CN115138745B - 一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与成形装置，所述刚柔复合成形方法包括充液拉深柔性预成形、多道次过渡刚模成形、充液拉深柔性终成形、环形腰带外胀柔性成形和环壁凹坑刚性压形，所述装置包括充液拉深预成形模具装置、多道次刚模拉深过渡成形模具装置、充液拉深终成形模具装置、环形腰带外胀成形模具装置和环壁凹坑压形模具装置，对应各成形道次，能够精确整体成形出拉深系数小、带有“环形腰带”和“圆型凹坑”微特征的大锥面过渡隔热罩零件，成形精度高，成形质量好，零件贴模精度达到0.2mm。

Description

一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与装置

技术领域

本发明属于液压成形领域，尤其涉及一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与装置。

背景技术

隔热罩是一种阶梯锥形回转体结构，用于保护航空发动机内部核心零部件的正常工作，满足对发动机结构隔热性能的要求。

图1为某种型号发动机隔热罩结构件，该构件壁厚超薄(仅为0.5mm)，整体呈阶梯形状，上、下段筒壁直径相差大，中间以大面积锥面过渡连接，锥面和下段筒壁都均布有“圆型凹坑”特征，上段筒壁有“腰带型凸起”特征，筒底存在向内的凹槽且圆角半径较小，拉深变形程度大。该构件采用镍基变形高温合金板材GH600，材料屈服强度、抗拉强度大，硬度高，加工硬化显著，变形抗力大，需要较大成形力，成形难度大。目前缺乏该类零件的整体加工经验和技术手段，传统工艺需进行10次以上刚模拉深及校形工序先成形各段区域，再拼焊成整体，不仅成品率低，成本高，加工周期长，而且成形过程不易控制，易发生起皱、破裂等失效现象，零件尺寸精度和表面质量都难以保证，直接影响零件的最终质量与使用性能。

充液拉深是液压柔性成形的一种，将液压油作用在板料背面或凹模一侧使板料贴靠凸模，成形出所需的形状曲面零件，能够提高成形极限，抑制起皱，提高零件的形状和尺寸精度，非常适合壁厚超薄的隔热罩零件的整体精确成形制造。但由于该构件较小的总拉深系数和凹槽圆角特征尺寸，仅靠单步的充液拉深技术难以成形出合格零件，而目前尚无针对该构件整体精确成形的多道次复合成形方法及适用的成形装置。

发明内容

本发明提供了一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与装置，克服现有传统成形方法的不足，以充液拉深柔性成形为核心，结合刚模拉深成形，可用于大拉深比的阶梯锥形隔热罩零件的整体成形，成形质量稳定性高且尺寸精度一致性好。

本发明的具体技术方案如下：一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与装置；

所述成形方法包括充液拉深预成形(S1)、多道次刚模拉深过渡成形(S2)、充液拉深终成形(S3)、环形腰带外胀成形(S4)和环壁凹坑压形(S5)；所述装置包括充液拉深预成形模具装置、多道次刚模拉深过渡成形模具装置、充液拉深终成形模具装置、环形腰带外胀成形模具装置和环壁凹坑压形模具装置，分别在各成形阶段中使用如下：

S1：充液拉深预成形

所述充液拉深预成形模具装置主要包括液室底板、液室侧壁、凹模法兰、压边圈、压边圈转接环、第一充液拉深凸模、吊环和充液拉深密封圈；

所述第一充液拉深凸模为圆柱形结构，下表面圆周上加工有圆角；所述凹模法兰为环形空心结构，内圈有环形凸台，凸台外圈开有方形环槽；所述凹模侧壁内径大于所述凹模法兰内径，且与所述液室底板上段外径配合；所述凹模侧壁外侧装有两吊环螺钉，便于装拆时运送；所述液室底板沿径向方向和轴向方向开有相接孔路，外部液压油可经孔路通入所述充液拉深预成形型腔；所述液室底板上凸台外径与所述凹模侧壁内径配合，凸台外圈开有方形环槽；所述充液拉深预成形型腔中的液体压力由两充液拉深密封圈密封；所述两充液拉深密封圈分别安装在所述凹模法兰和所述液室底板的方形环槽中；所述压边圈转接环外径大于所述压边圈，外部压边力施加在压边圈转接环外圈上；

在一些实施例中，所述充液拉深预成形得到的带凸缘筒形件内径设计为最终隔热罩零件上半段筒形件内径；

在一些实施例中，所述凹模法兰的环形凸台内径与所述最终隔热罩零件上半段筒形件外径相同；

在一些实施例中，所述压边圈转接环和所述压边圈通过螺钉连接；

在一些实施例中，所述第一充液拉深凸模通过所述凸模模柄连接在凸模安装体上；

在一些实施例中，所述液室底板、液室侧壁和凹模法兰通过螺钉连接；

所述充液拉深预成形过程中，首先将原始坯料对中放在预成形模具中的凹模法兰上，在压边圈转接环上施加压边力，经压边圈将板料压紧在凹模法兰上，从液室底板充入液压油，使其充满液室底板、液室侧壁和坯料形成的充液拉深预成形型腔，建立预胀压力对坯料进行初始反胀；随后凸模安装体推动凸模模柄和第一充液拉深凸模下行拉深，将坯料压入充液拉深预成形型腔，型腔中的液体压力作用在坯料下表面将坯料压紧在第一充液拉深凸模上，形成摩擦保持；当第一充液拉深凸模拉深至预成形拉深高度后，将充液拉深预成形型腔内的液体压力升高至整形压力，利用高压使坯料和第一充液拉深凸模贴紧，卸压后脱模，充液拉深预成形结束，得到带凸缘的充液拉深预成形筒形件。

