CN113857323A - 铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，以铝合金拼接板作为坯料，旋压制造出高质量的铝合金薄壁变截面构件，为突破超宽板材的限制满足大型或超大型薄壁变截面构件的成形制造需求提供可行的途径。本发明通过8道次的旋压加工，反复碾压材料和渐进成形，有效地减少了拼接板在成形过程中的回弹，能够有效避免因材料不均匀带来的表面质量差和不贴模度大引起的型面精度差等缺陷，极大地改善了构件的表面质量和型面精度。本发明有利于工厂边角料的回收和再制造，减少生产成本、资源浪费和环境污染，便于普及应用。

Description

铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法

技术领域

本发明涉及旋压成形技术领域，具体是一种铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法。

背景技术

旋压加工是一种先进的塑性成形制造技术，通过旋轮对坯料的近似局部点加载的方式来实现薄壁回转体构件的成形制造。因其旋压成形过程无金属切削，材料利用率高且最终成形构件几乎不需再加工处理、设备要求低、生产效率高、工艺柔性好和成形载荷低等优点，在航空、航天、航海、兵器、汽车、工程机械等行业中广泛应用。采用拼接板的旋压成形，因其采用焊接工艺获得成形毛坯，一方面进一步提高了工厂的废料利用率而进一步降低了成本，另一方面拼焊+旋压的成形工艺方法为薄壁变截面超大尺寸构件成形提供了一条可行的途径。

具体地，当前在实际的企业生产中，金属板材加工剩余的边角料通常只能作为废品回收处理，不仅带来了生产成本的提高，也造成了严重的资源浪费和环境污染，不利于可持续发展，而拼接板旋压成形工艺通过板材的焊接进行旋压成形实现了边角料的回收再利用。面向航空、航天、兵器等高端制造业，大型或超大型薄壁变截面构件，例如10米以上的构件，由于受到超宽板材的限制，往往采用分瓣成形再进行焊接的方法进行制造，该方法成形精度差、工艺过程复杂、构件可靠性低、生产成本高且效率低下，而采用拼焊+旋压的整体成形方法，可以突破超宽板材的限制，有效提高了构件的成形精度、可靠性、生产效率。然而相比于整体板旋压成形，由于焊缝的存在，拼接板旋压成形薄壁变截面构件过程极易产生起皱、破裂、不贴模等缺陷。因此，基于铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法亟待研究和发展。

在国内，公开号为CN112902876A的发明创造中公开了一种拼接板旋压成形曲面构件焊缝偏转测量方法，该发明主要是解决拼接板旋压成形后焊缝偏转的定量测量问题，不涉及铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹设计及成形方法。在公开号为CN103175745A的发明创造中公开了一种用于高强钢和拼接板的旋压成型极限评估装置，该发明通过设计的旋轮和模具来实现拼接板旋压成形极限的评估，不涉及铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹设计及成形方法。

在专利号为CN94114295.7的发明创造中公开了一种三级旋风分离器内件的整体制造方法，该发明中涉及到的上、下隔板构件材质为不锈钢板，构件型面为简单的弧面且采用的为普旋成形，与铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法有着本质区别。在公开号为CN112916704A的发明创造中公开了一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法，该发明主要采用拼接板对简单的曲面构件进行无模旋压成形的方法，但由于该方法中构件始终不受模具形状的约束，因此构件成形精度和卸载后回弹等综合因素的影响难以实现高精度的精确成形。

詹梅等在“轻量化拼接板构件塑性成形研究进展”(《精密成形工程》2019,11(05):1-12.)中，从焊接材料不均匀力学行为表征、拼接板构件弯曲及旋压成形有限元建模、焊缝特征对变形行为影响及工艺设计等方面综述了相关研究进展，但尚未涉及铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹设计及成形方法。马飞在(PowerSpinningoftheCurvedHeadwithTailorWeldedAluminumAlloyBlank:Deformation,Microstructure,andProperty.Metals,2019,9(12))中利用有限元仿真模拟分析了拼焊板旋压成形简单构件的变形过程、微观组织和力学性能，其构件成形精度很差且在该研究中并未开展铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹设计及成形方法相关的研究。

