CN111687593A - 一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,属于变曲率回转体结构成型技术领域。本发明解决了现有的钛合金变曲率回转体结构钣金件成型过程中,板料受力不均匀,导致零件在变径处易起褶、减薄、板料开裂或者致使模具卡死无法开模的问题。选取两块板材利用凸凹模分别进行热压,每块板材的形状即为将零件从轴向对称分为两瓣后,每瓣展开后的形状,并且在每块板材上第一直筒段与锥筒段过渡区域对称增加筋板,板材的两端部均开设有定位孔,凸模的前后两端部各一体加工有定位销,凸模上第一直筒段与锥筒段过渡区域两侧分别一体加工有压延筋,热压前,板材通过两个定位孔对应插设在两个定位销上。
Description
技术领域
本发明涉及一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,属于变曲率回转体结构成型技术领域。
背景技术
航空产品中钛合金的使用量逐年加大,其中发动机中钛合金钣金件的占比也相对较大,而能够应用在航空发动机上的钣金件多数都为回转类零件,圆度要求也较高,如图3所示为钛合金变曲率回转体结构钣金件的典型代表,此零件应用于某型号航空发动机的防冰装置中,包括第一直筒段100、第一过渡圆角101(≥R100)、锥筒段102、第二过渡圆角103(≥R100)、第二直筒段104,所有型面的圆度均要求在0.3mm以内,型面所有线性尺寸均要求在0.2mm的公差范围内。
由于轴向方向上第一直筒段100半径小于锥筒段102半径,第二直筒段104半径大于锥筒段102半径(如图3示意),零件成形过程中,随着压力加载,零件凸凹模合模时大端(即第二直筒段104)先接触,导致板料受力不均匀,即产生板料错位,导致零件在变径处易起褶、减薄、板料开裂或者致使模具卡死无法开模。
发明内容
本发明是为了解决现有的钛合金变曲率回转体结构钣金件成型过程中,板料受力不均匀,导致零件在变径处易起褶、减薄、板料开裂或者致使模具卡死无法开模的问题,进而提供了一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,它包括如下步骤:
步骤一、分瓣成型:
选取两块板材利用凸凹模分别进行热压,每块板材的形状即为将零件从轴向对称分为两瓣后,每瓣展开后的形状,并且在每块板材上第一直筒段与锥筒段过渡区域对称增加筋板,板材的两端部均开设有定位孔,凸模的前后两端部各一体加工有定位销,凸模上第一直筒段与锥筒段过渡区域两侧分别一体加工有压延筋,热压前,板材通过两个定位孔对应插设在两个定位销上,热压过程中,通过定位销实现对板材的定位及前后拽料,通过筋板及压延筋增加成形过程中易起皱处的拉应力;
步骤二、两瓣焊接:
板材热压成形后,采用五轴激光切割机床和工装去除工艺余量后,再采用数控精铣零件断面,保证其粗糙度至少达到1.6,并且两瓣对接间隙小于0.1mm;焊前24小时进行酸洗,确保无杂质残留在母材上,同时对焊接工装进行严格清理,准备完毕后对两瓣进行焊接;
步骤三、整体校型:
在焊缝检验合格后,对零件表面进行清理,去除多余物然后进行真空应力松弛成形。
进一步地,步骤三中进行应力松驰成形的工装为专用工装,它包括设置在零件内侧的撑芯组件及设置在零件外侧的套筒组件,通过撑芯组件对零件进行径向支撑,通过套筒组件对零件轴向位置进行固定。
进一步地,所述撑芯组件包括内支撑芯、由内到外依次同轴套装在内支撑芯上部的第一外支撑芯、第二外支撑芯以及同轴套装在内支撑芯下部的第三外支撑芯,其中第一外支撑芯的内表面与内支撑芯的上部外表面之间以及第一外支撑芯的外表面与第二外支撑芯的内表面之间均为无间隙接触,且第一外支撑芯的外表面呈倒锥形,第二外支撑芯的外表面呈直筒形,零件上第一直筒段的内表面与第二外支撑芯的外表面无间隙接触;第三外支撑芯的顶端与第二外支撑芯的底端无间隙接触,且第三外支撑芯的外表面套装在其上的零件内表面随形设置。
进一步地,内支撑芯的中部加工有定位台阶,且所述定位台阶的顶面与第三外支撑芯的顶面位于同一水平面。
进一步地,所述内支撑芯为一体壳形结构。
进一步地,所述套筒组件包括由上到下依次套装在零件外部的第一外套筒、第二外套筒及第三外套筒,其中第一外套筒的内壁与零件的第一直筒段外壁和第一过渡圆角外壁随形设置,第二外套筒的内壁与零件的锥筒段外壁随形设置,第三外套筒的内壁与零件的第二过渡圆角外壁和第二直筒段外壁随形设置。