S2：多道次刚模拉深过渡成形

所述多道次刚模拉深过渡成形中，逐步减小拉深筒形件的直径进行过渡，设计多套过渡刚模拉深模具进行多道次成形将S1阶段所得充液拉深预成形筒形件成形为带凸缘大锥面侧壁的筒形件，成形时各道次拉深成形过程相似。

所述多套过渡刚模拉深模具的第一道次刚模拉深模具主要包括第一刚模拉深凸模、第一压边圈过渡板、第一锥形压边圈、第一锥面凹模；

所述第一刚模拉深凸模为带圆角的圆柱形结构，外径与第一道次刚模拉深成形坯料内径相同；所述第一压边圈过渡板外径大于所述第一锥形压边圈，与第一锥形压边圈通过螺钉连接使用，外部压边力施加在第一压边圈过渡板的外圈上；所述第一锥形压边圈为空心环形结构，头部一端设计为最终隔热罩零件上下两段过渡处大面积外围锥面的坡度形状；所述第一锥形压边圈的内径与第一道次刚模拉深成形坯料外径相同，外径略小于所述充液拉深预成形坯料内径相同；所述第一锥面凹模一端设计有锥面形状，坡度与所述第一锥形压边圈相配合，可将所述充液拉深预成形坯料筒底包住；所述第一锥面凹模的内径与第一道次刚模拉深成形坯料外径相同，外径大于所述充液拉深预成形坯料的外径；

所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，各刚模拉深凸模的外径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同；所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次中的锥形压边圈内径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同，外径均略小于上一道次拉深成形所得坯料内径尺寸；所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次中的锥形压边圈头部的锥面部分面积逐渐减小；所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，所述每一道次的锥面凹模的内径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同，所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，各道次中第一压边圈过渡板内径均减小，与各道次中锥形压边圈通过螺钉连接使用，外部压边力均施加在第一压边圈过渡板的外圈上；

所述多道次刚模拉深的第一次拉深成形中，首先将坯料对中放置在第一锥面凹模上，第一锥形压边圈在第一压边圈过渡板的推动下将充液拉深预成形筒形件压紧在第一锥面凹模上，第一锥形压边圈接触的坯料部分被压出一定锥度，随后第一刚模拉深凸模向下拉深，将板料压入第一锥面凹模，直至第一刚模拉深凸模拉深至第一次刚模拉深深度，完全成形出第一锥面凹模处锥面形状；

所述多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，成形过程与第一道次拉深过程相似，每一道次的锥形压边圈在压边时先将本道次中最终刚模拉深成形坯料的锥面部分压出，在本道次的刚模拉深凸模拉深至本道次拉深深度后，本道次所成形的锥面部分与上一道次所成形的锥面部分相接无明显的台阶痕迹，经过多道次刚模拉深累积，最终形成完整的大面积凸缘锥面侧壁；

S3：充液拉深终成形

所述充液拉深终成形模具装置与所述充液拉深预成形模具装置共用一套压边圈转接环、充液拉深压边圈、液室底板、液室侧壁、凹模法兰和凸模模柄；所述充液拉深终成形中的第二充液拉深凸模结构与整体隔热罩初坯零件贴合的回转体；

所述充液拉深终成形的成形过程与充液拉深预成形相似，在第二充液拉深凸模拉深结束后，S2阶段刚模胀形成形后所留水平凸缘部分完全收缩进入充液拉深凹模型腔并成形为最终零件的上半段筒形结构，充液拉深型腔中持续施加的油压将坯料完全挤压贴靠在第二充液拉深凸模外表面上，包括其上完整的大面积锥面结构、圆角以及微小凹槽部分，成形后期的整形压力贴膜坯料进行整形，得到了尺寸精度高，表面质量好的整形隔热罩初坯零件。