综上所述，上述各技术方案中，主要集中在小曲率简单曲面非变截面构件的旋压成形，其相应的构件成形精度低，且均不涉及铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹设计及成形方法。因此，为了实现铝合金拼焊板的薄壁变截面构件高精度精确旋压成形，提高材料利用率、发展大型或超大型拼焊板旋压件的成形制造技术，有必要面向薄壁变截面复杂构件设计相应的旋压轨迹及成形方法。

发明内容

为克服现有技术中存在的因超宽板材限制而无法成形大型或超大型薄壁变截面构件，以及由于焊缝的存在带来的材料性能的不均匀致使原有整体板的旋压成形方法在铝合金拼接板旋压成形薄壁变截面构件中精度低的问题，本发明提出了一种铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，制作旋压毛坯：

将多块小尺寸的铝合金板通过搅拌摩擦焊拼接为铝合金拼焊板，以该铝合金拼焊板作为旋压毛坯。

制作所述旋压毛坯拼焊时，搅拌头焊接速度为150mm/min，主轴转速为800r/min，主轴倾角2.5°，下压量为0.1mm。得到旋压毛坯。

步骤2，确定旋压成形轨迹：

所述的旋压成形轨迹包括8个道次的旋压成形轨迹。

所述各道次用于成形的旋压轨迹在强旋过程中按照t_o的间隙走刀。

在确定各道次的旋压轨迹时，建立该旋压芯模的坐标系。以该旋压芯模后端圆心为该坐标系的原点O，以该复杂薄壁变截面构件的轴向为Z坐标，以该复杂薄壁变截面构件的径向为X坐标。

确定的各所述旋压成形轨迹中：

第1道次旋压轨迹的起点位于旋压芯模球段的表面，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为8°；所述第1道次的轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，依次经过所述旋压芯模的轮廓走完旋压芯模球段和旋压芯模锥段，进入旋压芯模椭球段，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点处，并以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以半径为R₁的圆弧轨迹继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘。

所述第2道次旋压轨迹起点位于该旋压芯模椭球段，起点位于旋压芯模表面且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为60°。第2道次旋压轨迹为半径为R₂的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第3道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第3道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第4道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第4道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第5道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第5道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸至位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点后，以半径为R₅的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第6道次旋压轨迹起点位于旋压芯模椭球段与旋压芯模直筒段的交点处，且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为68°。所述第6道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点起，沿该旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，继续以半径为R₆的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第7道次旋压轨迹的起点同该第6道次旋压轨迹起点。第7道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点起，沿旋压芯模直筒段的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第8道次旋压轨迹起点位于旋压芯模椭球段与旋压芯模锥段的交点处，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为50°。该第8道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，沿旋压芯模直筒段的轮廓向，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，到达该旋压芯模的后端。

步骤3，第一次旋压预成形：

所述第一次旋压预成形的旋压轨迹为第1道次旋压轨迹。

设定旋压参数：旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45°，芯模转速为200r/min，旋轮进给速度为400mm/min，退刀和进刀速度均为5000mm/min。

所述旋轮按照设定的第1道次旋压轨迹对所述旋压毛坯进行旋压。旋压时旋轮按t_o＝tsin50°＝2.3mm的间隙走刀。

在所述第一次旋压预成形时，移动旋轮至所述第1道次旋压轨迹起点，按设定轨迹沿所述旋压芯模的轮廓，向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向走刀，依次走完所述旋压芯模球段和旋压芯模锥段，进入旋压芯模椭球段，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点处，成形所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件的球段、锥段和椭球段。当该旋轮到达所述第2道次旋压轨迹起点后，以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以R1的圆弧半径继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘；旋轮退出。完成复杂薄壁变截面构件中构件球段和构件锥段的预成形形。

步骤4，第二次旋压预成形：

所述第二次旋压预成形是在所述第一道次旋压预成形的基础上，通过第2～7道次旋压轨迹对该旋压毛坯进行旋压，构件椭球段和构件直筒段的预成形。

所述第二次旋压预成形的旋压参数同第一次旋压预成形中设定的值。

经过步骤3中与步骤4中所述第1～第7道次的旋压预成形，得到复杂薄壁变截面构件预制件

所述步第二次旋压预成形的具体过程是：

第2道次旋压：第2道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，以圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。该第2道次旋压轨迹的半径为R₂。直至旋轮达到该旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第3道次旋压：第3道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第4道次旋压：第4道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第5道次旋压：第5道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。当该旋轮到达位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点后，离开所述旋压芯模椭球段的轮廓，以半径为R₅的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第6道次旋压：第6道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模椭球段轮廓，向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₆的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第7道次旋压：第76道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点开始，沿旋压芯模直筒段的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

