CN113020391B - 高温合金流体介质超高压成形方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温合金流体介质超高压成形方法及装置，装置包括模具上座、模具下座、上模具、下模具和外部充流系统，方法为采用高压流体通过高压管接头注入到管材中，在管材内部形成一定的高压环境，与此同时上模具下行将坯料压弯，上模具下行速度与坯料内部压强匹配，最终将坯料压入上模具和下模具，使坯料和上模具、下模具表面贴合，得到最终构件。采用高温合金流体介质超高压成形方法得到的成形件各处壁厚分布均匀、表面质量好、成形精度高。实现了高温合金构件高精度、高效率、低成本成形，极大地拓宽充流体成形的应用领域，具有极为广阔的应用前景。

Description

高温合金流体介质超高压成形方法及装置
技术领域
本发明涉及航空宇航高温合金成形技术领域，更具体的说是涉及一种高温合金流体介质超高压成形方法及装置。
背景技术
高温合金因其优异的综合性能，以高温合金为原材料加工成的各种零件广泛应用于航空、航天、核工业、武器装备和能源等领域，其中管材和板料成形工艺是航空产品生产的一种重要手段。在航空、航天和武器装备等领域，为了保证构件在高温和高强载荷环境下的稳定性和力学性能，大部分构件具有复杂的空间结构。传统的刚性模成形工艺在制造高温合金构件时具有成形工序多、尺寸精度差、工序过程复杂、废品率高等缺点，严重影响高温合金构件的产品质量。因此，如何提供一种高温合金流体介质超高压成形方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为此，本发明的一个目的在于提出高温合金流体介质超高压成形方法，解决采用传统刚性模成形工艺在制造高温合金构件时具有成形工序多、尺寸精度差、工序过程复杂、废品率高的问题。
本发明提供了高温合金流体介质超高压成形方法，包括以下步骤：
S1、擦拭清理初始成形坯料的内外表面，防止杂质污染流体介质；
S2、模具的初始化安装调试完成后，上模具上行，将初始坯料底部放入到下模具的密封槽中，然后上模具下行，直到初始坯料顶部进入到上模具的密封槽中，上模具和下模具接触面处形成有扩张区；
S3、引入高压流体介质，将高压流体介质引入至初始坯料内部并保持一定的压强，上模具下行，对初始坯料形成一定的压力，将初始坯料压弯，同时在高压流体介质的作用下初始坯料未与模具接触的部分逐渐膨胀变粗；
S4、合模成形，上模具继续下行，直到上模具和下模具合模完毕，在高压流体介质的作用下，初始坯料与上模具和下模具表面紧密贴合，初始坯料外形与扩张区形状相吻合实现高温合金的精密成形；
S5、泄压脱模，将成形件内部的流体介质排出，上模具上行将成形件取出，切除工艺补充面获得最终成形件；
S6、重复步骤S1-S5，实现高温合金流体介质超高压批量成形。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了高温合金流体介质超高压成形方法，本发明采用流体介质超高压成形技术在成形高温合金管类和板类构件时，无需传统刚性凸模或凹模，可成形形状复杂、精度要求高的大型构件，且可以有效提高管材或板材的成形性能。可有效降低高温合金管材或板材在成形过程中出现的回弹、变形、起皱、破裂等缺陷，实现高温合金管材或板材的高精度、高效率、同时降低了成形成本。
进一步地，S2中上模具和下模具接触面处形成的扩张区形状与成形件形状相吻合，由此在高压成形中可形成精度高的复杂形状。
进一步地，S3中引入的高压流体介质为高温流体介质或常温流体介质。
本发明的另一目的在于提供了高温合金流体介质超高压成形装置，包括：
上模具，所述上模具与模具上座固定；且其内腔与所述模具上座形成上密封槽；
下模具，所述下模具与模具下座固定；且其内腔与所述模具下座形成下密封槽；所述上密封槽和所述下密封槽内用于放置初始成形坯料，所述上模具和所述下模具接触面具有使胚料成形的扩张区域B；高压流体介质经所述模具下座进入初始成形坯料内部施压，使初始成形坯料高压变形后与所述扩张区域B贴合成形。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了高温合金流体介质超高压成形装置，本发明通过在模具中引入流体介质超高压成形技术在成形高温合金管类和板类构件时，无需传统刚性凸模或凹模，可成形形状复杂、精度要求高的大型构件，且可以有效提高管材或板材的成形性能。可有效降低高温合金管材或板材在成形过程中出现的回弹、变形、起皱、破裂等缺陷，实现高温合金管材或板材的高精度、高效率、同时降低了成形模具成本。