所述充液拉深预成形和终成形中的初始反胀能改变凸模圆角处板料的初始应力应变状态，使圆角区域板料获得冷作硬化效果，防止了凸模拉深过程中起皱的产生；

所述充液拉深预成形和终成形中的整形压力改变了悬空区坯料的应力状态，抑制了超薄悬空区坯料的起皱失稳。

在一些实施例中，所述充液拉深终成形过程中的压力加载曲线与充液拉深预成形相同；

S4：环形腰带外胀成形

所述环形腰带外胀成形模具装置主要包括外胀内模、大抱箍、外胀外模、小抱箍、外胀底环、外胀套环和外胀成形密封圈；

所述外胀外模分瓣为两半，安装时可用定位销先定位配合，再分别用大抱箍和小抱箍夹紧，并用外胀套环将头部套紧；所述外胀外模为环形空心结构，两瓣装配后，内圈留出与整体隔热罩初坯零件贴合的安装空间，并开有所述腰带环槽结构，外圈留有大抱箍安装用环槽；所述外胀底环沿周向方向均布开有螺纹孔，轴向中心设有凸台，凸台圆周上开有与整体隔热罩初始坯料微型凹槽贴合的环形凹槽；所述外胀内模为环形实体，可贴合装入整体隔热罩初始坯料，与外胀外模配合将初始坯料夹紧；所述外胀内模在沿径向方向和中心轴向方向开有相接油孔，在对应隔热罩最终零件腰带区域开有环形油槽，在油槽两侧开有两环形密封槽；所述外胀内模的环形油槽和油孔相通，外部液压油经油孔流入环形油槽中；所述两侧环形密封槽可安装外胀成形密封圈，对所述腰带成形区域压力进行密封；所述大抱箍有对称两个，通过螺钉连接，安装在所述外胀外模的上部；所述小抱箍有对称两个，通过螺钉连接，安装在所述外胀外模的下部；

所述环形腰带外胀成形过程中，首先将S3阶段成形得到的整体隔热罩初坯零件安装在外胀底环上，初坯零件底部的凹槽装于外胀底环的环形凹槽，用外胀外模将所述整体隔热罩初坯零件包住，安装大抱箍和小抱箍，套紧外胀套环，将外胀底环和外胀外模用螺钉连接，将装有外胀成形密封圈的外胀内模装入整体隔热罩初坯零件中，将外部液压油通入外胀内模中，液压油经外胀内模油路充满腰带成形部位，升高压力，利用高压作用在腰带成形部位的坯料表面，将该部分坯料压紧贴合外胀外模的腰带环槽，成形出环形腰带，随后卸压卸模，取出带腰带的整体隔热罩零件。

S5：环壁凹坑压形

所述环壁凹坑压形模具装置主要包括锥面凹坑外模、侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模；

所述锥面凹坑外模为回转体空心结构，外围结构贴合整体隔热罩初坯零件的上半段拉深筒和大面积过渡锥面，在大面积锥面上加工有均布的3个锥面凹坑；所述锥面凹坑外模中心为空心结构，沿中心轴向方向加工有螺纹孔，与所述侧面凹坑芯模通过螺纹连接；所述侧面凹坑芯模为圆柱体结构，底面上加工有隔热罩初坯零件底面相同的凹槽结构，沿中心轴向开有螺纹孔，沿圆周方向开有通孔与机床连接；所述侧面凹坑芯模沿圆周方向均布开有3个大矩形截面深槽，沿矩形截面长边中心轴向方向上开有半方型键槽；所述侧面凹坑边模共3个，结构相同，均为长条型实体，截面形状一边为圆弧，三边为矩形边，沿矩形长边中心轴向方向上开有半方型键槽，圆弧面上各有1个侧面凹坑结构；所述侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模可先后套入整体隔热罩初坯零件的下半段拉深筒，组装后侧面凹坑芯模的截面圆弧与侧面凹坑边模的截面圆弧相接成圆，侧面凹坑芯模的截面矩形边与侧面凹坑边模的矩形边贴合，侧面凹坑芯模的半方型键槽和侧面凹坑边模的半方型键槽构成方型键槽；所述侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模利用定位键进行组装；

所述环壁凹坑压形成形过程中，首先将S4阶段成形得到的带腰带的整体隔热罩坯料套入凹坑成形模具装配体中，将凹坑成形装配体装在机床上，将机床上安装的钢珠压在凹坑内模上相应凹坑位置，分别旋转凹坑成形模具和钢珠，在坯料上半段和锥面外表面依次压出6个凹坑形状，取模时先将锥面凹坑外模取下，为防止直接取出侧面凹坑边模将所成形凹坑挤压变形，先将定位键和侧面凹坑芯模取出，再将三瓣侧面凹坑边模取下，得到最终成形的整体隔热罩零件。

本发明的有益效果：

1)本发明所述多道次刚柔复合成形方法克服了传统拼焊成形方法的不足，结合液压柔性充液拉深成形和刚模拉深成形，提高了成形极限，扩大了工艺窗口，成形出了拉深系数小、过渡锥形面积大的隔热罩整体零件，实现了类隔热罩的两端直径相差大、阶梯部分成大面积锥形、带腰带和凹坑特征零件的整体精确成形，成形精度高，成形质量好；

2)本发明所述刚模过渡成形利用多道次逐步成形出阶梯部分的大锥面结构，利用多套配套的刚模拉深模具，设计了锥面结构依次变化的压边圈部件，解决了一道次直接成形大锥面结构时出现的起皱和破裂等缺陷问题，大大提高了成品率；

3)本发明所述多道次刚柔复合成形方法中，利用环形腰带成形方法，利用外胀外模和外胀内模结构，将成形时液压作用区域减小到腰带附近两外胀成形密封圈内，减小了成形所需压力大小，提高了成形效率，并配合大抱箍、小抱箍和外胀套环，防止了外胀压力对已成形其他区域的影响；

4)本发明所述多道次刚柔复合方法在充液拉深预成形和终成形工序中利用初始反胀和整形加压的液压溢流特征，有利于抑制超薄高强材料GH600冷成形过程中悬空区坯料的起皱，零件贴模精度达到0.2mm；