所述步骤3与步骤4中的第1～第6道次轨迹中的圆弧轨迹R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝65mm。

步骤5，精整旋压成形：

通过第8道次旋压对得到的所述构件椭球段和构件直筒段进行精整旋压成形。旋压时旋轮按t_o＝tsin50°＝2.3mm的间隙走刀。

旋压参数：旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45°，芯模转速为300r/min，旋轮进给速度为300mm/min，退刀和进刀速度为5000mm/min。

至此完成了铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件的旋压成形。

本发明采用铝合金搅拌摩擦焊接技术将小尺寸的铝合金板材焊接成旋压毛坯，再通过本发明设计的旋压轨迹和成形方法在相应的旋压芯模上进行薄壁变截面构件旋压成形，有效地保证了构件成形的高精度，为突破超宽板材的限制实现大型或超大型薄壁变截面构件的整体旋压成形提供了一种可行的途径。

与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：

本发明通过采用搅拌摩擦焊接技术将小尺寸的铝合金薄板拼接在一起，再利用本发明提出的旋压轨迹和旋压成形方法，最终旋压制造出高质量的铝合金薄壁变截面构件。与现有技术相比，采用本发明有利于工厂边角料的回收和再制造，极大地大大减少生产成本、资源浪费和环境污染，便于普及应用；采用本发明提出的方法能够为突破超宽板材的限制满足大型或超大型薄壁变截面构件的成形制造需求提供一种可行的途径；采用本发明所述的旋压轨迹和成形方法，通过8道次的旋压加工，通过旋轮反复碾压材料和渐进成形，极大地改善了构件的表面质量和型面精度，相比于公开号为CN112916704A的发明创造中的无模旋压成形技术，本发明由于有模具型面的约束作用和局部多道次成形轨迹的采用有效地减少了拼接板在成形过程中的回弹，从而大大降低了不贴模度，能够显著提高旋压成形质量。

经试验证明，如图3所示，采用本发明设计的旋压轨迹和成形方法旋压成形的构件其不贴模度值最小，趋近于零，型面精度显著优于常见的1道次、2道次、3道次旋压成形和无模旋压成形工艺下获得构件；此外，如图4所示，采用本发明设计的旋压轨迹和成形方法旋压成形的构件其母材和焊缝的表面粗糙度值均最小，即构件表面质量明显好于常见的1道次、2道次、3道次旋压成形和无模旋压成形工艺下获得构件。

综上所述，采用本发明的成形方法能够实现铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件高精度精确旋压成形，有利于工厂边角料的回收和再制造，极大地大大减少生产成本、资源浪费和环境污染，便于普及应用；采用本发明的提出能够突破超宽板材的限制满足大型或超大型薄壁变截面构件的成形制造需求；相比于整体板的复杂薄壁变截面构件旋压成形，拼接板的成形中由于焊缝的存在加剧了材料性能和变形过程的不均匀性，导致整体板的旋压成形工艺无法简单地应用于拼接板旋压成形，因此采用本发明所述的旋压轨迹和成形方法，能够有效避免因材料不均匀带来的表面质量差和不贴模度大引起的型面精度差等缺陷，相比于现有的无模旋压成形技术，能够显著提高旋压成形质量。

附图说明

图1为本发明所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件刨面图。

图2为本发明所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压轨迹。

图3为本发明所述的旋压成形方法流程图。

图4为实施例与普通方法成形件的不贴模度比较。

图5为实施例与普通方法成形件的表面粗糙度比较。

图6为本发明的流程图。

图中：1.第1道次旋压轨迹；2.第2道次旋压轨迹；3.第3道次旋压轨迹；4.第4道次旋压轨迹；5.第5道次旋压轨迹；6.第6道次旋压轨迹；7.第7道次旋压轨迹；8.第8道次旋压轨迹；9.第1道次旋压轨迹起点；10.第2、3、4、5道次旋压轨迹起点；11.第6、7道次旋压轨迹起点；12.第8道次旋压轨迹起点；13.复杂薄壁变截面构件前端面；14.复杂薄壁变截面构件；15.构件球段；16.构件锥段；17.构件椭球段；18.构件直筒段；19.旋压芯模；20.旋压芯模球段；21.旋压芯模锥段；22.旋压芯模椭球段；23.旋压芯模直筒段；24.铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件母材经度方向粗糙度值；25.铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件母材纬度方向粗糙度值；26.铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件焊缝经度方向粗糙度值；27.铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件焊缝纬度方向粗糙度值；28.表示在横坐标相应道次下的最大不贴模度值。

