CN111673397A - 宽弦、空心叶片的成形工艺 - Google Patents

宽弦、空心叶片的成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽弦、空心叶片的成形工艺，包括以下步骤：将板料进行卷圆焊接处理，形成管状毛坯；将管状毛坯在收口装置上进行收口处理，调节管状毛坯的径向尺寸；将收口后的管状毛坯进行第一次冲压预成形，形成两侧带有小圆角的第一预成型件；将第一预成型件灌蜡并进行第二次冲压预成形，形成第二预成型件；将第二预成型件灌蜡并进行第三次冲压预成形，形成第三预成型件；在第三预成型件内浇注低熔点合金，形成预制件，将预制件在成形装置上进行扭角成形，获得成形的叶片。本发明的宽弦、空心叶片的成形工艺，通过对管状毛坯收口处理，避免扭角成形两侧出现飞边的问题，通过浇注低熔点合金，减小成形后叶片的回弹，保证叶片型面轮廓度的要求。

Description

宽弦、空心叶片的成形工艺
技术领域
本发明涉及钣金成形技术领域，特别地，涉及一种宽弦、空心叶片的成形工艺。
背景技术
如图1和图2所示，某发动机涡流叶片，所用材料为GH4169。叶片零件的特点较扁而两边不完全对称，空间扭曲，即一个截面相对于另一个截面存在旋转角度。并且，发动机涡流叶片两侧带有小圆角。目前采用板料卷圆焊接成管状毛坯分多次压扁成形、整形、线切割修边的加工工艺，但存在两侧小圆角容易飞边，形成的叶片轮廓度较差的问题。
发明内容
本发明提供了一种宽弦、空心叶片的成形工艺，以解决现有叶片加工工艺获得的叶片两端小圆角处容易飞边，叶片轮廓度较差的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种宽弦、空心叶片的成形工艺，形成空间扭曲且侧向带小圆角的零件，小圆角分别为R1.1和R1的圆角，包括以下步骤：
S1、将板料进行卷圆焊接处理，形成管状毛坯；
S2、将管状毛坯在收口装置上进行收口处理，调节管状毛坯的径向尺寸；
S3、将收口后的管状毛坯进行第一次冲压预成形，形成两侧带有小圆角的第一预成型件；
S4、将第一预成型件灌蜡并进行第二次冲压预成形，形成第二预成型件；
S5、将第二预成型件灌蜡并进行第三次冲压预成形，形成第三预成型件
S6、在第三预成型件内浇注低熔点合金，形成预制件，将预制件在成形装置上进行扭角成形，利用线切割进行修边处理，获得成形的叶片。
进一步地，浇注低熔点合金的具体步骤包括：
将低熔点合金在加热装置中加热溶化；
将保护套装入到第三预成型件内，使保护套与第三预成型件内壁贴合；
将低熔点合金浇注到装有保护套的第三预成型件中，冷却，形成预制件。
进一步地，保护套采用聚乙烯保护套；低熔点合金的熔点为65℃～75℃。
进一步地，低熔点合金冷却后，还包括：采用电热丝切除第三预成型件的型腔外部露出的低熔点合金，形成预制件。
进一步地，步骤S6还包括：将预制件放置在50℃～55℃恒温水槽中加热保温5min，以使得低熔点合金在预制件内部具有一定的支撑强度和流动性，再放置在成形装置上进行扭角成形。
进一步地，步骤S6中的扭角成形包括以下步骤：
模具制备：根据需挤压成形的叶片轮廓制作出配合作用的凸模和凹模；
预制件安装定位：将预热的预制件安装并定位在凹模的下冲头的成型腔内；
叶片成型：驱使凸模沿支板导向作用缓慢下行，凸模的上冲头随凸模缓慢下行挤压预制件，同时预制件受挤压变形将多余的低熔点合金从预制件两端流出，直至凸模的限位柱与支板接触，此时预制件的外形面分别紧贴上冲头的内壁面和下冲头的内壁面，通过周向挤压应力与低熔点合金的支撑力共同作用下，使得预制件扭曲成形并使得预制件的两侧的小圆角成形到位，形成叶片。
进一步地，预制件安装定位具体包括以下步骤：凸模固定在油压机的上滑块处，凹模固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使凹模和凸模分离，将预制件安装并定位在凹模的下冲头的成型腔内。
进一步地，步骤S2中的收口处理具体包括以下步骤：
模具制备：依据管状毛坯需收口的轮廓和尺寸制作出配合作用的上模、下模和收口阴模；
管状毛坯安装定位：将管状毛坯安装并定位在下模的定位件的容纳腔内；
管状毛坯收口处理；驱使上模缓慢下行，上模的冲头随上模缓慢下行并冲压管状毛坯向下运动，以使管状毛坯依次经过定位件、收口阴模，最终从下模脱离，此时上模的限位件与下模的定位件贴合，以使冲头下端面与定位件的下端面间隔1mm～3mm，从而防止冲头与收口阴模相碰，并完成管状毛坯的收口处理。
