CN116727476A - 一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，包括组装模具、入料、挤压成形和卸料等步骤，模具包括凸模、分瓣凹模、下垫板和芯杆，凸模的底部开设有下压型腔，下压型腔的内侧壁设有内斜面，芯杆的底部固定在下垫板上，分瓣凹模径向滑动安装在下垫板上，多个分瓣凹模间隔分布在芯杆的四周以围合芯杆，多个分瓣凹模与芯杆之间形成供坯料置入的模具型腔，相邻的分瓣凹模之间的间隙形成翼片型腔；凸模向下轴向移动的同时，所有分瓣凹模同时向内径向移动以挤压坯料向外径向移动，使坯料流入翼片型腔成形翼片；本发明通过径向同步加载的方式，改变金属的应力状态，从而调控金属的流动方向和金属流线，改善尾翼的径向力学性能和成形均匀性。

Description

一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，特别涉及一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法。

背景技术

尾翼类构件壁厚差大，形状复杂，翼片厚度较薄，且翼片径向直径较长，常规采用正挤压和径向挤压工艺成形该类构件，然而，正挤压和径向工艺成形尾翼类构件时，容易造成金属流动不均匀。正挤压成形是金属流动方向与凸模运动方向一致的挤压工艺，可适用于复杂构件成形。径向挤压成形是金属主要流动方向与凸模运动方向相垂直的挤压工艺，如图1所示，在挤压时，金属流动的方向是离心方向，利用该方法可成形具有凸缘、凸台和枝桠等轴对称零件，适用于尾翼类构件成形。但是采用正挤压和径向挤压工艺成形尾翼具有以下的缺陷：

1、由于成形尾翼翼片的型腔狭长，采用常规径向挤压工艺成形时，翼片型腔内的金属流动十分困难，金属总是先填充翼片型腔上部，然后再逐渐向底部填充，造成翼片的上、下部分金属流动不均匀以及应变不均匀，尾翼的上部和下部存在较大的应变差，造成整体成形不均匀，而且，由于摩擦阻力的影响，作用在坯料上部的应力高于作用在坯料下部的应力，导致翼片底部难以充填饱满。

2、采用镁合金为成形尾翼的原材料，由于镁晶体为密排六方晶体结构，在塑性变形过程中可激活滑移系数量少，采用正挤压工艺加工时，会沿挤压方向形成强织构，造成尾翼沿平行于挤压方向的轴向力学性能高于径向力学性能，不利于弹、箭的飞行稳定性，尾翼在流场飞行的过程中，尾翼翼片会沿径向发生显著的挠曲变形，且由翼片根部到边部挠度逐渐增加，因此，在挤压成形工艺设计中，除需要满足形状和尺寸要求外，还要提升翼片的径向力学性能，减小尾翼翼片在飞行过程中的挠曲变形程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，通过径向同步加载的方式，改变金属的应力状态，从而调控金属的流动方向和金属流线，改善尾翼的径向力学性能和成形均匀性。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，包括以下步骤：

S1、组装模具：所述模具包括凸模、分瓣凹模、下垫板和芯杆，所述芯杆的底部固定在下垫板上，所述凸模的底部开设有下压型腔，所述下压型腔的内侧壁设有内斜面，所述分瓣凹模设有多个且分瓣凹模的外侧壁设有与内斜面配合的外斜面；组装模具时，先将芯杆的底部固定在下垫板上，然后将分瓣凹模径向滑动安装在下垫板上，多个分瓣凹模间隔分布在芯杆的四周以围合芯杆，多个分瓣凹模与芯杆之间形成供坯料置入的模具型腔，相邻的分瓣凹模之间的间隙形成翼片型腔；最后将下压型腔的中心与芯杆的中心对齐，完成模具的组装；

S2、入料：模具组装完成后，将坯料置入模具型腔内，所述坯料的中心设有通孔供芯杆穿过；

S3、挤压成形：入料完成后，下压凸模，使下压型腔的内斜面与分瓣凹模的外斜面接触，凸模与分瓣凹模做相对斜楔运动，凸模向下轴向移动的同时，所有分瓣凹模同时向内径向移动以挤压坯料向外径向移动，使坯料流入翼片型腔内，实现尾翼翼片部分的充填；待凸模下行到预定高度时，翼片型腔充填饱满且厚度符合预设，挤压成形过程完成；

