CN112387820A - 一种gh4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GH4169镍基高温合金卡箍弯曲成形方法，具体步骤如下：选用GH4169镍基高温合金材料，进行落料并加工成两端带有耳圆的条带；预成形加工：将两端带有耳圆的条带放置到W型预弯曲模具上进行冲压，得到两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带；成形加工：将两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带放置到O型弯曲成形模具上进行冲压，得到完全成形的箍带。本发明在达到保证产品质量的前提下，提高了零件精度；通过分两步成形减少了回弹对箍带精度的影响；减少了弯曲成形造成的应力集中，增加使用寿命，提升了工作生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金冲压成型技术领域，具体为一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法。
背景技术
导管卡箍在飞机管路系统上应用比较普遍，由于飞机管路系统工作环境较为复杂，管路系统对卡箍类零件有较高的密封性、抗高温高压以及抗冲击等要求，因此在卡箍的材料、结构、质量等方面要求较高。因此在要求导管卡箍有较好的密封性和较准确的对中性，抗高温高压变形、抵抗热冲击，抵抗各种工作载荷等工作条件下，高温导管卡箍能够在一定程度上满足其应用要求，降低产品使用过程中由于各种工作条件而引起的危险，保证产品使用过程中各项工作的正常的运行。目前国内飞机的管路连接系统一般由胶管连接和导管连接为主，但由于飞机燃油管路的工作环境复杂，在管路连接零件的加工以及安装维护方面依旧面临较多困难，尽管管路系统以及进行多次更新换代，但其工作缺陷依旧不可忽视。
箍带的耳圆在成形过程中重叠部分容易产生错位，导致箍带在使用时产生局部应力集中；耳圆重叠部分的贴合度不易保证，导致箍带在焊接时产生应力，影响卡箍使用寿命。针对箍带成形的难点，设计专用围圆工装，研究箍带围圆一次成形工艺及耳圆精确成形工艺，是迫在眉睫的要求。作为航空导管卡箍的组成之一，箍带是整个卡箍的支撑，承受锁紧力。因此，箍带成形质量至关重要。对于不同结构、高精度等级的零件，所涉及到的工艺方法往往是多种工艺相互配合完成，本发明所研究的弯曲工艺主要以压弯和滚弯为主，由于零件精度要求较高，需要对弯曲工艺进行具体的分析，对弯曲过程要有足够的了解。本发明所进行的弯曲工艺，弯曲半径较大，会出现较大的回弹现象，通过对相关内容的学习，对其工艺路线进行了具体分析。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，通过采用两套模具分两步步冲压条带，充分考虑到加工过程中的回弹对零件精度的影响，以期达到保证产品质量的前提下，确保零件精度，提高生产设备生产效率的工艺优化目标。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，具体步骤如下：
(A)选用GH4169镍基高温合金材料，进行落料并加工成两端带有耳圆的条带；
(B)预成形加工：将两端带有耳圆的条带放置到W型预弯曲模具上进行冲压，得到两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带；
(C)成形加工：将两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带放置到O型弯曲成形模具上进行冲压，得到完全成形的箍带。
进一步地，步骤(B)中的W型预弯曲模具包括两端为圆弧凸起、中部为圆弧凹陷的W型上模具、以及两端为圆弧凹陷、中部为圆弧凸起的W型下模具，所述W型上模具与W型下模具上的圆弧凸起、圆弧凹陷相对应。
进一步地，所述W型上模具、W型下模具上的圆弧凸起、圆弧凹陷均为110°。
进一步地，步骤(C)中的O型弯曲成形模具包括上模具、下模具，所述上模具为圆柱型凸起，所述下模具为两个左右对称分布且开有固定孔的围圆板，两个围圆板与上模具对应分布。
本发明的有益效果是：
本发明在达到保证产品质量的前提下，提高了零件精度；通过分两步成形减少了回弹对箍带精度的影响；减少了弯曲成形造成的应力集中，增加了使用寿命，提升了工作生产效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明中W型预弯曲模具的结构示意图；
图2为本发明中W型预弯曲模具加工示意图；
图3为本发明中箍带预加工后的结构示意图；
图4为本发明中O型弯曲成形模具的结构示意图；
图5为本发明中O型弯曲成形模具加工示意图；
图6为本发明中箍带成形后的结构示意图；
图7为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.2S时的条带应力云图；
图8为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.2S时的条带对数应变云图；
图9为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.02S时的条带应力云图；
图10为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.02S时的条带对数应变云图；
图11为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.002S时的条带应力云图；
图12为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.002S时的条带对数应变云图；
图13为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中最大应力与冲压时间的示意图；
图14为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.2S时的条带回弹云图；
图15为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.02S时的条带回弹云图；
图16为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中T＝0.002S时的条带回弹云图；
图17为本发明进行仿真分析W型弯曲过程中回弹角度随冲压时间的变化规律示意图；
