左校形块，6、右校形块，7、模仁。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例提供了一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，具体包括模型重构、模具制造和加工成型。如图1和图2所示，本实施例所要加工的构件为轻质高强合金薄壁件，包括一体成型的底部1和两个侧翼薄壁2，两个侧翼薄壁2和底部1三个面共同形成扭曲窄深腔3，当构件和叶片连接时，叶片整体位于扭曲窄深腔3中，其中两个侧翼薄壁2分别连接叶片的叶背和叶盆侧，底部1连接叶片的前缘。
一、模型重构：
在现有三维设计软件中，对构件的三维模型进行重构，将构件三维模型的两个侧翼薄壁2向两侧展开外翻，形成预加工件的三维模型，如图3所示。每个侧翼薄壁2即为一个特征曲面，采用现有的曲面展开方法对侧翼薄壁2进行展开和翻转。两个侧翼薄壁2向两侧展开外翻的外翻处位置为扭曲窄深腔3底部1沿法矢量方向距离5～10mm，能够满足一般小直径刀具的加工，如常见直径为3mm的球头铣刀；两个侧翼薄壁2向两侧展开外翻的展开角度为45～60度，能够使得直径为3mm的球头铣刀在现有三轴加工工装的夹持下进行切削加工。
二、模具制造：
按照构件的外形设计制造包括多个模具组件的校形模具，当模具组件合拢后能够形成贴合构件外形的模具空腔。模具组件包括模座4、左校形块5、右校形块6和模仁7。每个模具组件均分别连接外置的移动设备，在加工成型的步骤中，模座4连接构件的底部1，左校形块5和右校形块6分别接触构件的两个侧翼薄壁2外侧，模仁7插入两个侧翼薄壁2之间。在模座4上设有一个能够插入底部1的槽孔，模仁7和构件的扭曲窄深腔3的形状一致。
三、加工成型：
对板件通过现有成熟的数控加工方法进行加工按照预加工件的三维模型加工形成两个侧翼薄壁2向两侧展开外翻的预加工件。具体步骤为：
(1)对预加工件的腔内采用层切的方式进行粗加工，余量3mm。(2)对预加工件的腔外采用层切的方式进行粗加工，余量3mm。(3)对预加工件的腔外采用区域铣的方式进行半精加工，余量0.2mm。(4)对预加工件的腔内采用区域铣的方式进行半精加工，余量0.5mm。(5)对预加工件的腔内采用轮廓铣的方式进行精加工，余量-0.02mm。(6)对预加工件的腔外采用轮廓铣的方式进行精加工，余量+0.05mm。
在加工件制造完成后使用校形模具，在适当加热的条件下，从预加工件的四周进行加热合拢，将预加工件上外翻的两个侧翼薄壁2向内加热合拢并完成构件加工。
同时，校形模具对构件的所有外表面在热条件下进行稳定性处理。利用左校形块5、右校形块6和模座4实施构件表面稳定性处理；利用模仁7对构件的腔内进行稳定性处理。
在完成构件加工后，对构件进行接触式或非接触式的精度测量，若没有达到加工精度，则再次使用校形模具对构件进行校形加工，直至完成成形工作。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，所述的构件包括一体成型的底部和两个侧翼薄壁，两个侧翼薄壁和底部三面形成扭曲窄深腔，其特征在于，所述的复合成形方法包括模型重构、模具制造和加工成型；
所述的模型重构具体包括在软件中对构件的三维模型进行重构，将构件三维模型的两个侧翼薄壁向两侧展开外翻，形成预加工件的三维模型；
所述的模具制造包括按照构件的外形设计制造包括多个模具组件的校形模具，当模具组件合拢后能够形成贴合构件外形的模具空腔；
所述的加工成型包括对板件进行预加工件的生产加工，然后使用校形模具将预加工件上外翻的两个侧翼薄壁向内加热合拢并完成构件加工。
2.根据权利要求1所述的具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，其特征在于，模型重构步骤中，两个侧翼薄壁向两侧展开外翻的外翻处位置为窄深腔底部沿法矢量方向距离5～10mm。
3.根据权利要求1所述的具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，其特征在于，模型重构步骤中，两个侧翼薄壁向两侧展开外翻的展开角度为45～60度。
4.根据权利要求1所述的具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，其特征在于，所述校形模具的模具组件包括模座、左校形块、右校形块和模仁，每个模具组件均分别连接外置的移动设备，所述模座定位构件的底部和两端，所述左校形块和右校形块分别接触构件的两个侧翼薄壁外侧，所述模仁插入两个侧翼薄壁之间。
5.根据权利要求4所述的具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，其特征在于，所述的模仁和构件的扭曲窄深腔形状一致。
6.根据权利要求1所述的具有大角度薄壁扭曲窄深腔特征的构件的复合成形方法，其特征在于，完成构件加工后，对构件进行接触式或非接触式的精度测量，若没有达到加工精度，再次使用校形模具对构件进行校形加工。
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