具体实施方式

本实施例是一种用于铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形的轨迹和成形方法，其旋压轨迹设计和成形方法流程图分别如图2和图3所示。

所述复杂薄壁变截面构件为中空回转体；后端端面为平面，前端端面至中部为变截面，依次形成了该铝合金拼接板中的构件球段15、构件锥段16和构件椭球段17。该复杂薄壁变截面构件的中部至后段为等径段，形成了构件直筒段18。

所述的铝合金拼接板由小尺寸铝合金薄板经过搅拌摩擦焊接而成。

所述旋压芯模的外形面自该旋压芯模前端顶点至该旋压芯模后端依次分为旋压芯模球段20、旋压芯模锥段21、旋压芯模椭球段22和旋压芯模直筒段23，并依次分别对应所述构件球段15、构件锥段16、构件椭球段17和构件直筒段18。

本实施例的具体过程是：

步骤1，制作旋压毛坯：

通过小尺寸铝合金薄板的搅拌摩擦焊焊接制作旋压毛坯。

通过搅拌摩擦焊接工艺将小尺寸的多块铝合金薄板拼焊成铝合金拼接板。拼焊时，搅拌头焊接速度为150mm/min，主轴转速为800r/min，主轴倾角2.5°，下压量为0.1mm。得到旋压毛坯。

步骤2，确定旋压成形轨迹：

所述各道次用于成形的旋压轨迹在强旋过程中按照t_o的间隙走刀。

在确定各道次的旋压轨迹时，建立该旋压芯模的坐标系。以该旋压芯模后端圆心为该坐标系的原点O，以该复杂薄壁变截面构件的轴向为Z坐标，以该复杂薄壁变截面构件的径向为X坐标。

所述的旋压成形轨迹包括8道次的旋压成形轨迹。

确定的各旋压成形轨迹中：

第1道次旋压轨迹的起点9位于旋压芯模球段20的表面，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为8°；所述第1道次的轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，依次经过所述旋压芯模的轮廓走完旋压芯模球段20和旋压芯模锥段21，进入旋压芯模椭球段22，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点10处，并以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以半径为R₁的圆弧轨迹继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘。

所述第2道次旋压轨迹起点10位于该旋压芯模椭球段，起点10位于旋压芯模19表面且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为60°。第2道次旋压轨迹为半径为R₂的圆弧轨迹，沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第3道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第3道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段22的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第4道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第4道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段22的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第5道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点。该第5道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段22的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸至位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点11后，以半径为R₅的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

所述第6道次旋压轨迹起点11位于旋压芯模椭球段22与旋压芯模直筒段23的交点处，且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为68°。所述第6道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点11起，沿该旋压芯模椭球段22的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，继续以半径为R₆的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第7道次旋压轨迹的起点同该第6道次旋压轨迹起点。第7道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点11起，沿旋压芯模直筒段23的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。

第8道次旋压轨迹起点12位于旋压芯模椭球段22与旋压芯模锥段21的交点处，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为50°。该第8道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段22的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，沿旋压芯模直筒段23的轮廓向，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，到达该旋压芯模的后端。

步骤3，第一次旋压预成形：

所述第一次旋压预成形的旋压轨迹为第1道次旋压轨迹。

设定旋压参数，包括旋轮圆角半径、旋轮安装角、芯模转速旋轮进给速度、退刀和进刀速度。

所述旋轮按照设定的第1道次旋压轨迹对所述旋压毛坯进行旋压；旋压时旋轮按t_o＝tsin50°＝2.3mm的间隙走刀。在旋压过程中，移动旋轮至所述第1道次旋压轨迹起点9，按设定的轨迹沿所述旋压芯模19的轮廓，向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向走刀，依次走完所述旋压芯模球段20和旋压芯模锥段21，进入旋压芯模椭球段22，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点10处，成形所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件14的球段15、锥段16和椭球段17。当该旋轮到达所述第2道次旋压轨迹起点10后，以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以R1的半径继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘；旋轮退出。完成复杂薄壁变截面构件14中构件球段15和构件锥段16的预成形。