S4、卸料：待挤压完成后，将凸模升起，然后将所有的分瓣凹模向外径向移动散开，取出挤压完成的尾翼。

进一步，在步骤S1中，所述凸模通过压力机下行挤压，所述模具还包括上模板、凸模垫板和下模板；组装模具时，先将凸模垫板安装在上模板的底部，再将凸模安装在凸模垫板的底部，然后将上模板安装在压力机的上工作台上；将下模板安装在压力机的下工作台上后，再将芯杆安装在下垫板上，然后将下垫板安装在下模板上，最后再安装凸模。

进一步，在步骤S1中，所述模具还包括T形键和楔钉，所述分瓣凹模的底部通过楔钉与T形键的顶部固定，所述下垫板上设有T形导轨，所述T形键的底部滑动设置在T形导轨内，以将分瓣凹模安装在下垫板上。

进一步，在步骤S1中，所述芯杆为T形杆，所述下垫板开设有安装芯杆的T形孔。

进一步，在步骤S2中，所述模具还包括上垫板，所述芯杆的顶部设有外螺纹，所述上垫板的中心设有螺纹孔，待坯料置入模具型腔内后，将上垫板置于分瓣凹模的上方，且上垫板的螺纹孔与芯杆顶部的外螺纹螺纹连接将上垫板固定。

进一步，在步骤S3中，所述分瓣凹模的外斜面和凸模的内斜面的倾斜角相同，根据分瓣凹模的外斜面或凸模的内斜面的倾斜角计算凸模的下行距离和分瓣凹模的径向运动距离，通过控制下行距离调控分瓣凹模的径向移动距离，待翼片型腔的宽度达到尾翼翼片的所需厚度时，挤压完成。

采用上述方案后，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用多个分瓣式凹模间隔围成供坯料置入的模具型腔，相邻的分瓣凹模之间的间隙形成翼片型腔，分瓣凹模滑动设置在下垫板上，下压凸模时，凸模与分瓣凹模做相对斜楔运动，所有分瓣凹模同时向内径向移动以挤压坯料向外径向流动，将坯料挤压进翼片型腔，所有分瓣凹模同时进行挤压，且挤压的力相同，成形尾翼翼片的上、下部分金属流速快且流速均匀，成形尾翼翼片的端部平直度高，成形均匀性良好，且尾翼轴向和径向应变均匀，不存在显著应变差；因此，通过本发明的径向同步加载成形工艺成形尾翼，可有效调控坯料朝径向均匀流动直至将翼片型腔充填饱满，并形成沿翼片径向的金属流线，改善尾翼翼片的径向力学性能，有效解决径向挤压尾翼底部难以充填饱满、翼片区域金属流速不均匀以及等效应变不均匀的问题，有效改善尾翼成形均匀性。

2、本发明的径向同步加载挤压成形方法有利于形成沿径向的均匀金属流线，提升尾翼径向力学性能，改善尾翼飞行过程中翼片径向的挠曲变形程度。

附图说明

图1为现有技术常规挤压成形的示意图；

图2为本发明模具的立体图；

图3为本发明模具的剖视图；

图4为本发明凹模组件的分解图；

图5为本发明凸模的仰视图；

图6为本发明模具装配对齐的示意图；

图7为本发明放置坯料的示意图；

图8为本发明挤压过程的示意图；

图9为本发明挤压完成的示意图；

图10为本发明挤压完成移除凸模的示意图；

图11为本发明移动分瓣凹模取出尾翼的示意图；

图12为本发明坯料流动的示意图；

图13为本发明模具间相对运动的示意图。

标号说明：

1、上模板；2、凸模垫板；3、凸模；31、下压型腔；32、内斜面；4、下垫板；41、T形导轨；42、T形孔；5、分瓣凹模；51、模具型腔；52、翼片型腔；53、外斜面；6、芯杆；7、T形键；8、楔钉；9、上垫板；91、螺纹孔；10、坯料；101、尾翼。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。