图18为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.2S时的条带应力云图；
图19为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.2S时的条带对数应变云图；
图20为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.02S时的条带应力云图；
图21为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.02S时的条带对数应变云图；
图22为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.002S时的条带应力云图；
图23为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.002S时的条带对数应变云图；
图24为为本发明进行仿真分析O型围圆过程中最大应力与冲压时间的示意图；
图25为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.2S时的条带回弹云图；
图26为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.02S时的条带回弹云图；
图27为本发明进行仿真分析O型围圆过程中T＝0.002S时的条带回弹云图；
图28为本发明进行仿真分析O型围圆过程中回弹角度随冲压时间的变化规律示意图。
图中：11、W型上模具；12、W型下模具；21、上模具；22、下模具。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，具体步骤如下：
(A)选用GH4169镍基高温合金材料，进行落料并加工成两端带有耳圆的条带。
(B)预成形加工：将两端带有耳圆的条带放置到W型预弯曲模具上进行冲压，得到两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带。
(C)成形加工：将两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带放置到O型弯曲成形模具上进行冲压，得到完全成形的箍带。
作为本发明的进一步改进，GH4169镍基高温合金是650℃以下的屈服强度居变形高温合金首位，具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能以及良好的加工性能、焊接性能。
作为本发明的进一步改进，步骤(B)中的W型预弯曲模具包括两端为圆弧凸起、中部为圆弧凹陷的W型上模具11、以及两端为圆弧凹陷、中部为圆弧凸起的W型下模具12，所述W型上模具11与W型下模具12上的圆弧凸起、圆弧凹陷相对应。
作为本发明的进一步改进，所述W型上模具11、W型下模具12上的圆弧凸起、圆弧凹陷均为110°。
所述W型上模具11、W型下模具12的宽度为40mm。
W型预弯曲模具冲压过程：将两端带有耳圆的条带如图2所示放在W型下模具12上，通过液压机带动W型上模具11向下冲压，得到如图3所示的两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带。
作为本发明的进一步改进，步骤(C)中的O型弯曲成形模具包括上模具21、下模具22，所述上模具21为圆柱型凸起，所述下模具22为两个左右对称分布且开有固定孔的围圆板，两个围圆板与上模具21对应分布。
所述上模具21的直径为44mm。
所述O型弯曲成形模具冲压过程：将两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带如图5所示，放置在O型弯曲成形模具中，通过上模具21向下冲压，使得上模具21与下模具22结合，同时左右两侧的围圆板合拢保证箍带形状，得到如图6所示的箍带成品。
本发明利用两套模具通过两步成形方法进行冲压箍带，减少了回弹对箍带精度的影响。
本发明通过仿真分析，计算两套模具对箍带进行成型冲压过程中应力的变化，以此来证明本方法减少了回弹对箍带精度的影响。
在仿真过程中，分别设置了分析步时间T＝0.2s、T＝0.02s、T＝0.002s，对应冲压速度分别为0.07m/s、0.7m/s、7m/s，研究冲压速度对其应力应变的影响。
W型弯曲：
如图7所示，为T＝0.2S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1038MPa，最小应力为6.039MPa，其中最大应力主要分布在靠近耳圆部分，最小应力则在三段圆弧交界处，其余部分应力在600MPa以上。
如图8所示，为T＝0.2S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.0273，最小应变为0.000151，其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分，最小应变分布在左右两段圆弧上。
如图9所示，为T＝0.02S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1002MPa，最小应力为7.909MPa，其中最大应力主要分布在靠近耳圆部分以及三段圆弧的交界处，最小应力分布在三段圆弧带状上。
如图10所示，为T＝0.02S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.02807，最小应变为0.0002495，其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分，最小应变主要分布在左右两段圆弧之上。
如图11所示，为T＝0.002S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1237MPa，最小应力为1.452MPa。其中最大应力主要分布在三道圆弧的底部，最小应力带状分布在三道圆弧上。
如图12所示，为T＝0.002S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.04623,最小应变为0.0005766。其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分，最小应变在左右两端圆弧之上呈阶梯分布。
