CN113714375B - 一种复杂薄壁零件的随动成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂薄壁零件的随动成形方法，涉及航空宇航制造技术领域，包括以下步骤：步骤一，设计并安装模具及充液成形设备；步骤二，准备待加工板料与强势板；步骤三，向模具的液室内进行前期充液；步骤四，将待加工板料与强势钢板放置并合理定位；步骤五，设置一次压边力参数，上模下行；步骤六，待加工板料成形出半成形零件；步骤七，将半成形零件和强势板取出；步骤八，将半成形零件放回液室并定位；步骤九，进行二次充液整形，半成形零件成形出完整零件；步骤十，泄压开模，取出完整零件；步骤十一，切除多余部位，得到最终零件。本发明解决了材料塑性变形导致的附加特征出现与起皱等问题，提高充液一体化成形复杂薄壁零件的成品率。

Description

一种复杂薄壁零件的随动成形方法
技术领域
本发明涉及航空宇航制造技术领域，特别是涉及一种复杂薄壁零件的随动成形方法。
背景技术
随着我国航空工业制造领域的不断发展，飞机结构轻量化、成形一体化成为了制造行业必不可少的研究内容。因此，具有一些高性能、高利用率的复杂小特征的薄壁零件正在逐渐占据航空制造的广阔市场。但传统的加工方法工序较多，并且过程控制严格，对一些小特征的成形较为困难，常需要后期人工修整，大大降低了零件成形效率。同时，铝合金以其特有的密度低、塑性好等优点而被广泛应用于减重部件，因此对零件表面质量和加工精度提出了更高的要求。
充液成形在极大提高零件加工效率的同时可很好地保证零件表面质量，但是在应用铝合金等屈服能力较低的金属板材加工时，由于在较复杂的特征处容易前期流料过多，板料在未成形出最终特征前已经发生塑性变形，后期板料难以继续均匀变形而造成材料堆积、特征成形不完全、出现附加特征、起皱等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂薄壁零件的随动成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，以解决充液成形过程中材料塑性变形导致的附加特征出现与起皱等问题，可大大提高充液一体化成形复杂薄壁零件的成品率，避免后期敲修，大大提高生产效率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种复杂薄壁零件的随动成形方法，包括以下步骤：
步骤一，设计并安装模具及充液成形设备；
步骤二，准备待加工板料与强势板；
步骤三，向所述模具的液室内进行前期充液；
步骤四，将所述待加工板料与所述强势板放置在所述液室中并合理定位；
步骤五，设置一次压边力参数，上模下行；
步骤六，按设定工艺路线进行主动式充液成形，直至所述待加工板料成形出所需零件型面形成半成形零件；
步骤七，泄压开模，将所述半成形零件和所述强势板取出；
步骤八，将所述半成形零件放回所述液室并准确定位；
步骤九，启动充液成形设备进行二次充液整形，设置合适的二次压边力参数，所述上模下行，按照已设定好的加载路线进行主动式充液成形，直至所述半成形零件成形出完整零件；
步骤十，泄压开模，取出所述完整零件；
步骤十一，切除多余部位，得到最终零件。
优选地，所述步骤一中，所述模具包括上模和下模，所述下模设置有所述液室，所述液室用于盛放充液成形设备充入的液体。
优选地，所述步骤一中，所述液室内设置有内压边圈凸台。
优选地，所述步骤一中，所述下模的四角处设置有限位块，所述限位块与所述下模能够拆卸地连接。
优选地，所述步骤二中，所述待加工板料与所述强势板的外轮廓尺寸相同。
优选地，所述步骤二中，在所述待加工板料的上表面贴有薄膜。
优选地，所述步骤二中，所述强势板的屈服强度比所述待加工板料的屈服强度高。
优选地，所述步骤四中，在所述待加工板料的上表面涂抹一层润滑油。
优选地，所述步骤五和所述步骤九中，压边间隙由限位块确定，所述压边间隙为所述待加工板料与所述强势板的厚度之和的1.1倍。
