CN115475856A - 一种钣金成型小圆角的整形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钣金成型小圆角的整形装置及方法，所示整形装置包括上下模板、上模压料芯、弹簧、上下模整形镶块，上模压料芯设置有中心孔，其上端面沿周向连接设置有第二螺钉，第二螺钉的上端与上模板上对应设置的阶梯通孔间隙配合；弹簧套设在第二螺钉上且两端分别与上模板和上模压料芯相抵接；所述上模整形镶块的上端面通过打杆与上模板固定连接，其外径与上模压料芯的中心孔间隙配合；下模整形镶块的下端面固定设置在下模板上且同轴地位于上模整形镶块的正下方，外径与上模压料芯的中心孔间隙配合；下模压料芯位于上模压料芯的正下方且设置有与下模整形镶块的外径间隙配合的中心孔，下端面与顶杆固定连接。本申请可显著减少整形工序减薄率。

Description

一种钣金成型小圆角的整形装置及方法

技术领域

本申请涉及航空发动机零件制造领域，特别地，涉及一种钣金成型小圆角的整形装置及方法。

背景技术

航空发动机上具有较多成形难度较大的钣金件，这类零件由于总体结构和空间限制，往往具有相比其他领域钣金件更小的圆角。同时，为了达到安全可靠的目的，对于航发钣金件的成形后壁厚有着很高要求，传统钣金成型方式采用的整形装置和整形方式(见图)不可避免的会造成零件小圆角处壁厚的较大减薄，造成零件成形开裂或者壁厚不能符合技术图纸要求。

发明内容

本申请一方面提供了一种钣金成型小圆角的整形装置，以解决现有的钣金成型方式因零件小圆角处壁厚的较大减薄，造成零件成形开裂或者壁厚不能符合技术图纸要求的技术问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种钣金成型小圆角的整形装置，包括上模板、下模板，还包括：

上模压料芯，设置有中心孔，其上端面沿周向连接设置有若干第二螺钉，所述第二螺钉的另一端与上模板上对应设置的阶梯通孔间隙配合；

弹簧，套设在所述第二螺钉上且两端分别与上模板和上模压料芯相抵接；

上模整形镶块，所述上模整形镶块的上端面通过打杆与所述上模板固定连接，下端面设置有整形部，其外径与所述上模压料芯的中心孔间隙配合；

下模整形镶块，下端面固定设置在所述下模板上且同轴地位于所述上模整形镶块的正下方，上端面设置有整形部，外径与所述上模压料芯的中心孔间隙配合；

下模压料芯，位于上模压料芯的正下方且设置有与所述下模整形镶块的外径间隙配合的中心孔，所述下模压料芯的下端面与穿过所述下模板的若干顶杆固定连接。

进一步地，所述下模整形镶块的下端面通过第一螺钉固定设置在所述下模板上且同轴地位于所述上模整形镶块的正下方。

本申请另一方面还提供了一种钣金成型小圆角的整形方法，基于所述的整形装置，包括步骤：

在模具开模状态下利用顶杆将下模压料芯顶起一定的距离，将经过预先拉伸的零件放置在下模压料芯上；

合模后，上模压料芯在弹簧作用力下相比上模整形镶块提前下行一定的距离，上模压料芯和下模压料芯压紧零件下方斜面部分，此时上模整形镶块、下模整形镶块均未接触零件的待整形部位；

上模板下行，通过预压缩弹簧推动上模压料芯压紧下模压料芯先进行下行，下行过程中下模整形镶块对零件进行上整形，直至下模压料芯接触下模板完成上整形，在所述零件上端的待整形部位外缘向上成型出外侧圆角；

上模板继续下行，弹簧在预压缩基础上进一步压缩，此时上模整形镶块随上模板下行并开始接触零件上端的待整形部位，在所述零件上端中部向下零件内部凹坑成型出内侧圆角，从而完成零件整个先上、后下的整形。