进一步地，所述模具下座底部开设有孔，所述孔内密封安装有高压接头，所述高压接头将外部高压流体介质引入初始成形坯料内。孔可为螺纹孔，高压接头通过螺纹与孔配合；或锥形孔，高压接头与锥形孔过盈配合；显然地，高压接头可拆卸的方式容易实现更换。
进一步地，所述孔内设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈，由此保证孔和高压接头之间的密封。
进一步地，所述扩张区域B具有局部圆角特征，有利于形成精度高的复杂形状。
进一步地，所述上模具通过上紧固螺钉与所述模具上座固定；所述下模具通过下紧固螺钉与所述模具下座固定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的高温合金流体介质超高压成形装置的结构示意图；
图2附图示出了上模具下行初始成形坯料变形的示意图；
图3附图示出了上模具和下模具扣合后初始成形坯料成形的示意图；
图4附图示出了模具下座和高压接头的连接示意图；
图5附图示出了初始成形坯料在模具内逐渐加压变形至成形的形状变化示意图；
图中：100-上模具，101-模具上座，102-上紧固螺钉，200-下模具，201-模具下座，202-下紧固螺钉，300-初始成形坯料，400-高压接头，500-密封圈，B-扩张区域。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
由于传统刚性模成形工艺在制造高温合金构件时具有成形工序多、尺寸精度差、工序过程复杂、废品率高。因此本发明实施例公开了高温合金流体介质超高压成形方法，解决上述问题，包括以下步骤：
S1、擦拭清理初始成形坯料的内外表面；
S2、模具的初始化安装调试完成后，上模具上行，将初始坯料底部放入到下模具的密封槽中，然后上模具下行，直到初始坯料顶部进入到上模具的密封槽中，上模具和下模具接触面处形成有扩张区；
S3、引入高压流体介质，将高压流体介质引入至初始坯料内部并保持一定的压强，上模具下行，对初始坯料形成一定的压力，将初始坯料压弯，同时在高压流体介质的作用下初始坯料未与模具接触的部分逐渐膨胀变粗；
S4、合模成形，上模具继续下行，直到上模具和下模具合模完毕，在高压流体介质的作用下，初始坯料与上模具和下模具表面紧密贴合，初始坯料外形与扩张区形状相吻合实现高温合金的精密成形；
S5、泄压脱模，将成形件内部的流体介质排出，上模具上行将成形件取出，切除工艺补充面获得最终成形件；
S6、重复步骤S1-S5，实现高温合金流体介质超高压批量成形。
其中，S2中上模具和下模具接触面处形成的扩张区形状与成形件形状相吻合。S3中引入的高压流体介质为高温流体介质或常温流体介质。
参见附图1-5，本发明提供了高温合金流体介质超高压成形装置，包括：
上模具100，上模具100与模具上座101固定；且其内腔与模具上座101形成上密封槽；
下模具200，下模具200与模具下座201固定；且其内腔与模具下座201形成下密封槽；上密封槽和下密封槽内用于放置初始成形坯料300，上模具100和下模具200接触面具有使胚料成形的扩张区域B；高压流体介质经模具下座201进入初始成形坯料300内部施压，使初始成形坯料300高压变形后与扩张区域B贴合成形。
本发明公开提供了高温合金流体介质超高压成形装置，本发明通过在模具中引入流体介质超高压成形技术在成形高温合金管类和板类构件时，无需传统刚性凸模或凹模，可成形形状复杂、精度要求高的大型构件，且可以有效提高管材或板材的成形性能。可有效降低高温合金管材或板材在成形过程中出现的回弹、变形、起皱、破裂等缺陷，实现高温合金管材或板材的高精度、高效率、同时降低了成形模具成本。