优选地，所述步骤六和所述步骤九中，所述一次压边力和所述二次压边力均随所述液室压力增大而增大。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的复杂薄壁零件的随动成形方法是在传统主动式充液成形工艺基础上进行改良，通过增设强势板以抑制充液成形过程中待加工板料起皱，从而大大提高零件成形质量。本发明的方法可根据不同的零件所需的待加工板料的特性更换比其强度更高的强势板进行随动成形，强势板的厚度与屈服强度可根据材料成本、实际加工结果等进行适当更换，一次压边力和二次压边力可根据实际情况选用，具有良好的适用性。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为采用本发明提供的复杂薄壁零件的随动成形方法所成形的复杂薄壁零件示意图；
图2为本发明提供的复杂薄壁零件的随动成形方法采用的模具示意图；
图3为本发明的下模示意图；
图4为本发明的待加工板料和强势板相对位置放置图；
其中：1-零件型面；2-下模；3-限位块；4-上模；5-内凹状充液孔；6-内压边圈凸台；7-待加工板料；8-强势板；9-液室。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种复杂薄壁零件的随动成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，以解决充液成形过程中材料塑性变形导致的附加特征出现与起皱等问题，可大大提高充液一体化成形复杂薄壁零件的成品率，避免后期敲修，大大提高生产效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图4所示：本实施例提供了一种复杂薄壁零件的随动成形方法，本实施例的待加工板料7选用2A12铝合金，厚度0.5mm，具有低密度、塑性好等特点，强势板8选用钢板，包括以下步骤：
步骤一，根据设计要求，将加工完好的模具安装在充液成形设备上，并在模具上安装合适的限位块3，对充液成形设备及液压系统进行调试；
步骤一中，模具包括上模4和下模2，上模4为凹模，下模2为凸模，下模2设置有液室9，液室9用于盛放充液成形设备充入的液体，液室9底部的一侧设置有内凹状充液孔5；液室9中央对称分布有内压边圈凸台6，内压边圈凸台6用于压住待加工板料7的下表面，防止起皱；下模2的四角处设置有限位块3，以保证合适的压边间隙，限位块3与下模2能够拆卸地连接；
步骤二，按照零件成形要求，设计合适尺寸、形状的待加工板料7与强势板8；
步骤二中，待加工板料7与强势板8的外轮廓尺寸相同；强势板8的屈服强度比待加工板料7的屈服强度高，强势板8的选取，可根据具体待加工板料7的屈服强度进行对比分析，更换为比实际加工零件所需板料更为强势的板料；在待加工板料7的上表面的易破裂的位置贴有薄膜，薄膜为特氟龙薄膜；
步骤三，开启增压泵，向模具的液室9内充入液体至液体未从液室9的内凹槽边缘溢出且未溢上内压边圈凸台6为止；
步骤四，将强势板8放置在液室9上方，在强势板8上方放置待加工板料7，使待加工板料7的下表面与强势板8的上表面贴合，根据模具位置合理定位强势板8和待加工板料7；
步骤四中，在待加工板料7的上表面的薄膜上涂抹一层润滑油，以减小摩擦阻力；
步骤五，启动充液成形设备进行一次充液整形，设置合适的一次压边力参数，使上模4按照既定速度下行直至压边圈压紧待加工板料7，压边间隙由限位块3确定；
步骤六，初始保持一定的一次压边力，然后按照已设定好的加载路线交替增大液室压力与一次压边力参数，进行主动式充液成形，直至待加工板料7成形出所需零件型面1形成半成形零件；
步骤六中，一次压边力的初始值为20吨，最大值为250吨，最大液室压力为25MPa；
步骤七，泄压抽液，上模4上行，使插销复位，将半成形零件和强势板8取出；
步骤八，将半成形零件按照模具型面放回液室9并准确定位，在半成形零件的上表面涂抹润滑油；
步骤九，启动充液成形设备进行二次充液整形，设置合适的二次压边力参数，使上模4按照既定速度下行直至压边圈压紧半成形零件，压边间隙由限位块3确定；初始保持一定的二次压边力，然后按照已设定好的加载路线交替增大液室压力与二次压边力参数，进行主动式充液成形，直至半成形零件成形出完整零件；
步骤九中，二次压边力的值大于一次压边力的值，二次充液整形时最大液室压力为20MPa；
步骤五和步骤九中，压边间隙为待加工板料7与强势板8的厚度之和的1.1倍；