5)本发明所述环壁凹坑压形中，利用钢珠外压配合锥面凹坑外模和侧面凹坑边模成形出微小的“凹坑”特征，所述侧面凹坑边模和所述侧面凹坑芯模配合使用，利用定位键实现装拆，防止了压形时侧面凹坑边模的松动，解决了脱模对成形后凹坑特征的二次破坏，最终得到了形状完好、成形均匀的带凹坑特征的整体隔热罩零件。

附图说明

图1为一种航空发动机整体隔热罩零件3维示意图。

图2为一种航空发动机整体隔热罩零件剖面图及局部特征放大示意图。

图3为充液拉深预成形阶段所用模具装配体和成形过程示意图。

图4为刚模拉深第一道次成形所用模具装配体和成形过程示意图。

图5为刚模拉深第二道次成形所用模具装配体和成形过程示意图。

图6为刚模拉深第三道次成形所用模具装配体和成形过程示意图。

图7为充液拉深预成形阶段所用模具装配体和成形过程示意图。

图8为环形腰带外胀成形阶段所用模具装配体和成形过程示意图。

图9为环壁凹坑压形阶段所用模具装配体和成形过程示意图。

图10为环壁凹坑压形阶段模具装置示意图。

图11为侧面凹坑芯模示意图。

图12为侧面凹坑边模示意图。

图中标号说明如下：

1-液室底板；2-液室侧壁；3-凹模法兰；4-压边圈；5-压边圈转接环；

6-第一充液拉深凸模；7-凸模模柄；8-凸模安装体；9-吊环；

10-充液拉深密封圈；11-第一刚模拉深凸模；12-第一压边圈过渡板；

13-充液拉深预成形筒形件；14-第一锥形压边圈；15-第一锥面凹模；

16-第二刚模拉深凸模；17-第二压边圈过渡板；18-第一道次刚模拉深成形件；

19-第二锥形压边圈；20-第二锥面凹模；21-第三刚模拉深凸模；

22-第三压边圈过渡板；23-第二次刚模拉深成形件；24-第三锥形压边圈；

25-第三锥面凹模；26-第二充液拉深凸模；27-外胀内模；28-大抱箍；

29-外胀外模；30-小抱箍；31-外胀底环；32-外胀套环；33-外胀成形密封圈；

34-锥面凹坑芯模；35-锥面凹坑外模；36-锥面凹坑侧模；37-锥面凹坑；

38-侧面凹坑。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本实施例提供了一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形方法与成形装置；

图1所示为所述航空发动机整体隔热罩零件，整体呈阶梯形状，上、下段筒壁直径相差大，中间以大面积锥面过渡连接；

图2所示为所述整体隔热罩零件的剖面图及局部特征放大图；所述上段筒壁侧壁有图2中A处所示“腰带型凸起”特征；所述整体隔热罩零件的下段筒底存在图2中B处所示向内的凹槽且圆角半径较小；所述大面积锥面上均布有图2中C处所示“圆形凹坑”特征；所述下段筒壁侧壁上同样均布有“圆形凹坑”特征；

如下为图1中所示整体隔热罩零件的具体成形方法及所用模具具体实施：

S1：充液拉深预成形

图3所示为充液拉深预成形所用模具装置，主要包括液室底板1、液室侧壁2、凹模法兰3、压边圈4、压边圈转接环5、第一充液拉深凸模6、吊环9和充液拉深密封圈10；

所述第一充液拉深凸模6为圆柱形结构，下表面圆周上加工有圆角；所述凹模法兰3为环形空心结构，内圈有环形凸台，凸台外圈开有方形环槽；所述液室侧壁2的内径大于所述凹模法兰3的内径，且与所述凹模法兰3的内圈环形凸台配合；所述液室侧壁2外侧装有两吊环螺钉，便于装拆时运送；所述液室底板1沿径向方向和轴向方向开有相接孔路，外部液压油可经孔路通入所述充液拉深预成形型腔；所述液室底板1上凸台外径与所述凹模侧壁2的内径配合，凸台外圈开有方形环槽；所述充液拉深预成形型腔中的液体压力由两充液拉深密封圈10密封；所述两充液拉深密封圈10分别安装在所述凹模法兰和所述液室底板的方形环槽中；所述压边圈转接环外径大于所述压边圈，外部压边力施加在压边圈转接环外圈上。

在一些实施例中，所述充液拉深预成形得到的带凸缘筒形件13的内径设计为最终隔热罩零件上半段筒形件内径；

在一些实施例中，所述凹模法兰3的环形凸台内径与所述最终隔热罩零件上半段筒形件外径相同；

在一些实施例中，所述压边圈转接环5和所述压边圈4通过螺钉连接；

在一些实施例中，所述第一充液拉深凸模6通过所述凸模模柄连接在凸模安装体上；

在一些实施例中，所述液室底板1、液室侧壁2和凹模法兰3通过螺钉连接；

在充液拉深预成形过程中，首先将原始坯料对中放在预成形模具中的凹模法兰3上，在压边圈转接环5上施加压边力，经压边圈4将板料压紧在凹模法兰3上，向液室底板1中充入液压油，使其充满由液室底板1、液室侧壁2和原始坯料形成的充液拉深预成形型腔，建立预胀压力，对原始坯料进行初始反胀；随后凸模安装体8推动凸模模柄7和第一充液拉深凸模6下行拉深，将坯料压入充液拉深预成形型腔，型腔中的液体压力作用在坯料下表面将坯料压紧在第一充液拉深凸模6上，形成摩擦保持；当第一充液拉深凸模6拉深至预成形拉深高度后，将充液拉深预成形型腔内的液体压力升高至整形压力，利用高压使坯料和第一充液拉深凸模6贴紧，卸压后脱模，充液拉深预成形结束，得到带凸缘的充液拉深预成形筒形件13。