本实施例中，所述旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45°，芯模转速为200r/min，旋轮进给速度为400mm/min，退刀和进刀速度均为5000mm/min；坯料和旋轮均采用拉伸油润滑。

步骤4，第二次旋压预成形：

所述第二次旋压预成形是在所述第一道次旋压预成形的基础上，通过第2～7道次旋压轨迹对该旋压毛坯进行旋压，完成所述构件椭球段17和构件直筒段18的预成形。

所述第二次旋压预成形的旋压参数同第一次旋压预成形中设定的值。其中：

第2道次旋压：第2道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点10开始，以圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘。该第2道次旋压轨迹的半径为R₂。直至旋轮达到该旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第3道次旋压：第3道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点10开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第4道次旋压：第4道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点10开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第5道次旋压：第5道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点10开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。当该旋轮到达位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点11后，离开所述旋压芯模椭球段的轮廓，以半径为R₅的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第6道次旋压：第6道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点11开始，沿该旋压芯模椭球段22轮廓，向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动。以半径为R₆的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

第7道次旋压：第76道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点11开始，沿旋压芯模直筒段23的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

经过步骤3中与步骤4中所述第1～第7道次的旋压预成形，得到复杂薄壁变截面构件预制件

步骤5，精整旋压成形：

所述精整旋压成形是对得到的所述构件椭球段17和构件直筒段18进行精整旋压成形，以减小铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件的不贴模度和提高其表面粗糙度。

所述精整旋压成形是在第二次旋压预成形的基础上，通过第8道次旋压对得到的所述构件椭球段和构件直筒段进行精整旋压成形；旋压时旋轮按t_o＝tsin50°＝2.3mm的间隙走刀。

设定旋压参数，包括旋轮圆角半径、旋轮安装角、芯模转速旋轮进给速度、退刀和进刀速度。本实施例中，旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45°，芯模转速为300r/min，旋轮进给速度为300mm/min，退刀和进刀速度为5000mm/min，坯料和旋轮润滑条件为拉伸油润滑。

至此完成了铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件14的旋压成形。

进一步论证说明，根据实验结果，如图4所示，采用本发明设计的旋压轨迹和成形方法，所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件母材经度方向粗糙度值24和经度方向粗糙度值25、铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件焊缝经度方向粗糙度值26和经度方向粗糙度值27均是最小的，即构件表面质量明显好于常见的1道次、2道次、3道次旋压成形和无模旋压成形工艺下获得构件。此外，如图5所示，所述的最大不贴模度值28也最小，趋近于零，型面精度显著优于常见的1道次、2道次、3道次旋压成形和无模旋压成形工艺下获得构件。据此，本发明效果可达最佳。

Claims (6)

1.一种铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，制作旋压毛坯：

将多块小尺寸的铝合金板通过搅拌摩擦焊拼接为铝合金拼焊板，以该铝合金拼焊板作为旋压毛坯；

步骤2，确定旋压成形轨迹：

所述的旋压成形轨迹包括8个道次的旋压成形轨迹；

所述各道次用于成形的旋压轨迹在强旋过程中按照t_o的间隙走刀；

在确定各道次的旋压轨迹时，建立该旋压芯模的坐标系；以该旋压芯模后端圆心为该坐标系的原点O，以该复杂薄壁变截面构件的轴向为Z坐标，以该复杂薄壁变截面构件的径向为X坐标；

步骤3，第一次旋压预成形：

所述第一次旋压预成形的旋压轨迹为第1道次旋压轨迹；

设定旋压参数：旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45^°，芯模转速为200r/min，旋轮进给速度为400mm/min，退刀和进刀速度均为5000mm/min；

所述旋轮按照设定的第1道次旋压轨迹对所述旋压毛坯进行旋压；旋压时旋轮按t_o＝tsin50^°＝2.3mm的间隙走刀；

步骤4，第二次旋压预成形：

所述第二次旋压预成形是在所述第一道次旋压预成形的基础上，通过第2～7道次旋压轨迹对该旋压毛坯进行旋压，构件椭球段和构件直筒段的预成形；

所述第二次旋压预成形的旋压参数同第一次旋压预成形中设定的值；

经过步骤3中与步骤4中所述第1～第7道次的旋压预成形，得到复杂薄壁变截面构件预制件

步骤5，精整旋压成形：

通过第8道次旋压对得到的所述构件椭球段和构件直筒段进行精整旋压成形；旋压时旋轮按t_o＝tsin50^°＝2.3mm的间隙走刀；

旋压参数：旋轮圆角半径为10mm，旋轮安装角为45^°，芯模转速为300r/min，旋轮进给速度为300mm/min，退刀和进刀速度为5000mm/min；

至此完成了铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件的旋压成形。

2.如权利要求1所述铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，制作所述旋压毛坯拼焊时，搅拌头焊接速度为150mm/min，主轴转速为800r/min，主轴倾角2.5^°，下压量为0.1mm。