进一步地，管状毛坯安装定位具体包括以下步骤：上模固定在油压机的上滑块处，下模固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使上模与下模分离，将管状毛坯安装定位在下模的定位件的容纳腔内。
根据本发明的另一方面，还提供了一种涡流叶片，采用上述宽弦、空心叶片的成形工艺制备而成。
本发明具有以下有益效果：
本发明的宽弦、空心叶片的成形工艺，用于加工空间扭曲且侧向带小圆角的零件，通过对管状毛坯进行收口处理，精确控制管状毛坯直径尺寸，避免扭角成形时由于管状毛坯的坯料尺寸不一致且偏大而导致叶片扭角成形时，两侧出现飞边的问题。并且，通过分批冲压成形，有效的防止局部失稳而起皱，从而使叶片的侧向小圆角精确成形到位。通过在第三预成型件浇注低熔点合金，形成预制件，使得预制件在扭角成形过程中，既保证低熔点合金支撑预制件型面，又可避免成形时预制件型面出现凹陷的缺陷，从而减小成形后叶片的回弹，保证叶片型面轮廓度的要求。
本发明的涡流叶片，通过宽弦、空心叶片的成形工艺获得的涡流叶片，有效的保证了涡流叶片的型面轮廓度要求，避免了由于两侧产生飞边而报废涡流叶片的现象。涡流叶片的合格率从30％提高到90％左右。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明某发动机涡流叶片示意图；
图2是本发明某发动机涡流叶片A-A示意图；
图3是本发明优选实施例的收口装置示意图；以及
图4是本发明优选实施例的成形装置示意图。
附图标号说明：
1、收口装置；11、上模；111、冲头；112、限位件；113、第一连接件；114、安装板；115、上模板；12、下模；121、定位件；122、第二连接件；123、下模板；13、收口阴模；2、成形装置；21、凸模；211、上冲头；212、限位柱；213、第三连接件；214、导套；215、凸模板；22、凹模；221、下冲头；222、支板；223、第三连接件；224、导柱；225、凹模板。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明某发动机涡流叶片示意图；图2是本发明某发动机涡流叶片A-A示意图；图3是本发明优选实施例的收口装置示意图；图4是本发明优选实施例的成形装置示意图。
如图2和图3所示，本发明的优选实施例提供了一种宽弦、空心叶片的成形工艺，形成空间扭曲且侧向带小圆角的零件，小圆角分别为R1.1和R1的圆角，包括以下步骤：
S1、将板料进行卷圆焊接处理，形成管状毛坯；
S2、将管状毛坯在收口装置1上进行收口处理，调节管状毛坯的径向尺寸；
S3、将收口后的管状毛坯进行第一次冲压预成形，形成两侧带有小圆角的第一预成型件；
S4、将第一预成型件灌蜡并进行第二次冲压预成形，形成第二预成型件；
S5、将第二预成型件灌蜡并进行第三次冲压预成形，形成第三预成型件
S6、在第三预成型件内浇注低熔点合金，形成预制件，将预制件在成形装置2上进行扭角成形，利用线切割进行修边处理，获得成形的叶片。
本发明的宽弦、空心叶片的成形工艺，用于加工空间扭曲且侧向带小圆角的零件，通过对管状毛坯进行收口处理，精确控制管状毛坯直径尺寸，避免扭角成形时由于管状毛坯的坯料尺寸不一致且偏大而导致叶片扭角成形时，两侧出现飞边的问题。并且，通过分批冲压成形，有效的防止局部失稳而起皱，从而使叶片的侧向小圆角精确成形到位。通过在第三预成型件浇注低熔点合金，形成预制件，使得预制件在扭角成形过程中，既保证低熔点合金支撑预制件型面，又可避免成形时预制件型面出现凹陷的缺陷，从而减小成形后叶片的回弹，保证叶片型面轮廓度的要求。
上述宽弦、空心叶片的成形工艺，采用第一次冲压预成形、第二次冲压预成形和第三次冲压预成形，即三次冲压，分三次冲压以使得叶片逐步成形，使预成型件形状逐步接近叶片的形状及尺寸，通过控制每道工序的变形量，有效控制成型后叶片型面回弹。利用线切割进行修边处理，以切除扭角成形后叶片的两端进行修边。上述灌蜡至形成第二预成型件、第三预成型件都需要除蜡，预制件在成形装置2上进行扭角成形也需要除低熔点合金。上述除蜡和除低熔点合金的方法相同：将浇注有蜡/低熔点合金的预成型件放在加热箱中加热至100℃左右，蜡/低熔点合金从预成型件型腔中流出，再在加热的清水中将预成型件清洗干净即可。