S2：多道次刚模拉深过渡成形

图4～图6所示为所述多道次刚模拉深过渡成形的模具装置，在本实施例中共3道次，模具装置共3套；其中第一道次刚模拉深模具主要包括第一刚模拉深凸模11、第一压边圈过渡板12、第一锥形压边圈14、第一锥面凹模15；第二道次刚模拉深模具主要包括第二刚模拉深凸模16、第二压边圈过渡板17、第二锥形压边圈19、第二锥面凹模20；第三道次刚模拉深模具主要包括第三刚模拉深凸模21、S2-3压边圈过渡板22、S2-3锥形压边圈24、第三锥面凹模25；

所述3个道次中的刚模拉深凸模11、16和21均为带圆角的圆柱形结构，外径逐渐减小，分别与本道次最终刚模拉深成形坯料的内径大小相同；

所述3个道次中压边圈过渡板12、17和22的外径逐渐减小，且均大于同道次中配套所用锥形压边圈14、19和24，外部压力施加在各压边圈过渡板的外圈上；

所述锥形压边圈14、19和24均为空心环形结构，头部一端设计为最终隔热罩零件上下两段过渡处大面积外围锥面的坡度形状，第一道次中第一锥形压边圈14的内径与第一道次刚模拉深成形坯料外径相同，外径略小于所述充液拉深预成形坯料13内径；第二和第三道次中的锥形压边圈19和24的内径逐渐减小，分别与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同，外径分别略小于拉深成形所得坯料18和23的内径尺寸；

所述锥形压边圈14、19和24的锥面部分面积逐渐减小；

所述锥面凹模15、20和25均在一端设计有锥面形状，坡度分别与同道次配套使用的锥面压边圈14、19和24相配合，可将本道次所用初始成形坯料底部包住；所述锥面凹模15、20和25的内径逐渐减小，分别与本道次最终拉深成形件的外径相同；

在多道次刚模过渡成形过程中，利用刚模拉深不断进行过渡，逐步减小拉深筒形件的直径，同时逐步成形出拉深筒形件与法兰间的大面积锥面。基于所述不同结构尺寸的多套过渡刚模拉深模具，将S1阶段所得带凸缘的筒形件成形为带凸缘锥面侧壁的筒形件；

所述多道次刚模拉深的第一次拉深成形中，首先将坯料对中放置在第一锥面凹模15上，第一锥形压边圈14在第一压边圈过渡板12的推动下将S1阶段成形出的充液拉深预成形筒形件压紧在第一锥面凹模15上，第一锥形压边圈14接触的坯料部分被压出一定锥度，如图4中放大图D处，随后第一刚模拉深凸模11向下拉深，将板料压入第一锥面凹模15中，直至第一刚模拉深凸模11拉深至第一次刚模拉深深度，完全成形出第一锥面凹模15处锥面形状，得到第一道次刚模拉深最终成形件18；所述第二道次和第三道次的成形过程与第一道次拉深过程相似，锥形压边圈18和24在压边时先将本道次中最终刚模拉深成形坯料的锥面部分压出，如图5中放大图E和图6中放大图F，待两道次对应的刚模拉深凸模16和21分别拉深至其对应拉深深度后，每一道次所成形的锥面部分与上一道次所成形的锥面部分相接无明显的台阶痕迹，经过3个道次刚模拉深累积，最终形成完整的大面积凸缘锥面侧壁。

S3：充液拉深终成形

图7中所示为充液拉深终成形过程中所用模具装置及成形过程；

所述充液拉深终成形与所述充液拉深预成形共用一套压边圈转接环5、充液拉深压边圈4、液室底板1、液室侧壁2、凹模法兰3和凸模模柄7；充液拉深终成形中的第二充液拉深凸模26的结构为整体隔热罩初坯零件贴合的回转体；

所述充液拉深终成形的成形过程与充液拉深预成形相似，在S3充液拉深终成形结束后，S2阶段第三道次刚模成形所留的水平凸缘部分完全收缩进入充液拉深凹模型腔并成形出最终零件的上半段筒形结构，充液拉深型腔中持续施加的油压将坯料完全挤压贴靠在第二充液拉深凸模26的外表面上，包括其上完整的大面积锥面结构、筒底圆角及微小凹槽部分，成形后期的整形压力贴膜坯料进行整形，得到了尺寸精度高，表面质量好的整形隔热罩初坯零件。