3.如权利要求1所述铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，第1道次旋压轨迹的起点位于旋压芯模球段的表面，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为8°；所述第1道次的轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，依次经过所述旋压芯模的轮廓走完旋压芯模球段和旋压芯模锥段，进入旋压芯模椭球段，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点处，并以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以半径为R₁的圆弧轨迹继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘；

所述第2道次旋压轨迹起点位于该旋压芯模椭球段，起点位于旋压芯模表面且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为60°；第2道次旋压轨迹为半径为R₂的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

所述第3道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点；该第3道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

所述第4道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点；该第4道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸且轨迹以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

第5道次压轨迹起点同该第2道次旋压轨迹起点；该第5道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸至位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点后，以半径为R₅的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

所述第6道次旋压轨迹起点位于旋压芯模椭球段与旋压芯模直筒段的交点处，且该点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为68°；所述第6道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点起，沿该旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，继续以半径为R₆的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

第7道次旋压轨迹的起点同该第6道次旋压轨迹起点；第7道次旋压轨迹自所述第6道次旋压轨迹起点起，沿旋压芯模直筒段的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

第8道次旋压轨迹起点位于旋压芯模椭球段与旋压芯模锥段的交点处，且该起点与直角坐标系圆点O连线和Z轴所成的角为50°；该第8道次旋压轨迹沿所述旋压芯模椭球段的轮廓向直角坐标系Z轴的负方向和X轴正方向延伸，沿旋压芯模直筒段的轮廓向，继续向直角坐标系Z轴负方向延伸，到达该旋压芯模的后端。

4.如权利要求1所述铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，在所述步骤3的第一次旋压预成形时，移动旋轮至所述第1道次旋压轨迹起点，按设定轨迹沿所述旋压芯模的轮廓，向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向走刀，依次走完所述旋压芯模球段和旋压芯模锥段，进入旋压芯模椭球段，到达位于该旋压芯模椭球段的第2道次旋压轨迹起点处，成形所述的铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件的球段、锥段和椭球段；当该旋轮到达所述第2道次旋压轨迹起点后，以该第2道次旋压轨迹起点作为轨迹转折点，离开所述旋压芯模的轮廓，以R1的圆弧半径继续沿铝合金拼接板延伸至该旋压毛坯的边缘；旋轮退出；完成复杂薄壁变截面构件中构件球段和构件锥段的预成形形。

5.如权利要求1所述铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，在所述步骤4的第二次旋压预成形时，

第2道次旋压：第2道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，以圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；该第2道次旋压轨迹的半径为R₂；直至旋轮达到该旋压毛坯的边缘；旋轮退出；

第3道次旋压：第3道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动；以半径为R₃的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

旋轮退出；

第4道次旋压：第4道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动；以半径为R₄的圆弧轨迹继续沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出；

第5道次旋压：第5道次旋压时，旋轮自所述第2道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模锥段轮廓向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动；当该旋轮到达位于该旋压芯模椭球段的第6道次旋压轨迹起点后，离开所述旋压芯模椭球段的轮廓，以半径为R₅的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出；

第6道次旋压：第6道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点开始，沿该旋压芯模椭球段轮廓，向沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向运动；以半径为R₆的圆弧轨迹沿直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；

旋轮退出；

第7道次旋压：第76道次旋压时旋轮自所述第6道次旋压轨迹起点开始，沿旋压芯模直筒段的轮廓，继续向直角坐标系Z轴负方向和X轴正方向延伸，直至所述旋压毛坯的边缘；旋轮退出。

6.如权利要求1所述铝合金拼接板的复杂薄壁变截面构件旋压成形方法，其特征在于，所述第1～第6道次轨迹中的圆弧轨迹R₁＝R₂＝R₃＝R₄＝R₅＝R₆＝65mm。

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