进一步地,每相临两个外套筒之间的间隙为2mm。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
板材成形过程中第一直筒段、锥筒段、第二直筒段同时受力,以此来约束板材与模具的相对位置,防止板材错位,促进板材在模具中的流动,减少成形缺陷。同时,根据板料在模具内部的流动规律,通过模拟计算展开料,并对零件尺寸进行适度放量下料,以及以保证零件成形后成形区外工艺余量部分内应力在可控范围,尽可能减小零件成形后回弹量。在整个成形过程中控制板料、模具均无颗粒夹杂物,保证零件表面质量,同时保证顺利开模。
通过本申请能够有效避免此类零件成形后产生褶皱缺陷,并能够有效的保证最终零件的圆度在0.3mm范围内。
附图说明
图1为凸模的立体结构示意图;
图2为板材的结构示意图;
图3为零件的主视示意图;
图4为用于进行应力松驰成形的工装结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1~4说明本实施方式,一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,它包括如下步骤:
步骤一、分瓣成型:
选取两块板材1利用凸凹模分别进行热压,每块板材1的形状即为将零件从轴向对称分为两瓣后,每瓣展开后的形状,并且在每块板材1上第一直筒段100与锥筒段102过渡区域对称增加筋板2,板材1的两端部均开设有定位孔3,凸模5的前后两端部各一体加工有定位销4,凸模5上第一直筒段100与锥筒段102过渡区域两侧分别一体加工有压延筋6,热压前,板材1通过两个定位孔3对应插设在两个定位销4上,热压过程中,通过定位销4实现对板材1的定位及前后拽料也能避免产生褶皱,通过筋板2及压延筋6增加成形过程中易起皱处的拉应力;本申请通过有限元数值模拟仿真,将板材1在模具中的成形位置做适当的角度调整,使板材1成形过程中受力均衡,板材1成形过程中第一直筒段 100、锥筒段102、第二直筒段104同时受力,以此来约束板材1与模具的相对位置,防止板材1错位,促进板材1在模具中的流动,减少成形缺陷。同时,根据板料在模具内部的流动规律,通过模拟计算展开料,并对零件尺寸进行适度放量下料,以及以保证零件成形后成形区外工艺余量部分内应力在可控范围,尽可能减小零件成形后回弹量。在整个成形过程中控制板料、模具均无颗粒夹杂物,保证零件表面质量,同时保证顺利开模。
通过本申请能够有效避免此类零件成形后产生褶皱缺陷,并能够有效的保证最终零件的圆度在0.3mm范围内。
本申请所述的有限元数值模拟仿真及模拟计算展开料的计算过程均为现有技术,此处不再赘述。
步骤二、两瓣焊接:
板材1热压成形后,采用五轴激光切割机床和工装去除工艺余量后,再采用数控精铣零件断面,保证其粗糙度至少达到1.6,并且两瓣对接间隙小于0.1mm;焊前24小时进行酸洗,确保无杂质残留在母材上,同时对焊接工装进行严格清理,准备完毕后对两瓣进行焊接;保证零件的整个焊接过程杂质对焊缝质量影响降低到最小程度。
步骤三、整体校型:
在焊缝检验合格后,对零件表面进行清理,去除多余物然后进行真空应力松弛成形。
步骤三中进行应力松驰成形的工装为专用工装,它包括设置在零件内侧的撑芯组件及设置在零件外侧的套筒组件,通过撑芯组件对零件进行径向支撑,通过套筒组件对零件轴向位置进行固定。通过所述进行应力松驰成形的工装,修正零件焊后产生的径向变形。
所述撑芯组件包括内支撑芯7、由内到外依次同轴套装在内支撑芯7上部的第一外支撑芯8、第二外支撑芯9以及同轴套装在内支撑芯7下部的第三外支撑芯10,其中第一外支撑芯8的内表面与内支撑芯7的上部外表面之间以及第一外支撑芯8的外表面与第二外支撑芯9的内表面之间均为无间隙接触,且第一外支撑芯8的外表面呈倒锥形,第二外支撑芯9的外表面呈直筒形,零件上第一直筒段100的内表面与第二外支撑芯9的外表面无间隙接触;第三外支撑芯10的顶端与第二外支撑芯9的底端无间隙接触,且第三外支撑芯10的外表面套装在其上的零件内表面随形设置。如此设计,将外支撑芯设置为分瓣结构,更易于工装的拆装。所述真空应力松弛成形的操作过程是现有技术,此处不再赘述。
内支撑芯7的中部加工有定位台阶11,且所述定位台阶11的顶面与第三外支撑芯10 的顶面位于同一水平面。通过定位台阶11限制第一外支撑芯8及第二外支撑芯9的向下的位移。