进一步地，在所述零件上端外缘向上成型出外侧圆角的过程中，施加在所述弹簧的预压力大于顶杆的顶力与上整形变形力的和。

进一步地，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度小于等于整形后的纵向截面线长度。

进一步地，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的0.95～1倍。

进一步地，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的1倍。

进一步地，所述零件的待整形部位在整形前的轴向高度高于整形后的轴向高度。

进一步地，经过预先拉伸的零件的待整形部位在整形前的轴向高度的确定过程包括步骤：

按照零件的最终设计尺寸计算出整形部位整形后的纵向截面线的总长度值；

设置整形前整形部位的纵向截面线，包括中间直线段、垂直设置在所述中间直线段两端的两端部直线段、相切地过度设置在中间直线段和两端部直线段之间的圆弧段；

求解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式：

((Hc-Rd)+2πRd×1/4+(Re-Rd))×2

其中，Hc为整形前整形部位的轴向高度，Rd为圆弧段半径，在整形前事先设定，Re为整形前整形部位的最大半径，与整形后整形部位的最大半径相同，均为设计值；

根据整形后的纵向截面线的总长度值、整形前的纵向截面线的总长度值与整形后的纵向截面线的总长度值的比例关系、解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式和整形前事先设定的圆弧段半径Rd计算得到整形前整形部位的在整形前的轴向高度。

进一步地，所述圆弧段半径Rd的事先设定值为10～20倍料厚。

相比现有技术，本申请具有以下有益效果：

本申请提供了一种钣金成型小圆角的整形装置及方法，所述整形装置包括上模板、下模板、上模压料芯、弹簧、上模整形镶块、下模整形镶块、下模压料芯。本申请通过对小圆角处的成形工艺进行改进，钣金成型小圆角的整个整形过程中，采用先上整形、后下整形的方式完成对钣金小圆角的整形过程，相比于现有技术中传统整形方案全部采用上整形措施，且整形前需加工底孔，本申请使整形工序减薄率显著减少，甚至做到了整形工序圆角明显变小但壁厚不减薄，整形小圆角处无开裂风险，零件合格率显著提高。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本申请还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本申请作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本申请优选实施例的钣金成型小圆角的整形装置的结构示意图；

图2是现有的钣金成型小圆角的整形装置的结构示意图；

图3是采用现有技术所得零件的立体结构示意图；

图4是采用现有技术的两次拉深和整形过程的零件结构示意图；

图5是采用本申请技术方案的两次拉深和整形过程的零件结构示意图；

图6是第Ⅱ次拉深成形后和本申请第Ⅲ次整形后纵向截面线尺寸示意图；

图7是第Ⅰ次拉深成形后整形部位各部分的实测壁厚示意图；

图8是第Ⅱ次拉深成形后整形部位各部分的实测壁厚示意图；

图9是采用本申请技术方案的第Ⅲ次整形后整形部位各部分的实测壁厚示意图；

图10是采用本申请技术方案的第Ⅲ次整形后整形部位各部分的实测壁厚示意图。

图中所示：

1、打杆；2、上模板；3、上模整形镶块；4、上模压料芯；5、下模压料芯；6、下模整形镶块；7、下模板；8、顶杆；9、第一螺钉；10、弹簧；11、第二螺钉；12、垫板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1，本申请的优选实施例提供了一种钣金成型小圆角的整形装置，包括上模板2、下模板7，还包括：

上模压料芯4，设置有中心孔，其上端面沿周向连接设置有若干第二螺钉11，所述第二螺钉11的另一端与上模板2上对应设置的阶梯通孔间隙配合；

弹簧10，套设在所述第二螺钉11上且两端分别与上模板2和上模压料芯4相抵接；

上模整形镶块3，所述上模整形镶块3的上端面通过打杆1与所述上模板2固定连接，下端面设置有整形部，其外径与所述上模压料芯4的中心孔间隙配合；

下模整形镶块6，下端面通过第一螺钉9固定设置在所述下模板7上且同轴地位于所述上模整形镶块3的正下方，方便更换和维护，上端面设置有整形部，外径与所述上模压料芯4的中心孔间隙配合；