步骤六和步骤九中，一次压边力和二次压边力均为可变压边力，一次压边力和二次压边力均随液室压力增大而增大；
步骤十，泄压开模，插销复位，关闭充液成形设备电源，取出已加工好的完整零件；
步骤十一，撕去完整零件表面的薄膜并将残余的液压油擦拭干净，激光切割切除多余部位，得到最终零件。
工作过程中，可在待加工板料7上表面易破裂的位置贴一层特氟龙薄膜、涂抹一层润滑油以减小摩擦阻力，防止零件成形过程由于待加工板料7进料不足导致破裂。设计可更换的限位块3可按照具体铺板厚度与工艺参数进行压边间隙的调节。二次充液整形可保证随动成形强势板8造成的待加工板料7小特征成形完全，保证最终零件特征精度要求。
本实施例是通过对成形工艺进行改良，通过确定合适的压边间隙，在液体与待加工板料7之间增设一层比待加工板料7屈服强度更高的强势板8进行随动成形，然后取出刚性板料进行二次充液整形。在刚性模具与强势板8的抑制下，屈服能力较弱的待加工板料7会随强势板8发生变形，从而避免待加工板料7起皱。二次充液整形可使小曲率特征充分成形，保证零件最终所需精度。二次压边力可根据零件特征进行合理选用，以能够成形出符合精度要求零件时的最低充液成形压力为佳。
本实施例的复杂薄壁零件的随动成形方法不仅可以提高复杂薄壁零件一体化充液成形的制造合格率，还可以保证航空高精度零件的精密性要求，对于不同特征的零件，在选用强势板8时可具体根据材料成本、屈服能力大小等因素综合选用，在满足成形要求的同时可更大地降低成本。特别是对于使用屈服能力较低的金属板料加工具有复杂特征的薄壁件具有较大的参考意义。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，设计并安装模具及充液成形设备；
步骤二，准备待加工板料与强势板，所述强势板的屈服强度比所述待加工板料的屈服强度高；
步骤三，向所述模具的液室内进行前期充液；
步骤四，将所述待加工板料与所述强势板放置在所述液室中并合理定位；
步骤五，设置一次压边力参数，上模下行；
步骤六，按设定工艺路线进行主动式充液成形，直至所述待加工板料成形出所需零件型面形成半成形零件；
步骤七，泄压开模，将所述半成形零件和所述强势板取出；
步骤八，将所述半成形零件放回所述液室并准确定位；
步骤九，启动充液成形设备进行二次充液整形，设置合适的二次压边力参数，所述上模下行，按照已设定好的加载路线进行主动式充液成形，直至所述半成形零件成形出完整零件；
步骤十，泄压开模，取出所述完整零件；
步骤十一，切除多余部位，得到最终零件；
所述步骤一中，所述模具包括上模和下模，所述下模设置有所述液室，所述液室用于盛放充液成形设备充入的液体；
所述步骤四中，将所述强势板放置在所述液室上方，在所述强势板上方放置所述待加工板料。
2.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤一中，所述液室内设置有内压边圈凸台。
3.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤一中，所述下模的四角处设置有限位块，所述限位块与所述下模能够拆卸地连接。
4.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤二中，所述待加工板料与所述强势板的外轮廓尺寸相同。
5.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤二中，在所述待加工板料的上表面贴有薄膜。
6.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤四中，在所述待加工板料的上表面涂抹一层润滑油。
7.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤五和所述步骤九中，压边间隙由限位块确定，所述压边间隙为所述待加工板料与所述强势板的厚度之和的1.1倍。
8.根据权利要求1所述的复杂薄壁零件的随动成形方法，其特征在于：所述步骤六和所述步骤九中，所述一次压边力和所述二次压边力均随所述液室压力增大而增大。
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