参见附图4，模具下座201底部开设有孔，孔内密封安装有高压接头400，高压接头400将外部高压流体介质引入初始成形坯料300内。孔可为螺纹孔，高压接头通过螺纹与孔配合；或锥形孔，高压接头与锥形孔过盈配合；显然地，高压接头可拆卸的方式容易实现更换。
有利的是，孔内设置有密封槽，密封槽内设置有密封圈500，保证孔和高压接头之间的密封。
上述实施例中，扩张区域B具有局部圆角特征。有利于形成精度高的复杂形状。
上述实施例中，上模具100通过上紧固螺钉102与模具上座101固定；下模具200通过下紧固螺钉202与模具下座201固定。
本发明针对高温合金成形难度大、成形压力大、成形精度差的问题。高压流体通过高压管接头注入到管材中，在管材内部形成一定的高压环境，与此同时上模具下行将坯料压弯，上模具下行速度与坯料内部压强匹配，最终将坯料压入上模具和下模具，使坯料和上模具、下模具表面贴合，得到最终构件。采用高温合金流体介质超高压成形方法得到的成形件各处壁厚分布均匀、表面质量好、成形精度高。该发明采用超高压成形技术制备高温合金构件，实现了高温合金构件高精度、高效率、低成本成形，极大地拓宽充流体成形的应用领域，具有极为广阔的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.高温合金流体介质超高压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、擦拭清理初始成形坯料的内外表面；
S2、模具的初始化安装调试完成后，上模具上行，将初始坯料底部放入到下模具的密封槽中，然后上模具下行，直到初始坯料顶部进入到上模具的密封槽中，上模具和下模具接触面处形成有扩张区；
S3、从下模具底部的高压接头引入高压流体介质，将高压流体介质引入至初始坯料内部并保持一定的压强，上模具下行，对初始坯料形成一定的压力，将初始坯料压弯，同时在高压流体介质的作用下初始坯料未与模具接触的部分逐渐膨胀变粗；
S4、合模成形，上模具继续下行，直到上模具和下模具合模完毕，在高压流体介质的作用下，初始坯料与上模具和下模具表面紧密贴合，初始坯料外形与扩张区形状相吻合实现高温合金的精密成形；
S5、泄压脱模，将成形件内部的流体介质排出，上模具上行将成形件取出，切除工艺补充面获得最终成形件；
S6、重复步骤S1-S5，实现高温合金流体介质超高压批量成形。
2.根据权利要求1所述的高温合金流体介质超高压成形方法，其特征在于，S2中上模具和下模具接触面处形成的扩张区形状与成形件形状相吻合。
3.根据权利要求1所述的高温合金流体介质超高压成形方法，其特征在于，S3中引入的高压流体介质为高温流体介质或常温流体介质。
4.高温合金流体介质超高压成形装置，其特征在于，包括：
上模具(100)，所述上模具(100)与模具上座(101)固定；且其内腔与所述模具上座(101)形成上密封槽；
下模具(200)，所述下模具(200)与模具下座(201)固定；且其内腔与所述模具下座(201)形成下密封槽；所述上密封槽和所述下密封槽内用于放置初始成形坯料(300)，所述上模具(100)和所述下模具(200)接触面具有使胚料成形的扩张区域(B)；高压流体介质经所述模具下座(201)进入初始成形坯料(300)内部施压，使初始成形坯料(300)高压变形后与所述扩张区域(B)贴合成形；其中，所述模具下座(201)底部开设有孔，所述孔内密封安装有高压接头(400)，所述高压接头(400)将外部高压流体介质引入初始成形坯料(300)内。
5.根据权利要求4所述的高温合金流体介质超高压成形装置，其特征在于，所述孔内设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈(500)。
6.根据权利要求4所述的高温合金流体介质超高压成形装置，其特征在于，所述扩张区域(B)具有局部圆角特征。
7.根据权利要求4所述的高温合金流体介质超高压成形装置，其特征在于，所述上模具(100)通过上紧固螺钉(102)与所述模具上座(101)固定；所述下模具(200)通过下紧固螺钉(202)与所述模具下座(201)固定。
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