本实施例中，浇注低熔点合金的具体步骤包括：
将低熔点合金在加热装置中加热溶化；
将保护套装入到第三预成型件内，使保护套与第三预成型件内壁贴合；
将低熔点合金浇注到装有保护套的第三预成型件中，冷却，形成预制件。优选地，上述低熔点合金包括：铋、铅、锡、镉中的一种或多种。更优选地，铋50％、铅26.7％、锡13.3％、镉10％，低熔点合金的熔点是70℃，成型需要将已浇注的低熔点合金的预制件放在50℃～55℃的加热装置中加热5min。上述低熔点合金熔点不止一种，根据低熔点金属元素决定的。将上述低熔点合金先在电炉中加热，使得低熔点合金溶解，便于进行浇注。将保护套装入到第三预成型件，并与第三预成型件内壁紧密贴合，此时的保护套靠排气边放置。将融化的低熔点合浇注到装有保护套的第三预成型件中，待冷却成型后形成预制件。优选地，低熔点合金冷却后，采用电热丝切除第三预成型件的型腔外部露出的低熔点合金，形成预制件。可采用电热丝，电热丝温度为150℃以内，切除露出型腔外的低熔点合金，与第三预成型件的基体底面平齐，并保证凸出不大于0.3mm。
本实施例中，保护套采用聚乙烯保护套。低熔点合金的熔点为65℃～75℃。上述保护套在浇注低熔点合金时，保证流动状态下的低熔点合金不会从第三预成型件的型腔中流出。如果不采用保护套，则需要用合适的堵头堵住第三预成型件一端，从另一端浇注低熔点合金，由于第三预成型件截面形状不规则，需要额外配置相匹配的堵头，导致加工成本增加。因此在浇注低熔点合金时，采用聚乙烯保护套比较合适，且价格低廉。
本实施例中，步骤S6还包括：将预制件放置在50℃～55℃恒温水槽中加热保温5min，以使得低熔点合金在预制件内部具有一定的支撑强度和流动性，再放置在成形装置2上进行扭角成形。上述浇注低熔点合金的预制件，先放置在恒温水槽中50℃～55℃保温5min。既保证预制件内部的低熔点合金具有一定的强度支撑预制件型面，避免成形时型面出现凹陷的缺陷；又保证低熔点合金在叶片扭角成形过程中具有一定的流动性，将多余的低熔点合金从预制件的两端流出，减小低熔点合金在成形过程中的变形抗力，减小成形后叶片的回弹，保证叶片的型面轮廓度要求。上述低熔点合金在水槽中加热后，屈服强度为10MPa左右，成形时可以支撑型面，防止叶片回弹。
本实施例中，步骤S6中的扭角成形包括以下步骤：
模具制备：根据需挤压成形的叶片轮廓制作出配合作用的凸模21和凹模22；
预制件安装定位：将预热的预制件安装并定位在凹模22的下冲头221的成型腔内；
叶片成型：驱使凸模21沿支板222导向作用缓慢下行，凸模21的上冲头211随凸模21缓慢下行挤压预制件，同时预制件挤受压变形将多余的低熔点合金从预制件两端流出，直至凸模21的限位柱212与支板222接触，此时预制件的外形面分别紧贴上冲头211的内壁面和下冲头221的内壁面，通过周向挤压应力与低熔点合金的支撑力共同作用下，使得预制件扭曲成形并使得预制件的两侧的小圆角成形到位，形成叶片。
上述扭角成形采用成形装置2处理，包括凸模21和凹模22。凸模21包括上冲头211、限位柱212和第三连接件213、导套214、凸模板215。导套214与限位柱212固定在凸模板215上，上冲头211通过第三连接件213安装固定在凸模板215上。凹模22包括下冲头221、支板222、第三连接件223、导柱224、凹模板225。导柱224固定凹模板225上，下冲头221通过第三连接件223安装固定在凹模板225上。上述上冲头211和下冲头221实现空心叶片的扭曲成形。上述支板222用于对上冲头211下行运动具有导向作用，防止上冲头211和下冲头221在分模面出现错位，形成叶片飞边。限位柱212控制凸模21下行运动的距离，从而控制上冲头211与下冲头221成形叶片的高度，防止涡流叶片叶型高度超差。上述导套214和导柱224保证模具的上、下模部分成形时精确导向，以保证上冲头211与下冲头221成形准确的位置关系，保证叶片尺寸要求。保护套用于浇注低熔点合金时，保证浇注的低熔点合金时不会从叶片的型腔中流出。
本实施例中，预制件安装定位具体包括以下步骤：凸模21固定在油压机的上滑块处，凹模22固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使凹模22和凸模21分离，将预制件安装并定位在凹模22的下冲头221的成型腔内。