所述充液拉深预成形和终成形中的初始反胀能改变凸模圆角处板料的初始应力应变状态，使圆角区域板料获得冷作硬化效果，防止了凸模拉深过程中起皱的产生；

所述充液拉深预成形和终成形中的整形压力改变了悬空区坯料的应力状态，抑制了超薄悬空区坯料的起皱失稳。

S4：环形腰带外胀成形

图8中为环形腰带外胀成形过程中所用模具装置，主要包括外胀内模27、大抱箍28、外胀外模29、小抱箍30、外胀底环31、外胀套环32和外胀成形密封圈33；

所述外胀外模29分瓣为两半，安装时可用定位销先定位配合，再分别用大抱箍28和小抱箍30夹紧，并用外胀套环32将头部套紧；所述外胀外模29为环形空心结构，两瓣装配后，内圈留出与整体隔热罩初坯零件贴合的安装空间，并开有图8中放大图G所示腰带环槽结构，外圈留有大抱箍28安装用环槽；所述外胀底环31沿周向方向均布开有螺纹孔，轴向中心设有凸台，凸台圆周上开有与整体隔热罩初始坯料微小凹槽贴合的环形凹槽；所述外胀内模27为环形实体，可贴合装入整体隔热罩初始坯料，与外胀外模29配合将初始坯料夹紧；所述外胀内模27在沿径向方向和中心轴向方向开有相接的油孔，在对应隔热罩最终零件腰带区域开有环形油槽，在油槽两侧开有两环形密封槽；所述外胀内模27的环形油槽和油孔相通，外部液压油经油孔流入环形油槽中；如图8中放大图G，所述两侧环形密封槽可安装外胀成形密封圈33，对所述腰带成形区域压力进行密封；

如图9所示，所述大抱箍28有对称两个，通过螺钉连接，安装在所述外胀外模29的上部；所述小抱箍30有对称两个，通过螺钉连接，安装在所述外胀外模29的下部；

在环形腰带外胀成形过程中，首先将S3阶段成形得到的整体隔热罩初坯零件安装在外胀底环31上，初坯零件底部的凹槽装于外胀底环31的环形凹槽，用外胀外模29将所述整体隔热罩初坯零件包住，安装大抱箍28和小抱箍30，套紧外胀套环32，将外胀底环31和外胀外模29用螺钉连接，将装有外胀成形密封圈33的外胀内模27装入整体隔热罩初坯零件中，将外部液压油通入外胀内模27中，液压油经外胀内模油路充满腰带成形部位，升高压力，利用高压作用在腰带成形部位的坯料表面，将该部分坯料压紧贴合外胀外模29的腰带环槽，成形出环形腰带，随后卸压卸模，取出带腰带的整体隔热罩零件。

S5：环壁凹坑压形

图10为环壁凹坑压形成形所用模具装置，主要包括锥面凹坑外模35、侧面凹坑芯模34和侧面凹坑边模36；

其中，锥面凹坑外模35为回转体空心结构，外围结构贴合整体隔热罩初坯零件的上半段拉深筒和大面积过渡锥面，在大面积锥面上加工有均布的3个锥面凹坑；所述锥面凹坑外模沿中心轴向方向加工有螺纹孔，与所述侧面凹坑芯模通过螺纹连接；

图11为所述侧面凹坑边模36示意图，所述侧面凹坑边模36共3个，结构相同，均为长条型实体，截面形状一边为圆弧，三边为矩形边，沿矩形长边中心轴向方向上开有半方型键槽，如图11中放大图J，圆弧面上各有1个侧面凹坑结构，如图11中放大图I；

图12为所述侧面凹坑芯模34示意图，所述侧面凹坑芯模34为圆柱体结构，底面上加工有隔热罩初坯零件底面相同的凹槽结构，如图12中放大图K，沿中心轴向开有螺纹孔，沿圆周方向开有通孔与机床连接；

所述侧面凹坑芯模34沿圆周方向均布开有3个大矩形截面深槽，如图12中放大图L，沿矩形截面长边中心轴向方向上开有半方型键槽；

所述侧面凹坑芯模34和侧面凹坑边模36可先后套入整体隔热罩初坯零件的下半段拉深筒，组装后侧面凹坑芯模的截面圆弧与侧面凹坑边模的截面圆弧相接成圆，侧面凹坑芯模的L处截面矩形边与侧面凹坑边模的J处矩形边贴合，侧面凹坑芯模的半方型键槽和侧面凹坑边模的半方型键槽构成方型键槽；

所述侧面凹坑芯模34和侧面凹坑边模36利用定位键进行定位组装；

在环壁凹坑成形过程中，首先将将S4阶段成形得到的带腰带的整体隔热罩坯料套入凹坑成形模具装配体中，将凹坑成形装配体装在机床上，将机床上安装的钢珠压在侧面凹坑边模上相应凹坑位置，分别旋转凹坑成形模具和钢珠，在坯料下半段和大锥面外表面依次压出6个凹坑形状，取模时先将锥面凹坑外模35取下，为防止直接取出侧面凹坑边模34将所成形凹坑挤压变形，先将定位键和侧面凹坑芯模36取出，再将三瓣侧面凹坑边模34取下，得到最终成形的多特征的整体隔热罩零件。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以对本发明的实施例作出若干变型和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：是由充液拉深预成形模具装置、多道次刚模拉深过渡成形模具装置、充液拉深终成形模具装置、环形腰带外胀成形模具装置和环壁凹坑压形模具装置构成；具体为：