所述内支撑芯7为一体壳形结构。即内支撑芯7为中空结构,有效减轻工装重量。
所述套筒组件包括由上到下依次套装在零件外部的第一外套筒12、第二外套筒13及第三外套筒14,其中第一外套筒12的内壁与零件的第一直筒段100外壁和第一过渡圆角101外壁随形设置,第二外套筒13的内壁与零件的锥筒段102外壁随形设置,第三外套筒14的内壁与零件的第二过渡圆角103外壁和第二直筒段104外壁随形设置。
每相临两个外套筒之间的间隙为2mm。
Claims (7)
1.一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:它包括如下步骤:
步骤一、分瓣成型:
选取两块板材(1)利用凸凹模分别进行热压,每块板材(1)的形状即为将零件从轴向对称分为两瓣后,每瓣展开后的形状,并且在每块板材(1)上第一直筒段(100)与锥筒段(102)过渡区域对称增加筋板(2),板材(1)的两端部均开设有定位孔(3),凸模(5)的前后两端部各一体加工有定位销(4),凸模(5)上第一直筒段(100)与锥筒段(102)过渡区域两侧分别一体加工有压延筋(6),热压前,板材(1)通过两个定位孔(3)对应插设在两个定位销(4)上,热压过程中,通过定位销(4)实现对板材(1)的定位及前后拽料,通过筋板(2)及压延筋(6)增加成形过程中易起皱处的拉应力;
步骤二、两瓣焊接:
板材(1)热压成形后,采用五轴激光切割机床和工装去除工艺余量后,再采用数控精铣零件断面,保证其粗糙度至少达到1.6,并且两瓣对接间隙小于0.1mm;焊前24小时进行酸洗,确保无杂质残留在母材上,同时对焊接工装进行严格清理,准备完毕后对两瓣进行焊接;
步骤三、整体校型:
在焊缝检验合格后,对零件表面进行清理,去除多余物然后进行真空应力松弛成形。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:步骤三中进行应力松驰成形的工装为专用工装,它包括设置在零件内侧的撑芯组件及设置在零件外侧的套筒组件,通过撑芯组件对零件进行径向支撑,通过套筒组件对零件轴向位置进行固定。
3.根据权利要求2所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:所述撑芯组件包括内支撑芯(7)、由内到外依次同轴套装在内支撑芯(7)上部的第一外支撑芯(8)、第二外支撑芯(9)以及同轴套装在内支撑芯(7)下部的第三外支撑芯(10),其中第一外支撑芯(8)的内表面与内支撑芯(7)的上部外表面之间以及第一外支撑芯(8)的外表面与第二外支撑芯(9)的内表面之间均为无间隙接触,且第一外支撑芯(8)的外表面呈倒锥形,第二外支撑芯(9)的外表面呈直筒形,零件上第一直筒段(100)的内表面与第二外支撑芯(9)的外表面无间隙接触;第三外支撑芯(10)的顶端与第二外支撑芯(9)的底端无间隙接触,且第三外支撑芯(10)的外表面套装在其上的零件内表面随形设置。
4.根据权利要求3所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:内支撑芯(7)的中部加工有定位台阶(11),且所述定位台阶(11)的顶面与第三外支撑芯(10)的顶面位于同一水平面。
5.根据权利要求3或4所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:所述内支撑芯(7)为一体壳形结构。
6.根据权利要求5所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:所述套筒组件包括由上到下依次套装在零件外部的第一外套筒(12)、第二外套筒(13)及第三外套筒(14),其中第一外套筒(12)的内壁与零件的第一直筒段(100)外壁和第一过渡圆角(101)外壁随形设置,第二外套筒(13)的内壁与零件的锥筒段(102)外壁随形设置,第三外套筒(14)的内壁与零件的第二过渡圆角(103)外壁和第二直筒段(104)外壁随形设置。
7.根据权利要求6所述的一种钛合金变曲率回转体结构钣金件成型工艺,其特征在于:每相临两个外套筒之间的间隙为2mm。
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