如图2-5所示，本发明提供一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，本发明采用的模具包括是凸模组件和凹模组件，所述凸模组件由压力机（图中未示出）驱动下压，所述凸模组件包括上模板1、凸模垫板2和凸模3，所述上模板1安装在压力机的上工作台上，所述凸模垫板2与上模板1的底部连接，所述凸模3与凸模垫板2的底部连接，所述凸模3的底部设有下压型腔31，由于凸模3的顶部设有凸模垫板2，所述下压型腔31可上下贯通设置在凸模3的中部，可节省材料；所述凹模组件包括下模板、下垫板4、分瓣凹模5和芯杆6，所述下模板（图中未示出）安装在压力机的下工作台上，所述下垫板4安装在下模板上，所述芯杆6的底部固定在下垫板4上，所述分瓣凹模5径向滑动设置在下垫板4上，所述分瓣凹模5设有多个且间隔分布在芯杆6的四周将芯杆6围合，多个分瓣凹模5与芯杆6之间留有间隙形成供坯料10置入的模具型腔51，本发明要成形的尾翼101为中部空心的结构，由此，所述坯料10的中心具有上下贯通的通孔，所述坯料10置入模具型腔51时，所述芯杆6穿过通孔，在后续的挤压过程中，所述芯杆6可保证通孔不变形；相邻的分瓣凹模5之间形成成形尾翼翼片部分的翼片型腔52，所述下压型腔31的内侧壁设有内斜面32，所述分瓣凹模5的外侧壁设有与内斜面32配合的外斜面53，所述分瓣凹模5可为扇形或三角形结构，多个分瓣凹模5围合成近似圆台或棱台的结构，所述下压型腔31的形状与多个分瓣凹模5围成的形状配合，所述凸模3通过压力机下压所有分瓣凹模5时，所述凸模3与所有分瓣凹模5做相对斜楔运动，凸模3垂直向下运动的同时，所有分瓣凹模5同时受力向内径向运动，即向芯杆6的中心方向运动挤压坯料10，使坯料10向外径向移动，即背向芯杆6的中心方向流动流入翼片型腔52形成尾翼的翼片，因此，分瓣凹模5的数量由尾翼翼片的数量来决定，以尾翼101具有四个翼片为例，所述分瓣凹模5具有四个，四个分瓣凹模5间隔分布在芯杆6的四周形成四个翼片型腔52。

重点参照图2-3，所述凹模组件还包括T形键7和楔钉8，所述分瓣凹模5的底部通过楔钉8与T形键7的顶部固定，所述下垫板4上开设有四条T形导轨41，所述T形键7的底部滑动设置在T形导轨41内，从而将分瓣凹模5径向滑动安装在下垫板4上，所述T形导轨41与T形键7的配合，可固定分瓣凹模5的运动方向，防止分瓣凹模5偏心运动，保证成形尾翼101的形状和尺寸。

作为优选的实施例，所述芯杆6为T形杆，所述下垫板4开设有方便安装芯杆6的T形孔42，所述芯杆6向上穿过T形孔42使芯杆6的底部限位在T形孔42内就可将芯杆6安装；所述凹模组件还包括上垫板9，所述上垫板9的中心设有螺纹孔91，所述芯杆6的顶部设有外螺纹，待坯料10置入模具型腔51后，将上垫板9置于分瓣凹模5的上方，且上垫板9的螺纹孔91与芯杆6顶部的外螺纹螺纹连接将上垫板9固定，在挤压坯料10的过程中，所述上垫板9可有效防止坯料10向上流动，防止坯料10溢出模具型腔51和翼片型腔52。