对比三种冲压时间下的条带受到的最大应力，由图13可知，当冲压时间为0.002S时，最大应力为1237MPa，冲压时间为0.2S、0.02S时的最大应力接近，三者比较之下，7m/s的冲压速度更适合箍带成形。
如图14所示，为当T＝0.2S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为13.6°。
如图15所示，为当T＝0.02S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为13.03°。
如图16所示，为当T＝0.002S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为12.46°。
以上进行了不同时间的冲压速度的回弹仿真，由于材料本身具有较好的弹性性能，成形过程中出现回弹的现象不可避免，尽可能选取较好的冲压速度可以减少回弹对条带的质量的影响，经过仿真对比发现，三个时间段内，在0.002S与0.02S的冲压速度之下，两者回弹角度向将对较小，0.2S的冲压速度回弹角很大，基本恢复为材料没有进行弯曲前的状态。
如图17所示，随着冲压时间的增加，条带回弹角在不断增大，相比较之下，0.002s所对应的冲压速度之下，零件回弹最小。
O型围圆：
如图18所示，为T＝0.2S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1190MPa，最小应力为8.036MPa，其中最大应力主要分布在靠近耳圆部分，最小应力则在成形后的圆弧上成带状分布。
如图19所示，为T＝0.2S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.02514，最小应变为0.002778，其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分，最小应变均匀分布，条带整体应变较小。从图16中可知，条带在仿真过程中，以压应变为主。
如图20所示，为T＝0.02S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1085MPa，最小应力为9.065MPa，其中最大应力主要分布在左右两段圆弧中部，最小应力则在成形后的两段圆弧弯曲交界处。
如图21所示，为T＝0.02S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.009851,最小应变为0.000657。其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分和零件宽度方向的两侧，最小应变则在零件宽度方向的中部,零件整体应变较小，总体以压应变为主。
如图22所示，为T＝0.002S时的应力分布云图，此时条带所受的最大应力为1548MPa,最小应力为9.387MPa。其中最大应力主要分布在靠近右侧圆弧中部，最小应力则以斑点状在分散在围圆上。
如图23所示，为T＝0.002S时的对数应变云图，此时条带所受的最大应变为0.08424,最小应变为0.005513。其中最大应变主要分布在靠近耳圆部分，最小应变则阶梯状分布在围圆上。其中从对数应变云图可以看出，零件整体以拉应变为主，其中压应变以斑点状分布在围圆各个部位。
对比三种冲压时间下的条带所受到的最大应力，由图24可知，当冲压时间为0.002S时，最大应力为1026MPa，与冲压时间为0.2S时的最大应力接近，而冲压时间为0.02S时，最大应力为805MPa，三者比较之下，7m/s的冲压速度更适合零件成形。
如图25所示，为当T＝0.2S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为82.5°。由于本次仿真所进行的是冷冲压仿真，冲压成形速度快，材料具有较好的弹性性能，变形量过大。
如图26所示，为当T＝0.02S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为62°。与T＝0.2S时所得到的回弹变形云图相比，本次回弹仿真所得到的结果回弹角明显变小。
如图27所示，为当T＝0.002S时，此时条带的回弹变形云图，在仿真过程中，固定左端耳圆重合部分，测定其回弹角度，经过测量得到此时的回弹角度为5.5°。与T＝0.02S时所得到的回弹变形云图相比，本次回弹仿真所得到的结果回弹角明显变小，围圆部分基本满足期望要求。
如图28所示，经过仿真对比发现，三个时间段内，在0.2S与0.02S的冲压速度之下，两者回弹角相对较大，无法满足零件质量要求，0.002S的冲压速度回弹角很小，围圆基本与希望箍带尺寸差距较小。
因此，与现有技术相比，本发明通过利用两套模具对箍带分两步加工，明显地减少了回弹对箍带精度的影响以及弯曲成形造成的应力集中，增加了使用寿命，提升了工作生产效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，其特征在于：具体步骤如下：
(A)选用GH4169镍基高温合金材料，进行落料并加工成两端带有耳圆的条带；
(B)预成形加工：将两端带有耳圆的条带放置到W型预弯曲模具上进行冲压，得到两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带；
(C)成形加工：将两端带有耳圆且呈W型弯曲结构的条带放置到O型弯曲成形模具上进行冲压，得到完全成形的箍带。
2.根据权利要求1所述的一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，其特征在于：步骤(B)中的W型预弯曲模具包括两端为圆弧凸起、中部为圆弧凹陷的W型上模具(11)、以及两端为圆弧凹陷、中部为圆弧凸起的W型下模具(12)，所述W型上模具(11)与W型下模具(12)上的圆弧凸起、圆弧凹陷相对应。
3.根据权利要求2所述的一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，其特征在于：所述W型上模具(11)、W型下模具(12)上的圆弧凸起、圆弧凹陷均为110°。
4.根据权利要求1所述的一种GH4169镍基高温合金箍带弯曲成形方法，其特征在于：步骤(C)中的O型弯曲成形模具包括上模具(21)、下模具(22)，所述上模具(21)为圆柱型凸起，所述下模具(22)为两个左右对称分布且开有固定孔的围圆板，两个围圆板与上模具(21)对应分布。
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