上述凸模21固定在油压机的上滑块处，凹模22固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，上滑块带动凸模21向上运动，使凹模22和凸模21分离。将在恒温水槽中预热的预制件安装并定位在凹模22的下冲头221的成型腔内。驱动上滑块下行运动，带动凸模21向下运动，接触预制件进行挤压，同时预制件挤压变形将多余的低熔点合金从预制件两端流出，直至凸模21的限位柱212与支板222接触，完成涡流叶片的扭曲成形。
本实施例中，步骤S2中的收口处理具体包括以下步骤：
模具制备：依据管状毛坯需收口的轮廓和尺寸制作出配合作用的上模11、下模12和收口阴模13；
管状毛坯安装定位：将管状毛坯安装并定位在下模12的定位件121的容纳腔内；
管状毛坯收口处理；驱使上模11缓慢下行，上模11的冲头111随上模11缓慢下行并冲压管状毛坯向下运动，以使管状毛坯依次经过定位件121、收口阴模13，最终从下模12脱离，此时上模11的限位件112与下模12的定位件121贴合，以使冲头111下端面与定位件121的下端面间隔1mm～3mm，从而防止冲头111与收口阴模13相碰，并完成管状毛坯的收口处理。
上述收口处理采用收口装置，收口装置包括上模11、下模12和收口阴模13，上模11包括冲头111、限位件112、第一连接件113、安装板114、上模板115，冲头111和限位件112安装在安装板114上，安装板114通过第一连接件113固定在上模板115上，从而形成上模11。下模12包括定位件121、第二连接件122、下模板123，定位件121通过第二连接件122固定在下模板123上，收口阴模13与定位件121同轴并安装在下模板123的空腔内。定位件121用于安装并定位管状毛坯，从而保证管状毛坯在收口之前在模具定位准确。收口阴模13控制管状毛坯的直径尺寸。限位件112控制上模11缓慢下行运动的距离，防止冲头111与收口阴模13相碰。
本实施例中，管状毛坯安装定位具体包括以下步骤：上模11固定在油压机的上滑块处，下模12固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使上模11与下模12分离，将管状毛坯安装定位在下模12的定位件121的容纳腔内。上述上模11固定在油压机的上滑块处，下模12固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，带动上模11向上运动，使上模11与下模12分离，将管状毛坯安装定位在下模12的定位件121的容纳腔内，驱使上滑块向下运动，带动上模11向下运动，冲头压着管状毛坯依次经过定位件121、收口阴模13，当上模11的限位件112与下模12的定位件121贴合时，管状毛坯通过收口阴模13实现收口，此时，冲头111下端面与定位件121的下端面间隔1mm～3mm，冲头111不会进入收口阴模13内，有效防止冲头111与收口阴模13相碰，最后收口后的管状毛坯从下模板123出料。通过上述操作，完成一个管状毛坯的收口加工。
上述宽弦、空心叶片的成形工艺不仅适用于叶片，同样适用于具有便截面、宽弦、空心类钣金零件的成形。
根据本发明的另一方面，还提供了一种涡流叶片，采用上述宽弦、空心叶片的成形工艺制备而成。本发明的涡流叶片，通过宽弦、空心叶片的成形工艺获得的涡流叶片，有效的保证了涡流叶片的型面轮廓度要求，避免了由于两侧产生飞边而报废涡流叶片的现象。涡流叶片的合格率从30％提高到90％左右。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽弦、空心叶片的成形工艺，形成空间扭曲且侧向带小圆角的零件，小圆角分别为R1.1和R1的圆角，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将板料进行卷圆焊接处理，形成管状毛坯；
S2、将所述管状毛坯在收口装置(1)上进行收口处理，调节所述管状毛坯的径向尺寸；
S3、将收口后的所述管状毛坯进行第一次冲压预成形，形成两侧带有小圆角的第一预成型件；
S4、将所述第一预成型件灌蜡并进行第二次冲压预成形，形成第二预成型件；
S5、将所述第二预成型件灌蜡并进行第三次冲压预成形，形成第三预成型件
S6、在所述第三预成型件内浇注低熔点合金，形成预制件，将所述预制件在成形装置(2)上进行扭角成形，利用线切割进行修边处理，获得成形的叶片。