下模压料芯5，位于上模压料芯4的正下方且设置有与所述下模整形镶块6的外径间隙配合的中心孔，所述下模压料芯5的下端面与穿过所述下模板7的若干顶杆8固定连接。

图2是现有技术中整形装置，其中，上模板2与上模压料芯4之间通过螺钉11连接设置的是垫板12，与本申请类似，整形前，零件先依次经过第Ⅰ次、第Ⅱ次拉深成形使的高度尺寸小于最终零件高度，最后再利用整形装置进行第Ⅲ次整形将零件高度整高，圆角整小，达到最终零件尺寸，整形过程，预先加工的底孔尺寸变大，材料减薄大，其工作原理为：

模具开模状态下利用顶杆8将下模压料芯5顶起一定的距离，零件放置在下模压料芯5上，整形前零件需加工底孔(见图3)；上模板2开始下行，首先压紧零件下方斜面部分，下模压料芯5随上模板2一起下行，此时下模整形镶块6开始接触零件，向上成型出零件外侧圆角和内部凹坑，整形完成(见图4)；整形过程中机床通过顶杆8为下模压料芯5提供压料力。

本实施例提供了一种钣金成型小圆角的整形装置，所述整形装置包括上模板2、下模板7、上模压料芯4、弹簧10、上模整形镶块3、下模整形镶块6、下模压料芯5。

如图5所示，不同于现有技术的是，本实施是通过第Ⅰ次和第Ⅱ次两次向上拉深成形高度尺寸大于最终零件高度，再通过第Ⅲ次向下整形将零件高度整矮，圆角跟随高度变化而变小，达到最终零件尺寸，由于将第Ⅱ次拉深高度加高，因此为整形储存了足够多的材料，整形时圆角是随高度变化而变小的，相比传统直接整形圆角材料的受力较小，整形过程中材料拉伸量极小，因此整形过程零件减薄量明显变小。

可见，本实施例通过对小圆角处的成形工艺进行改进，钣金成型小圆角的整个整形过程中，采用先上、后下整形的方式完成对钣金小圆角的整形过程，相比于现有技术中传统整形方案全部采用上整形措施，且整形前需加工底孔，本实施例使整形工序减薄率显著减少，甚至做到了整形工序圆角明显变小但壁厚不减薄，整形小圆角处无开裂风险，零件合格率显著提高。

本申请另一实施例还提供了一种钣金成型小圆角的整形方法，基于所述的整形装置，包括步骤：

S1、在模具开模状态下利用顶杆8将下模压料芯5顶起一定的距离，将经过预先拉伸的零件放置在下模压料芯5上；

S2、合模后，上模压料芯4在弹簧10作用力下相比上模整形镶块3提前下行一定的距离，上模压料芯4和下模压料芯5压紧零件下方斜面部分，此时上模整形镶块3、下模整形镶块6均未接触零件的待整形部位；

S3、上模板2下行，通过预压缩弹簧10推动上模压料芯4压紧下模压料芯5先进行下行，下行过程中下模整形镶块6对零件进行上整形，直至下模压料芯5接触下模板7完成上整形，在所述零件上端的待整形部位外缘向上成型出外侧圆角；

S4、上模板2继续下行，弹簧10在预压缩基础上进一步压缩，此时上模整形镶块3随上模板2下行并开始接触零件上端的待整形部位，在所述零件上端中部向下挤压出零件内部凹坑成型出内侧圆角，从而完成零件整个先上、后下的整形。

在本申请的优选实施例中，在所述零件上端外缘向上成型出外侧圆角的过程中，施加在所述弹簧10的预压力(约1.8T)大于顶杆8的顶力(约0.3T)与上整形变形力(约0.9T)的和，从而能够顺利的在所述零件上端外缘向上成型出外侧圆角。

在本申请的优选实施例中，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度小于等于整形后的纵向截面线长度，一般所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的0.95～1倍，优选地，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的1倍。

