CN110479835B - 一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺。该方法的步骤如下：(1)将铝镁合金板材进行冷轧及稳定化处理，然后将该铝镁合金薄板切割和钻孔，使薄板成形区域的径厚比为300～360；(2)对薄板进行旋压成形，在第一步外环约束无模旋压过程中，将薄板剪切旋压为锥形件，其可成形角度为15°～45°；(3)在第二步外环约束无模旋压过程中，通过1～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，其轮廓曲面曲率可为220mm～454mm，旋压方向为返程旋压。本发明提出的旋压工艺可以获得高尺寸精度的高径厚比曲面零件，而且旋压过程中不产生起皱、破裂等缺陷。

Description

一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺
技术领域
本发明属于旋压技术领域，涉及一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺。
背景技术
金属薄板旋压是一种近净成形技术，通常适用于薄壁空心回转体塑性成形，因其设备简单、变形力小、改善材料性能、无屑成形等诸多优势，在诸如航空、航天、兵器等军用及汽车厨具等民用制造领域中均占有重要地位。传统旋压中，工件最终轮廓受到特定形状的芯模支撑以获得具有目标形状的产品，但特定形状芯模的使用限制旋压成形的柔性，增加了旋压成形的成本和产品研制周期，阻碍了旋压成形技术的进一步发展。
无芯模旋压技术通过摒弃特定芯模解除了其对旋压成形的限制，增强了旋压成形的柔性。无芯模旋压中采用通用芯模替代特定形状芯模对坯料进行固定，通过调整旋轮轨迹的曲线形态适应不同目标形状的成形要求。该技术具有灵活度高、排放小、柔性强、产品开发周期短的特性，具有广阔的研究、应用及市场前景。但是，对于高径厚比的曲面件，无模旋压过程中工件易产生起皱、破裂等缺陷，成形精度不高，无法满足航空航天等领域的高精度制造要求。
目前，新型的外环约束无模旋压成形方法可以有效避免起皱等缺陷，但在已公开的发明专利中，尚未有学者提出保障外环约束无模旋压中成形工件尺寸精度的旋压工艺。因此，有必要提出一种易于设定和实施的旋压工艺，以获得较高尺寸精度的高径厚比曲面零件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺，该方法可以通过调控外环旋压工艺参数来获得高尺寸精度的高径厚比曲面零件，解决了高径厚比曲面零件成形精度不高、易产生起皱和破裂等缺陷的难题。
本发明解决上述难题的方案是：
步骤1：将铝镁合金板材进行冷轧及稳定化处理，然后将该铝镁合金薄板切割和钻孔，使薄板成形区域的径厚比为300～360；
步骤2：对薄板进行旋压成形，在第一步外环约束无模旋压过程中，将薄板剪切旋压为锥形件，其可成形角度为15°～45°，旋轮安装角度为45°～65°，旋轮圆角半径为3mm～8mm，进给比为1.4mm/r～2.4mm/r，转速为100rpm/min～400rpm/min；
步骤3：在第二步外环约束无模旋压过程中，通过1～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，其轮廓曲率可为220mm～454mm，旋压方向为返程旋压，其旋轮安装角度为20°～45°，旋轮圆角半径为5mm～8 mm，进给比为1.6mm/r～2.4mm/r，转速为180rpm/min～360rpm/min。
附图说明
图1外环约束无模旋压原理图:(a)第一步旋压；(b)第二步旋压；
图2工艺流程图；
图3实施例1获得的成形工件；
图4实施例1获得的两道次旋压工件稳旋段尺寸结果:(a)壁厚分布；(b)轮廓特征；
图5实施例2获得的成形工件；
图6实施例2获得的两道次旋压工件稳旋段尺寸结果:(a)壁厚分布；(b)轮廓特征；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。
本发明为获得一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺，其外环约束无模旋压原理如图1所示，工艺流程如图2所示。
实施例1
步骤1：将铝镁合金板材进行冷轧及稳定化处理，然后将该铝镁合金薄板切割和钻孔，使薄板成形区域的径厚比为320；