2.根据权利要求1所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述浇注低熔点合金的具体步骤包括：
将所述低熔点合金在加热装置中加热溶化；
将保护套装入到所述第三预成型件内，使所述保护套与所述第三预成型件内壁贴合；
将所述低熔点合金浇注到装有保护套的所述第三预成型件中，冷却，形成所述预制件。
3.根据权利要求2所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述保护套采用聚乙烯保护套；
所述低熔点合金的熔点为65℃～75℃。
4.根据权利要求3所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述低熔点合金冷却后，还包括：采用电热丝切除所述第三预成型件的型腔外部露出的所述低熔点合金，形成所述预制件。
5.根据权利要求1所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
步骤S6还包括：将所述预制件放置在50℃～55℃恒温水槽中加热保温5min，以使得所述低熔点合金在所述预制件内部具有一定的支撑强度和流动性，再放置在所述成形装置(2)上进行扭角成形。
6.根据权利要求5所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述步骤S6中的扭角成形包括以下步骤：
模具制备：根据需挤压成形的叶片轮廓制作出配合作用的凸模(21)和凹模(22)；
预制件安装定位：将预热的所述预制件安装并定位在所述凹模(22)的下冲头(221)的成型腔内；
叶片成型：驱使所述凸模(21)沿支板(222)导向作用缓慢下行，所述凸模(21)的上冲头(211)随凸模(21)缓慢下行挤压所述预制件，同时所述预制件受挤压变形将多余的所述低熔点合金从所述预制件两端流出，直至所述凸模(21)的限位柱(212)与支板(222)接触，此时所述预制件的外形面分别紧贴所述上冲头(211)的内壁面和所述下冲头(221)的内壁面，通过周向挤压应力与所述低熔点合金的支撑力共同作用下，使得所述预制件扭曲成形并使得所述预制件的两侧的小圆角成形到位，形成所述叶片。
7.根据权利要求6所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述预制件安装定位具体包括以下步骤：所述凸模(21)固定在油压机的上滑块处，所述凹模(22)固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使所述凹模(22)和所述凸模(21)分离，将所述预制件安装并定位在凹模(22)的下冲头(221)的成型腔内。
8.根据权利要求1所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述步骤S2中的收口处理具体包括以下步骤：
模具制备：依据所述管状毛坯需收口的轮廓和尺寸制作出配合作用的上模(11)、下模(12)和收口阴模(13)；
所述管状毛坯安装定位：将所述管状毛坯安装并定位在所述下模(12)的定位件(121)的容纳腔内；
所述管状毛坯收口处理；驱使所述上模(11)缓慢下行，所述上模(11)的冲头(111)随所述上模(11)缓慢下行并冲压所述管状毛坯向下运动，以使所述管状毛坯依次经过所述定位件(121)、收口阴模(13)，最终从所述下模(12)脱离，此时所述上模(11)的限位件(112)与所述下模(12)的定位件(121)贴合，以使所述冲头(111)下端面与所述定位件(121)的下端面间隔1mm～3mm，从而防止所述冲头(111)与所述收口阴模(13)相碰，并完成所述管状毛坯的收口处理。
9.根据权利要求8所述的宽弦、空心叶片的成形工艺，其特征在于，
所述管状毛坯安装定位具体包括以下步骤：
所述上模(11)固定在油压机的上滑块处，所述下模(12)固定在机床工作台面上，油压机驱动上滑块上行运动，从而使所述上模(11)与所述下模(12)分离，将所述管状毛坯安装定位在所述下模(12)的定位件(121)的容纳腔内。
10.一种涡流叶片，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的宽弦、空心叶片的成形工艺制备而成。
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