CN114178387A - 一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，超声振动辅助组件设置在粘性介质成形组件的上方，超声振动辅助组件用于为粘性介质成形组件辅助提供超声振动；粘性介质成形组件在超声振动辅助组件的振动作用下，实现在粘性介质成形组件加工板材坯料成形过程中，可分散粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域的应力集中效应。效果：通过引入一定方向、频率和振幅的超声振动，可以进一步提高燃烧室帽罩粘性介质成形过程中的应力均匀性，减少褶皱等缺陷的产生，进而提高帽罩成形性能和成形质量。针对不同尺寸的板材坯料及成形目标，可以通过调控超声振动工艺参数使成形质量达到最佳。该装置结构简单、易操作、稳定性较好。

Description

一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置
技术领域
本发明涉及航空发动机高温合金板材成形技术领域，具体涉及一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置。
背景技术
航空发动机燃烧室帽罩是航空发动机的重要部件，对材料强度、耐高温、耐腐蚀性能有较高要求，一般采用GH536高温合金。由于发动机燃烧室帽罩零件成形尺寸较大，形面复杂，且高温合金材料成形工艺难度较大，因此存在加工精度低、成形难度大、内部加工应力大、缺陷难以控制、易失稳起皱，变形不均匀等问题。超声振动是近年来新兴起来的金属板材辅助成形技术，成形过程中对高温合金板材施加一定方向、频率及振幅的超声振动，可有效降低板材成形后的回弹量，从而提高成形件应力均匀性、减少褶皱的产生，达到提高燃烧室帽罩成形质量的目的。
发明内容
为此，本发明提供一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，以克服现有的航空发动机大尺寸零部件粘性介质成形过程中粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域应力集中等问题，提出一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的方法与装置。该方法将超声振动引入燃烧室帽罩粘性介质成形过程，通过超声振动辅助，提高帽罩成形质量。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的第一方面，一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，包括粘性介质成形组件和超声振动辅助组件，所述超声振动辅助组件设置在所述粘性介质成形组件的上方，所述超声振动辅助组件用于为所述粘性介质成形组件辅助提供超声振动；所述粘性介质成形组件在所述超声振动辅助组件的振动作用下，实现在所述粘性介质成形组件加工板材坯料成形过程中，可分散粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域的应力集中效应。
进一步地，所述粘性介质成形组件包括凹模、密封圈、粘性介质仓、粘性介质注入缸、粘性介质压力加载缸以及机架，所述凹模设置在所述粘性介质仓的上方，所述密封圈设置在所述粘性介质仓的上表面，所述凹模与所述粘性介质仓之间设置有板材坯料，所述粘性介质注入缸设置在所述粘性介质仓的下方且所述粘性介质注入缸内的介质腔室与所述粘性介质仓的内部空腔连通，所述粘性介质压力加载缸设置在所述粘性介质注入缸的下方，所述粘性介质压力加载缸的固定端安装在所述机架的底部，所述超声振动辅助组件设置在所述凹模的上表面。
进一步地，所述粘性介质成形组件还包括粘性介质成形控制系统，在所述粘性介质成形控制系统的控制下，所述粘性介质压力加载缸提供并控制置于所述粘性介质仓内的所述粘性介质的加载压力及加载速度。
进一步地，所述超声振动辅助组件包括超声波换能器和超声波发生器，所述超声波换能器与所述超声波发生器电连接，所述超声波发生器用于向所述超声波换能器提供超声波。
进一步地，超声波的振动频率为25kHz～60kHz，超声波的振幅为40μm～60μm，超声波的振动时间为板材成形开始至成形结束。
进一步地，所述超声波换能器置于所述凹模的上方，所述超声波换能器通过螺丝固定于所述凹模的上表面。
进一步地，所述板材坯料的直径为
Figure BDA0003410868640000021
所述板材坯料的厚度为h，直径
Figure BDA0003410868640000022
的取值范围为800mm～1000mm，厚度h为2mm。
进一步地，所述粘性介质是分子量为600kg/mol的甲基乙烯基硅橡胶，所述粘性介质是由二甲基硅氧烷与乙烯基硅氧烷共聚而成的无色透明、粘滞塑性直链高分子聚合物材料。
进一步地，所述粘性介质的加载压力为500Mpa～800Mpa，所述粘性介质的加载速度为1.0Mpa/s。
进一步地，还包括柱塞，所述柱塞的一端伸入至所述粘性介质压力加载缸内且与所述粘性介质压力加载缸内的活塞连接，所述柱塞的另一端伸入至所述粘性介质注入缸内且与所述粘性介质注入缸内的活塞连接。
本发明具有如下优点：通过本发明的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，通过引入一定方向、频率和振幅的超声振动，可以进一步提高燃烧室帽罩粘性介质成形过程中的应力均匀性，减少褶皱等缺陷的产生，进而提高帽罩成形性能和成形质量。针对不同尺寸的板材坯料及成形目标，可以通过调控超声振动工艺参数使成形质量达到最佳。该装置结构简单、易操作、稳定性较好，可以有效的进行燃烧室帽罩超声振动辅助粘性介质成形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明一些实施例提供的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置的(初始状态)结构示意图。