步骤2：对薄板进行旋压成形，在第一步外环约束无模旋压过程中，将薄板剪切旋压为锥形件，其可成形角度α为40°，旋轮安装角度β为45°，旋轮圆角半径ρR为8mm，进给比F为1.4mm/r，转速N为 400rpm/min，旋轮运动轨迹为0-1-2-3-0；
步骤3：在第二步外环约束无模旋压过程中，通过1个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，其轮廓曲率r可为362mm，旋压方向为返程旋压(旋轮运动轨迹是0-3-2-1-0)，其旋轮安装角度β为45°，旋轮圆角半径ρR为8mm，进给比F为1.6mm/r，转速N保持在300rpm/min。
实施例1工艺获得的两道次实验工件如图3所示，工件未产生起皱、破裂等旋压缺陷。
图4(a)为两道次工件稳旋段壁厚分布的测量结果，从图中可以看出实验测量的壁厚分布值与设定壁厚值相近，每道次的平均壁厚偏差率分别为0.68％和2.9％，壁厚标准差分别为0.009mm和0.01mm，说明每个道次成形的工件均具有较高的壁厚精度和均匀性。图4(b)为两道次工件稳旋段轮廓特征的测量结果，从图中可以看出每道次工件测量的实验轮廓与设定的轮廓相近，第一道次锥形件的成形角度偏差为0.8％，第二道次的曲面构件平均径向偏差为0.563mm，这表明每个道次成形的工件轮廓精度均较高。
实施例2
步骤1：将铝镁合金板材进行冷轧及稳定化处理，然后将该铝镁合金薄板切割和钻孔，使薄板成形区域的径厚比为330；
步骤2：对薄板进行旋压成形，在第一步外环约束无模旋压过程中，将薄板剪切旋压为锥形件，其可成形角度α为25°，旋轮安装角度β为65°，旋轮圆角半径ρR为3mm，进给比F为1.8mm/r，转速N为 320rpm/min，旋轮运动轨迹为0-1-2-3-0；
步骤3：在第二步外环约束无模旋压过程中，通过1个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，其轮廓曲率r可为450mm，旋压方向为返程旋压(旋轮运动轨迹是0-3-2-1-0)，其旋轮安装角度β为20°，旋轮圆角半径ρR为6mm，进给比F为2.4mm/r，转速N保持在240rpm/min。
实施例2工艺获得的两道次实验工件如图5所示，工件未产生起皱、破裂等旋压缺陷。图6(a)为两道次工件稳旋段壁厚分布的测量结果，从图中可以看出实验测量的壁厚分布值与设定壁厚值相近，每个道次的平均壁厚偏差率均小于1％，壁厚标准差分别为0.0014mm和0.0017mm，说明每个道次成形的工件均具有较高的壁厚精度和均匀性。图6(b)为两道次工件稳旋段轮廓特征的测量结果，从图中可以看出两道次工件测量的实验轮廓与设定的轮廓相近，第一道次锥形件的成形角度偏差为0.3％，第二道次的曲面构件平均径向偏差为0.805mm，这表明每个道次成形的工件轮廓精度均较高。
从上述结果可以发现，本发明提出的方法能够有效地获得高尺寸精度的高径厚比曲面零件，解决了高径厚比曲面件成形精度不高、易产生起皱、破裂等缺陷的难题。
上面结合附图对本发明的实例进行了描述，但本发明不局限于上述具体的实施方式，上面的具体实施方式仅是示例性的，不是局限的，任何不超过本发明权利要求的发明创造，均在本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种获得铝镁合金高精度曲面件的外环约束无模旋压工艺，其特征在于：该方法可以通过调控外环约束旋压工艺参数来获得高精度的曲面零件，包括如下步骤：
步骤1：将铝镁合金板材进行冷轧及稳定化处理，然后将该铝镁合金薄板切割和钻孔，使薄板成形区域的径厚比为300～360；
步骤2：对薄板进行旋压成形，在第一步外环约束无模旋压过程中，将薄板剪切旋压为锥形件，其可成形角度为15°～45°，旋轮安装角度为45°～65°，旋轮圆角半径为3mm～8mm，进给比为1.4mm/r～2.4mm/r，转速为100rpm/min～400rpm/min；
步骤3：在第二步外环约束无模旋压过程中，通过1～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件，其轮廓曲率可为220mm～454mm，旋压方向为返程旋压，其旋轮安装角度为20°～45°，旋轮圆角半径为5mm～8mm，进给比为1.6mm/r～2.4mm/r，转速为180rpm/min～360rpm/min。
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