在本申请的优选实施例中，所述零件的待整形部位在整形前的轴向高度高于整形后的轴向高度，具体地，所述零件的待整形部位在整形前的轴向高度的确定过程包括步骤：

S11、按照零件的最终设计尺寸计算出整形部位在第Ⅲ次整形后的纵向截面线的总长度值(见图6)：

((Ha-Ra)+2πRa×1/4+(La-Ra-Rb)+2πRb×1/4+(Hb-Rb-Rc)+2πRc×1/4+(Re-La-Rc))×2

其中，Ha为整形后整形部位的轴向高度，Hb为整形后整形部位中部凹坑的深度，La为整形后整形部位环形凸起的宽度；Ra、Rb、Rc为整形后整形部位纵向截面线各个圆弧段的半径；Re为整形后整形部位的最大半径，其与整形前整形部位的最大半径相同，故采用同一参数符号；

S12、设置整形前(即第Ⅱ次拉深成形后)整形部位的纵向截面线，包括中间直线段、垂直设置在所述中间直线段两端的两端部直线段、相切地过度设置在中间直线段和两端部直线段之间的圆弧段；

S13、求解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式：

((Hc-Rd)+2πRd×1/4+(Re-Rd))×2

其中，Hc为整形前整形部位的轴向高度，Rd为圆弧段半径，在整形前事先设定，一般设置为10～20倍料厚，Re为整形前整形部位的最大半径，与整形后整形部位的最大半径相同，均为设计值；

S14、根据整形后的纵向截面线的总长度值、整形前的纵向截面线的总长度值与整形后的纵向截面线的总长度值的比例关系、解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式和整形前事先设定的圆弧段半径Rd计算得到整形前整形部位的在整形前的轴向高度。

轴向高度的选择决定最终的整形结果，为了整形过程中不出现较大的减薄，原则上整形变形区域内整形前、后的材料截面线长度要尽量接近，如果整形前的截面线长度小于整形后的截面线长度，则整形过程中截面方向材料被拉长，材料厚度将出现减薄，反之如果整形前的截面线长度大于整形后的截面线长度，则整形过程中截面方向材料被压缩，成型过程贴模效果不佳，压缩严重情况下将可能出现起皱现象，一般整形前纵向截面线长度选择0.95～1倍整形后的截面线长度，让整形过程材料不被压缩，稍微被拉伸，得到更好的外观质量。

如图7和图8所示，由于本申请与现有技术的第Ⅰ次拉深成形和第Ⅱ次拉深成形的过程基本相同，因此，在经过第Ⅰ次拉深成形和第Ⅱ次拉深成形后各部位的实测壁厚基本相同，如图9所示，现有技术在进行第Ⅲ次整形后整形部位各部位的实测壁厚为0.35mm、0.38mm和0.41mm(t0.5表示材料的原有厚度为0.5mm)，即零件有效型面最小壁厚0.38mm，最大减薄率24％；工艺补充区域最小壁厚0.35mm，最大减薄率30％，超出了航空领域一般零件减薄不大于20％的要求，零件不能满足设计要求，且第Ⅲ次整形后在第Ⅱ次拉深成形的基础上又有了较大减薄，进一步减薄了0.06mm，整形小圆角处开裂风险大。

如图10所示，而采用申请的技术方案进行第Ⅲ次整形后整形部位各部分的实测壁厚为0.45mm、0.44mm和0.46mm，即零件有效型面最小壁厚0.44，最大减薄12％，工艺补充区域最小壁厚0.45，最大减薄率10％，满足航空一般零件减薄不大于20％的要求，且第Ⅲ次整形在第Ⅱ次拉深成形的基础上无进一步减薄，整形小圆角处无开裂风险。

综上所述，本申请的整形后整形部位各部分的实测壁厚的减薄率要远小于现有技术在整形后整形部位各部分的实测壁厚的减薄率，符合机加余量要求，满足最终设计图样要求。可见，本申请通过对小圆角处的成形装置及工艺改进，使整形工序减薄率显著减少，甚至做到了整形工序圆角明显变小但壁厚不减薄，零件合格率显著提高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钣金成型小圆角的整形装置，包括上模板(2)、下模板(7)，其特征在于，还包括：