充液拉深预成形模具装置包括液室底板、液室侧壁、凹模法兰、压边圈、压边圈转接环、第一充液拉深凸模、吊环和充液拉深密封圈；多道次刚模拉深过渡成形模具装置的第一道次刚模拉深模具包括第一刚模拉深凸模、第一压边圈过渡板、第一锥形压边圈、第一锥面凹模；充液拉深终成形模具装置与充液拉深预成形模具装置共用一套压边圈转接环、充液拉深压边圈、液室底板、液室侧壁、凹模法兰和凸模模柄；环形腰带外胀成形模具装置包括外胀内模、大抱箍、外胀外模、小抱箍、外胀底环、外胀套环和外胀成形密封圈；环壁凹坑压形模具装置包括锥面凹坑外模、侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模；

所述外胀外模分瓣为两半，安装时用定位销先定位配合，再分别用大抱箍和小抱箍夹紧，并用外胀套环将头部套紧；外胀外模为环形空心结构，两瓣装配后，内圈留出与整体隔热罩初坯零件贴合的安装空间，并开有腰带环槽结构，外圈留有大抱箍安装用环槽；外胀底环沿周向方向均布开有螺纹孔，轴向中心设有凸台，凸台圆周上开有与整体隔热罩初始坯料微型凹槽贴合的环形凹槽；外胀内模为环形实体，贴合装入整体隔热罩初始坯料，与外胀外模配合将初始坯料夹紧；外胀内模在沿径向方向和中心轴向方向开有相接油孔，在对应隔热罩最终零件腰带区域开有环形油槽，在油槽两侧开有两环形密封槽；外胀内模的环形油槽和油孔相通，外部液压油经油孔流入环形油槽中；两侧环形密封槽安装外胀成形密封圈，对腰带成形区域压力进行密封；大抱箍有对称两个，通过螺钉连接，安装在外胀外模的上部；小抱箍有对称两个，通过螺钉连接，安装在外胀外模的下部。

2.根据权利要求1的一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：第一充液拉深凸模为圆柱形结构，下表面圆周上加工有圆角；凹模法兰为环形空心结构，内圈有环形凸台，凸台外圈开有方形环槽；凹模侧壁内径大于凹模法兰内径，且与液室底板上段外径配合；凹模侧壁外侧装有两吊环螺钉，便于装拆时运送；液室底板沿径向方向和轴向方向开有相接孔路，外部液压油经孔路通入充液拉深预成形型腔；液室底板上凸台外径与凹模侧壁内径配合，凸台外圈开有方形环槽；充液拉深预成形型腔中的液体压力由两充液拉深密封圈密封；两充液拉深密封圈分别安装在凹模法兰和液室底板的方形环槽中；压边圈转接环外径大于压边圈，外部压边力施加在压边圈转接环外圈上。

3.根据权利要求1的一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：充液拉深预成形得到的带凸缘筒形件内径设计为最终隔热罩零件上半段筒形件内径；凹模法兰的环形凸台内径与最终隔热罩零件上半段筒形件外径相同；压边圈转接环和压边圈通过螺钉连接；第一充液拉深凸模通过凸模模柄连接在凸模安装体上；液室底板、液室侧壁和凹模法兰通过螺钉连接。

4.根据权利要求1的一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：第一刚模拉深凸模为带圆角的圆柱形结构，外径与第一道次刚模拉深成形坯料内径相同；第一压边圈过渡板外径大于第一锥形压边圈，与第一锥形压边圈通过螺钉连接使用，外部压边力施加在第一压边圈过渡板的外圈上；第一锥形压边圈为空心环形结构，头部一端设计为最终隔热罩零件上下两段过渡处大面积外围锥面的坡度形状；第一锥形压边圈的内径与第一道次刚模拉深成形坯料外径相同，外径略小于充液拉深预成形坯料内径相同；第一锥面凹模一端设计有锥面形状，坡度与第一锥形压边圈相配合，将充液拉深预成形坯料筒底包住；第一锥面凹模的内径与第一道次刚模拉深成形坯料外径相同，外径大于充液拉深预成形坯料的外径。

5.根据权利要求1的一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：充液拉深终成形中的第二充液拉深凸模结构与整体隔热罩初坯零件是贴合的回转体。

6.根据权利要求1的一种航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置，其特征在于：锥面凹坑外模为回转体空心结构，外围结构贴合整体隔热罩初坯零件的上半段拉深筒和大面积过渡锥面，在大面积锥面上加工有均布的3个锥面凹坑；锥面凹坑外模中心为空心结构，沿中心轴向方向加工有螺纹孔，与侧面凹坑芯模通过螺纹连接；侧面凹坑芯模为圆柱体结构，底面上加工有隔热罩初坯零件底面相同的凹槽结构，沿中心轴向开有螺纹孔，沿圆周方向开有通孔与机床连接；侧面凹坑芯模沿圆周方向均布开有3个大矩形截面深槽，沿矩形截面长边中心轴向方向上开有半方型键槽；侧面凹坑边模共3个，结构相同，均为长条型实体，截面形状一边为圆弧，三边为矩形边，沿矩形长边中心轴向方向上开有半方型键槽，圆弧面上各有1个侧面凹坑结构；侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模先后套入整体隔热罩初坯零件的下半段拉深筒，组装后侧面凹坑芯模的截面圆弧与侧面凹坑边模的截面圆弧相接成圆，侧面凹坑芯模的截面矩形边与侧面凹坑边模的矩形边贴合，侧面凹坑芯模的半方型键槽和侧面凹坑边模的半方型键槽构成方型键槽；侧面凹坑芯模和侧面凹坑边模利用定位键进行组装。