图2为本发明一些实施例提供的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置的(成形状态)结构示意图。
图3为本发明一些实施例提供的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置的燃烧室帽罩成形后示意图。
图中：1、凹模，2、板材坯料，3、密封圈，4、粘性介质，5、粘性介质仓，6、粘性介质注入缸，7、柱塞，8、粘性介质压力加载缸，9、超声波换能器，10、机架，11、超声波发生器，12、粘性介质成形控制系统。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动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。
如图1至图3所示，本发明第一方面实施例中的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，包括粘性介质成形组件和超声振动辅助组件，超声振动辅助组件设置在粘性介质成形组件的上方，超声振动辅助组件用于为粘性介质成形组件辅助提供超声振动；粘性介质成形组件在超声振动辅助组件的振动作用下，实现在粘性介质成形组件加工板材坯料2成形过程中，可分散粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域的应力集中效应。
在上述实施例中，需要说明的是，超声振动辅助组件为能够产生超声波的组件，粘性介质成形组件为采用粘性介质成形原理的模具。
上述实施例达到的技术效果为：通过本实施例的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，通过引入一定方向、频率和振幅的超声振动，可以进一步提高燃烧室帽罩粘性介质成形过程中的应力均匀性，减少褶皱等缺陷的产生，进而提高帽罩成形性能和成形质量。针对不同尺寸的板材坯料及成形目标，可以通过调控超声振动工艺参数使成形质量达到最佳。该装置结构简单、易操作、稳定性较好，可以有效的进行燃烧室帽罩超声振动辅助粘性介质成形。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，粘性介质成形组件包括凹模1、密封圈3、粘性介质仓5、粘性介质注入缸6、粘性介质压力加载缸8以及机架10，凹模1设置在粘性介质仓5的上方，密封圈3设置在粘性介质仓5的上表面，凹模1与粘性介质仓5之间设置有板材坯料2，粘性介质注入缸6设置在粘性介质仓5的下方且粘性介质注入缸6内的介质腔室与粘性介质仓5的内部空腔连通，粘性介质压力加载缸8设置在粘性介质注入缸6的下方，粘性介质压力加载缸8的固定端安装在机架10的底部，超声振动辅助组件设置在凹模1的上表面。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，粘性介质注入缸6通过支架安装在机架10内，粘性介质压力加载缸8的缸体端通过螺栓紧固在机架10的底部；密封圈3设置在粘性介质仓5的敞口端边缘处。
上述可选的实施例的有益效果为：通过机架10的设置，有效的为凹模1、密封圈3、粘性介质仓5、粘性介质注入缸6、粘性介质压力加载缸8的组合体提供安装位置；通过设置密封圈3，有效的避免了粘性介质4在板材坯料2与粘性介质仓5连接处的泄露。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，粘性介质成形组件还包括粘性介质成形控制系统12，在粘性介质成形控制系统12的控制下，粘性介质压力加载缸8提供并控制置于粘性介质仓5内的粘性介质4的加载压力及加载速度。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，粘性介质成形控制系统12向粘性介质4提供加载压力并控制其加载速度，在粘性介质4的压力作用下，板材坯料2逐渐贴合凹模1内腔。
上述可选的实施例的有益效果为：通过设置粘性介质成形控制系统12，有效的实现了对粘性介质4提供加载压力和加载速度。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，超声振动辅助组件包括超声波换能器9和超声波发生器11，超声波换能器9与超声波发生器11电连接，超声波发生器11用于向超声波换能器9提供超声波。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，粘性介质4成形开始时引入超声振动，成形过程中可分散粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域的应力集中效应，进一步提高燃烧室帽罩粘性介质成形过程中的应力均匀性，从而达到良好的成形效果。成形工艺简单、易操作、稳定性较好，可成形出高性能、高质量的燃烧室帽罩。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，超声波的振动频率为25kHz～60kHz，超声波的振幅为40μm～60μm，超声波的振动时间为板材成形开始至成形结束。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，超声波的振动频率、振幅以及振动时间还可根据实际加工情况设置为其他数值。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，超声波换能器9置于凹模1的上方，超声波换能器9通过螺丝固定于凹模1的上表面。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，超声波换能器9还可通过铆钉、销轴等方式固定于凹模1的上表面。
上述可选的实施例的有益效果为：通过采用螺丝实现超声波换能器9和凹模1之间的连接，组装拆卸方便。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，板材坯料2的直径为