此外，所述下压型腔31的内斜面32与分瓣凹模5的外斜面53在设计时倾斜角相同，该设计可有效保证凸模3与分瓣凹模5接触时为面接触，且接触面积大，分瓣凹模5受凸模3挤压时可将力均匀分布在外斜面53上，保证分瓣凹模5平稳运动。当下压型腔31的内斜面32与分瓣凹模5的外斜面53接触时，分瓣凹模5开始受力运动，由于下压型腔31的内侧壁存在倾斜角，凸模3向下运动时，下压型腔31的宽度呈线性减小，分瓣凹模5受力连同采用楔钉8固定在分瓣凹模5上的T形键7一起在下垫板4的T形导轨41上向内做径向挤压运动。

如图6-13所示，本发明径向同步加载成形方法包括以下步骤：

S1、组装模具：先将上模板1安装在压力机的上工作台上，再将凸模垫板2安装在上模板1的底部，然后将凸模3安装在凸模垫板2的底部，完成凸模组件的安装；接着将芯杆6安装在下垫板4上，再将下垫板4安装在下模板上，然后采用楔钉8将T形键7与分瓣凹模5固定，将固定分瓣凹模5的T形键7置于下模板的T形导轨41上，四个分瓣凹模5与芯杆6之间形成供坯料10置入的模具型腔51，相邻的分瓣凹模5之间的间隙形成翼片型腔52，完成凹模组件的安装；最后调整凸模3和芯杆6的中心位于同一轴线上对齐，如图6所示，完成模具的组装；

S2、入料：如图7所示，模具组装完成后，将坯料10置入模具型腔51内，在坯料10置入的同时，芯杆6穿过坯料10中心的通孔；待坯料10放置完成后，将上垫板9置于分瓣凹模5上方并与芯杆6顶部螺纹连接固定，入料完成；

S3、挤压成形：如图8-10、图12-13所示，凸模3在压力机的上工作台作用下逐渐向下运动，使下压型腔31的内斜面32与分瓣凹模5的外斜面53接触，挤压开始；凸模3与分瓣凹模5做相对斜楔运动，凸模3向下轴向移动的同时，四个分瓣凹模5同时向内径向移动以挤压坯料10向外径向移动，使坯料10流入翼片型腔52内，实现尾翼翼片部分的充填，形成尾翼101的长“翅膀”；待凸模3下行到预定高度时，翼片型腔52充填饱满且厚度符合预设，挤压成形过程完成；

S4、卸料：如图11所示，待挤压完成后，将凸模3升起，然后将上垫板9拆下，将四个分瓣凹模5在无凸模3和上垫板9的束缚下通过T形键7沿T形导轨41径向向外滑动而散开，取出挤压完成的尾翼101，完成所有步骤。

在步骤S3中，四个分瓣凹模5受力作用时，同时挤压坯料10向内径向流动，此时初始坯料10通过减径成形四个翼片；因此在步骤S2的坯料10设计时，初始坯料10减径体积要等于四个翼片的体积，保证翼片可以填充饱满。

在步骤S3中，所述分瓣凹模5的外斜面53或凸模3的内斜面32的相同，根据外斜面53或内斜面32的倾斜角可计算凸模3的下行距离和分瓣凹模5的径向运动距离，通过控制凸模3的下行距离可调控分瓣凹模5的径向移动距离，翼片型腔52的宽度达尾翼翼片的所需厚度时，挤压完成，从而可计算得出凸模3需下行的距离，以及挤压完成后的凸模3高度，即预定高度，从而凸模3下行到预定高度时，挤压成形过程完成。

在步骤S4中，采用活动式分瓣凹模5散模取料的方式主要是由于尾翼101的翼片部分狭长，比表面积大，脱模时的摩擦阻力很大，若采用顶出方法卸料，当顶块作用于翼片易造成翼片变形，而且，在步骤S3的挤压成形过程中，若采用常规压力机径向加载还需要辅助设备，成本高，本发明的分瓣凹模5通过外斜面53与凸模3的内斜面32配合可实现凸模3轴向运动的同时，分瓣凹模5做径向运动，实现常规轴向压压机的径向加载，因此，本发明采用分瓣凹模5来实现径向挤压。