上模压料芯(4)，设置有中心孔，其上端面沿周向连接设置有若干第二螺钉(11)，所述第二螺钉(11)的另一端与上模板(2)上对应设置的阶梯通孔间隙配合；

弹簧(10)，套设在所述第二螺钉(11)上且两端分别与上模板(2)和上模压料芯(4)相抵接；

上模整形镶块(3)，所述上模整形镶块(3)的上端面通过打杆(1)与所述上模板(2)固定连接，下端面设置有整形部，其外径与所述上模压料芯(4)的中心孔间隙配合；

下模整形镶块(6)，下端面固定设置在所述下模板(7)上且同轴地位于所述上模整形镶块(3)的正下方，上端面设置有整形部，外径与所述上模压料芯(4)的中心孔间隙配合；

下模压料芯(5)，位于上模压料芯(4)的正下方且设置有与所述下模整形镶块(6)的外径间隙配合的中心孔，所述下模压料芯(5)的下端面与穿过所述下模板(7)的若干顶杆(8)固定连接。

2.根据权利要求1所述的钣金成型小圆角的整形装置，其特征在于，

所述下模整形镶块(6)的下端面通过第一螺钉(9)固定设置在所述下模板(7)上且同轴地位于所述上模整形镶块(3)的正下方。

3.根据权利要求4所述的钣金成型小圆角的整形方法，基于如权利要求1至2中任一项所述的整形装置，其特征在于，包括步骤：

在模具开模状态下利用顶杆(8)将下模压料芯(5)顶起一定的距离，将经过预先拉伸的零件放置在下模压料芯(5)上；

合模后，上模压料芯(4)在弹簧(10)作用力下相比上模整形镶块(3)提前下行一定的距离，上模压料芯(4)和下模压料芯(5)压紧零件下方斜面部分，此时上模整形镶块(3)、下模整形镶块(6)均未接触零件的待整形部位；

上模板(2)下行，通过预压缩弹簧(10)推动上模压料芯(4)压紧下模压料芯(5)先进行下行，下行过程中下模整形镶块(6)对零件进行上整形，直至下模压料芯(5)接触下模板(7)完成上整形，在所述零件上端的待整形部位外缘向上成型出外侧圆角；

上模板(2)继续下行，弹簧(10)在预压缩基础上进一步压缩，此时上模整形镶块(3)随上模板(2)下行并开始接触零件上端的待整形部位，在所述零件上端中部向下零件内部凹坑成型出内侧圆角，从而完成零件整个先上、后下的整形。

4.根据权利要求3所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，

在所述零件上端外缘向上成型出外侧圆角的过程中，施加在所述弹簧(10)的预压力大于顶杆(8)的顶力与上整形变形力的和。

5.根据权利要求3所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度小于等于整形后的纵向截面线长度。

6.根据权利要求5所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的0.95～1倍。

7.根据权利要求6所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，所述零件的待整形部位在整形前的纵向截面线长度为整形后的纵向截面线长度的1倍。

8.根据权利要求3所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，所述零件的待整形部位在整形前的轴向高度高于整形后的轴向高度。

9.根据权利要求8所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，经过预先拉伸的零件的待整形部位在整形前的轴向高度的确定过程包括步骤：

按照零件的最终设计尺寸计算出整形部位整形后的纵向截面线的总长度值；

设置整形前整形部位的纵向截面线，包括中间直线段、垂直设置在所述中间直线段两端的两端部直线段、相切地过度设置在中间直线段和两端部直线段之间的圆弧段；

求解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式：

((Hc-Rd)+2πRd×1/4+(Re-Rd))×2

其中，Hc为整形前整形部位的轴向高度，Rd为圆弧段半径，在整形前事先设定，Re为整形前整形部位的最大半径，与整形后整形部位的最大半径相同，均为设计值；

根据整形后的纵向截面线的总长度值、整形前的纵向截面线的总长度值与整形后的纵向截面线的总长度值的比例关系、解整形前整形部位的纵向截面线总长度值计算式和整形前事先设定的圆弧段半径Rd计算得到整形前整形部位的在整形前的轴向高度。

10.根据权利要求9所述的钣金成型小圆角的整形方法，其特征在于，所述圆弧段半径Rd的事先设定值为10～20倍料厚。

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