7.一种基于权利要求1所述的航空发动机整体隔热罩多道次刚柔复合成形装置的成形方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：充液拉深预成形：

在充液拉深预成形过程中，首先将原始坯料对中放在预成形模具中的凹模法兰上，在压边圈转接环上施加压边力，经压边圈将板料压紧在凹模法兰上，从液室底板充入液压油，使其充满液室底板、液室侧壁和坯料形成的充液拉深预成形型腔，建立预胀压力对坯料进行初始反胀；随后凸模安装体推动凸模模柄和第一充液拉深凸模下行拉深，将坯料压入充液拉深预成形型腔，型腔中的液体压力作用在坯料下表面将坯料压紧在第一充液拉深凸模上，形成摩擦保持；当第一充液拉深凸模拉深至预成形拉深高度后，将充液拉深预成形型腔内的液体压力升高至整形压力，利用高压使坯料和第一充液拉深凸模贴紧，卸压后脱模，充液拉深预成形结束，得到带凸缘的充液拉深预成形筒形件；

S2：多道次刚模拉深过渡成形：

在多道次刚模拉深过渡成形中，逐步减小拉深筒形件的直径进行过渡，设计多套过渡刚模拉深模具进行多道次成形将S1阶段所得充液拉深预成形筒形件成形为带凸缘大锥面侧壁的筒形件；

在多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，各刚模拉深凸模的外径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同；多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次中的锥形压边圈内径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同，外径均略小于上一道次拉深成形所得坯料内径尺寸；多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次中的锥形压边圈头部的锥面部分面积逐渐减小；多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次的锥面凹模的内径不断减小，均与本道次中最终刚模拉深成形坯料的内径相同，多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，各道次中第一压边圈过渡板内径均减小，与各道次中锥形压边圈通过螺钉连接使用，外部压边力均施加在第一压边圈过渡板的外圈上；

S3：充液拉深终成形：

在第二充液拉深凸模拉深结束后，S2阶段刚模胀形成形后所留水平凸缘部分完全收缩进入充液拉深凹模型腔并成形为最终零件的上半段筒形结构，充液拉深型腔中持续施加的油压将坯料完全挤压贴靠在第二充液拉深凸模外表面上，包括其上完整的大面积锥面结构、圆角以及微小凹槽部分，成形后期的整形压力贴膜坯料进行整形，得到了尺寸精度高，表面质量好的整形隔热罩初坯零件；

S4：环形腰带外胀成形：

在环形腰带外胀成形过程中，首先将S3阶段成形得到的整体隔热罩初坯零件安装在外胀底环上，初坯零件底部的凹槽装于外胀底环的环形凹槽，用外胀外模将整体隔热罩初坯零件包住，安装大抱箍和小抱箍，套紧外胀套环，将外胀底环和外胀外模用螺钉连接，将装有外胀成形密封圈的外胀内模装入整体隔热罩初坯零件中，将外部液压油通入外胀内模中，液压油经外胀内模油路充满腰带成形部位，升高压力，利用高压作用在腰带成形部位的坯料表面，将该部分坯料压紧贴合外胀外模的腰带环槽，成形出环形腰带，随后卸压卸模，取出带腰带的整体隔热罩零件；

S5：环壁凹坑压形：

在环壁凹坑压形成形过程中，首先将S4阶段成形得到的带腰带的整体隔热罩坯料套入凹坑成形模具装配体中，将凹坑成形装配体装在机床上，将机床上安装的钢珠压在凹坑内模上相应凹坑位置，分别旋转凹坑成形模具和钢珠，在坯料上半段和锥面外表面依次压出6个凹坑形状，取模时先将锥面凹坑外模取下，为防止直接取出侧面凹坑边模将所成形凹坑挤压变形，先将定位键和侧面凹坑芯模取出，再将三瓣侧面凹坑边模取下，得到最终成形的整体隔热罩零件。

8.根据权利要求7所述的成形方法，其特征在于：在S2中，在多道次刚模拉深的第一次拉深成形中，首先将坯料对中放置在第一锥面凹模上，第一锥形压边圈在第一压边圈过渡板的推动下将充液拉深预成形筒形件压紧在第一锥面凹模上，第一锥形压边圈接触的坯料部分被压出一定锥度，随后第一刚模拉深凸模向下拉深，将板料压入第一锥面凹模，直至第一刚模拉深凸模拉深至第一次刚模拉深深度，完全成形出第一锥面凹模处锥面形状。

9.根据权利要求7所述的成形方法，其特征在于：在S3中，在多道次刚模拉深的后续拉深成形道次中，每一道次的锥形压边圈在压边时先将本道次中最终刚模拉深成形坯料的锥面部分压出，在本道次的刚模拉深凸模拉深至本道次拉深深度后，本道次所成形的锥面部分与上一道次所成形的锥面部分相接无明显的台阶痕迹，经过多道次刚模拉深累积，最终形成完整的大面积凸缘锥面侧壁。

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