本发明采用分瓣凹模5径向同步加载工艺成形尾翼101，在径向压力的作用下坯料10朝翼片型腔52径向流动，尾翼翼片的上、下部分金属流速快且均匀，成形尾翼翼片端部平直度高，成形均匀性良好。而且，除尾翼101上、下部分与模具接触部分应变相对较大外，其余部位应变均匀性好，轴向和径向应变均匀，不存在显著应变差。通过本发明的径向同步加载挤压成形工艺可有效调控金属朝径向均匀流动直至将翼片型腔52充填饱满，并形成沿翼片径向的金属流线，改善尾翼翼片的径向力学性能，有效解决径向挤压尾翼101底部难以充填饱满、翼片区域金属流速不均匀以及应变不均匀的问题。此外，本发明的径向同步加载挤压成形方法还有利于形成沿径向的均匀金属流线，提升尾翼101径向力学性能，改善尾翼101飞行过程中翼片径向的挠曲变形程度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (6)

1.一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、组装模具：所述模具包括凸模、分瓣凹模、下垫板和芯杆，所述芯杆的底部固定在下垫板上，所述凸模的底部开设有下压型腔，所述下压型腔的内侧壁设有内斜面，所述分瓣凹模设有多个且分瓣凹模的外侧壁设有与内斜面配合的外斜面；组装模具时，先将芯杆的底部固定在下垫板上，然后将分瓣凹模径向滑动安装在下垫板上，多个分瓣凹模间隔分布在芯杆的四周以围合芯杆，多个分瓣凹模与芯杆之间形成供坯料置入的模具型腔，相邻的分瓣凹模之间的间隙形成翼片型腔；最后将下压型腔的中心与芯杆的中心对齐，完成模具的组装；

S2、入料：模具组装完成后，将坯料置入模具型腔内，所述坯料的中心设有通孔供芯杆穿过；

S3、挤压成形：入料完成后，下压凸模，使下压型腔的内斜面与分瓣凹模的外斜面接触，凸模与分瓣凹模做相对斜楔运动，凸模向下轴向移动的同时，所有分瓣凹模同时向内径向移动以挤压坯料向外径向移动，使坯料流入翼片型腔内，实现尾翼翼片部分的充填；待凸模下行到预定高度时，翼片型腔充填饱满且厚度符合预设，挤压成形过程完成；

S4、卸料：待挤压完成后，将凸模升起，然后将所有的分瓣凹模向外径向移动散开，取出挤压完成的尾翼。

2.如权利要求1所述的一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：在步骤S1中，所述凸模通过压力机下行挤压，所述模具还包括上模板、凸模垫板和下模板；组装模具时，先将凸模垫板安装在上模板的底部，再将凸模安装在凸模垫板的底部，然后将上模板安装在压力机的上工作台上；将下模板安装在压力机的下工作台上后，再将芯杆安装在下垫板上，然后将下垫板安装在下模板上，最后再安装凸模。

3.如权利要求1所述的一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：在步骤S1中，所述模具还包括T形键和楔钉，所述分瓣凹模的底部通过楔钉与T形键的顶部固定，所述下垫板上设有T形导轨，所述T形键的底部滑动设置在T形导轨内，以将分瓣凹模安装在下垫板上。

4.如权利要求1-3任意一项所述的一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：在步骤S1中，所述芯杆为T形杆，所述下垫板开设有安装芯杆的T形孔。

5.如权利要求4所述的一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：在步骤S2中，所述模具还包括上垫板，所述芯杆的顶部设有外螺纹，所述上垫板的中心设有螺纹孔，待坯料置入模具型腔内后，将上垫板置于分瓣凹模的上方，且上垫板的螺纹孔与芯杆顶部的外螺纹螺纹连接将上垫板固定。

6.如权利要求1所述的一种镁合金尾翼径向同步加载成形方法，其特征在于：在步骤S3中，所述分瓣凹模的外斜面和凸模的内斜面的倾斜角相同，根据分瓣凹模的外斜面或凸模的内斜面的倾斜角计算凸模的下行距离和分瓣凹模的径向运动距离，通过控制下行距离调控分瓣凹模的径向移动距离，待翼片型腔的宽度达到尾翼翼片的所需厚度时，挤压完成。