Figure BDA0003410868640000061
板材坯料2的厚度为h，直径
Figure BDA0003410868640000062
的取值范围为800mm～1000mm，厚度h为2mm。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，板材坯料2可为高温合金材质，板材坯料2的直径和厚度还可根据实际需求进行设置。
上述可选的实施例的有益效果为：板材坯料2的参数设置，实现了加工的标准化。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，粘性介质4是分子量为600kg/mol的甲基乙烯基硅橡胶，粘性介质4(即甲基乙烯基硅橡胶)是由二甲基硅氧烷与乙烯基硅氧烷共聚而成的无色透明、粘滞塑性直链高分子聚合物材料。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，此外，粘性介质4还可选用分子量为100kg/mol～900kg/mol的聚合物材料。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，粘性介质4的加载压力为500Mpa～800Mpa，粘性介质4的加载速度为1.0Mpa/s。
在上述可选的实施例中，需要说明的是，粘性介质4的加载压力和加载速度还可根据实际需求设置为其他数值。
上述可选的实施例的有益效果为：通过对粘性介质4的加载压力和加载速度的设置，工艺简单，效果提升显著。
可选的，如图1至图3所示，在一些实施例中，还包括柱塞7，柱塞7的一端伸入至粘性介质压力加载缸8内且与粘性介质压力加载缸8内的活塞连接，柱塞7的另一端伸入至粘性介质注入缸6内且与粘性介质注入缸6内的活塞连接。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，包括粘性介质成形组件和超声振动辅助组件，所述超声振动辅助组件设置在所述粘性介质成形组件的上方，所述超声振动辅助组件用于为所述粘性介质成形组件辅助提供超声振动；所述粘性介质成形组件在所述超声振动辅助组件的振动作用下，实现在所述粘性介质成形组件加工板材坯料(2)成形过程中，可分散粘性介质与燃烧室帽罩复杂曲面接触区域的应力集中效应。
2.根据权利要求1所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述粘性介质成形组件包括凹模(1)、密封圈(3)、粘性介质仓(5)、粘性介质注入缸(6)、粘性介质压力加载缸(8)以及机架(10)，所述凹模(1)设置在所述粘性介质仓(5)的上方，所述密封圈(3)设置在所述粘性介质仓(5)的上表面，所述凹模(1)与所述粘性介质仓(5)之间设置有板材坯料(2)，所述粘性介质注入缸(6)设置在所述粘性介质仓(5)的下方且所述粘性介质注入缸(6)内的介质腔室与所述粘性介质仓(5)的内部空腔连通，所述粘性介质压力加载缸(8)设置在所述粘性介质注入缸(6)的下方，所述粘性介质压力加载缸(8)的固定端安装在所述机架(10)的底部，所述超声振动辅助组件设置在所述凹模(1)的上表面。
3.根据权利要求2所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述粘性介质成形组件还包括粘性介质成形控制系统(12)，在所述粘性介质成形控制系统(12)的控制下，所述粘性介质压力加载缸(8)提供并控制置于所述粘性介质仓(5)内的所述粘性介质(4)的加载压力及加载速度。
4.根据权利要求3所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述超声振动辅助组件包括超声波换能器(9)和超声波发生器(11)，所述超声波换能器(9)与所述超声波发生器(11)电连接，所述超声波发生器(11)用于向所述超声波换能器(9)提供超声波。
5.根据权利要求4所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，超声波的振动频率为25kHz～60kHz，超声波的振幅为40μm～60μm，超声波的振动时间为板材成形开始至成形结束。
6.根据权利要求4所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述超声波换能器(9)置于所述凹模(1)的上方，所述超声波换能器(9)通过螺丝固定于所述凹模(1)的上表面。
7.根据权利要求3所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述板材坯料(2)的直径为
Figure FDA0003410868630000021
所述板材坯料(2)的厚度为h，直径
Figure FDA0003410868630000022
的取值范围为800mm～1000mm，厚度h为2mm。
8.根据权利要求3所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述粘性介质(4)是分子量为600kg/mol的甲基乙烯基硅橡胶，所述粘性介质(4)是由二甲基硅氧烷与乙烯基硅氧烷共聚而成的无色透明、粘滞塑性直链高分子聚合物材料。
9.根据权利要求8所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，所述粘性介质(4)的加载压力为500Mpa～800Mpa，所述粘性介质(4)的加载速度为1.0Mpa/s。
10.根据权利要求2所述的一种超声振动辅助燃烧室帽罩粘性介质成形的装置，其特征在于，还包括柱塞(7)，所述柱塞(7)的一端伸入至所述粘性介质压力加载缸(8)内且与所述粘性介质压力加载缸(8)内的活塞连接，所述柱塞(7)的另一端伸入至所述粘性介质注入缸(6)内且与所述粘性介质注入缸(6)内的活塞连接。
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