CN117019960A - 一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，包括依次进行的下述步骤：计算毛料尺寸、制作翻边模具、制作校形模具、制备成形毛料、翻边、校形和按零件尺寸加工外形。本发明提供的封严片成形方案相对于传统方案加工方法无需经过焊接、打磨等工序，因此成形时不存在焊缝开裂问题，成形方法更加可靠，加工的零件一致性更好、质量更高。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种金属封严片的成型方法。
背景技术
高温合金封严片是航空发动机中的一种密封部件，零件结构如图1，是一种带翻边的超薄壁环形零件，零件壁厚小于0.3mm，由于零件太薄，因此只能采用带材，但是，由于封严环的外径大于带材的宽度尺寸，而带材原料的宽度尺寸有限制(按照带材标准GJB3318-98要求，带材来料宽度一般不超过250mm，考虑到成本因素，如果定制超宽的带材，价格会非常昂贵)，无法按照整圆(即一个完整的圆形)下料。受带材宽度限制，按传统方案无法避免焊接，只能下扇形料焊接之后再成形，随之而来的问题则是由于零件太薄，受焊接与打磨焊缝工序的影响，在翻边时零件焊缝处容易开裂。
基于上述原因，有必要在带材宽度受限的前提下设计一种新的封严片成型方法，避免焊缝的出现以及因焊缝打磨而带来的不利影响。目前，暂未检索到国内外关于该类超薄壁高温合金封严片零件无焊缝成型模具或成型方法的公开文献。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，成型过程中无焊缝形成，能够适用常规宽度的带材，克服传统加工方法中出现的因焊缝打磨而带来的裂纹问题，且使用的成型模具简单经济、可靠有效，能有效保证封严片的尺寸精度。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，包括以下步骤，
步骤一，计算毛料尺寸：根据体积不变原则、压边走料所需尺寸、带材宽度和厚度，计算出下料后的毛料尺寸，毛料的下料形状为环状，且毛料的内环和外环均为椭圆形；
步骤二，制作翻边模具：根据步骤一中的毛料尺寸，设计并制造翻边模具；
步骤三，制作校形模具：根据使用步骤二中翻边模具翻边后零件的尺寸，设计并制造校形模具；
步骤四，制备成形毛料：根据步骤一中毛料尺寸的计算结果，以带材为原料进行下料，在带材上切割出成形毛料；
步骤五，翻边：使用步骤二中的翻边模具将步骤四中获得的成形毛料进行翻边处理，得到椭圆形的翻边零件；
步骤六，校形：使用步骤三中的校形模具将步骤五中的翻边零件进行校圆，使得椭圆形的翻边零件变形为圆形的翻边零件；
步骤七，使用切割的方式，按封严片设计外形尺寸去除多余材料直到符合要求。
进一步，所述步骤一中，压边走料所需尺寸通过试验的方式获得。
进一步，所述步骤二中，翻边模具包括：
第一上模板；
第一下模板；
上模，所述上模可拆卸连接在第一上模板上，上模下端面开有椭圆形型腔，椭圆形型腔的周向内表面为翻边成型外型面，椭圆形型腔的底面为压紧面；
下模，所述下模可拆卸连接在第一下模板上，下模的椭圆形周向外表面为翻边成型内型面，下模的顶面为支承面和定位面。
进一步，所述步骤三中，校形模具包括：
第二上模板；
第二下模板；
锥体，所述锥体的大外径端可拆卸连接在第二上模板上，锥体的外锥面作为与胀瓣接触并驱动胀瓣移动的表面；
胀瓣，多块所述胀瓣沿着固定轨迹滑动，所述固定轨迹为多条原点相同的径向射线，且径向射线的终点在同一个圆周上，每一块胀瓣表面包含一条锥度相同的内锥面，该内锥面与锥体的外锥面匹配，每一块胀瓣表面还包含一条圆柱面，该圆柱面形成与步骤五中得到的椭圆形翻边零件的翻边内表面接触的校形外型面。
进一步，所述步骤四中，采用激光切割的方式分别切割两条椭圆轨迹获得内环和外环均为椭圆形的环状成形毛料。
进一步，所述步骤五中，以步骤四中成形毛料上的椭圆形内环轮廓为定位孔进行定位并翻边。
进一步，所述步骤七中，采用激光切割的方式去除多余材料。
与现有技术相比，本发明有以下特点：
(1)本发明提供的成形方案相对于传统方案而言，其加工的封严片零件无需经过焊接、打磨等工序，因此成形时不存在焊缝开裂问题，成形方法更加可靠，无需使用加宽的带材，降低了成本，且加工出的封严片零件一致性更好、质量更高。(2)只需控制成形毛料中椭圆的长轴与短轴比例即可避免翻边和校形时的材料堆积问题。
(3)由于带材较薄，因此翻边和校形过程相对容易，配合激光切割，一般不会产生开裂等缺陷。
附图说明
图1是本发明中封严片结构示意图；
图2是本发明中成形毛料示意图；
图3是本发明中翻边模具示意图；
图4是图3的左视图；
图5是图3中俯视A-A剖面图；
图6是本发明中校形模具示意图；
图7是图6的A-A剖面图；
图中，1-第一上模板，2-第一下模板，3-上模，4-下模，5-第二上模板，6-第二下模板，7-锥体，8-胀瓣。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应就此理解为本发明所述主题的范围仅限于以下的实施例，在不脱离本发明技术构思的情况下，凡根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种修改、替换和变更，均包括在本发明的范围内。
针对封严片的加工问题，本实施例中采用了200mm宽度、0.25mm厚度的带材作为原料，其基本加工流程为：拿到成卷带材原料，将带材平铺在平台上，采用二维激光切割两条椭圆轨迹，得到椭圆环状加工毛料(如图2)，经过图3～图5中翻边模具的翻边处理，得到椭圆翻边半成品，再通过图6和图7所示的校形模具校形得到圆形半成品，最后采用三维激光切割，去除压边走料的多余部分，得到最终封严片外形尺寸。
以下为具体的加工步骤：
(1)计算毛料尺寸：根据体积不变原则、压边走料所需尺寸、带材的宽度(尽量使得毛料的宽度接近带材的宽度，充分利用材料)和厚度，计算出毛料的下料尺寸，由于带材原料尺寸的限制，下料为椭圆形的环状毛料，如图2。其中，体积不变原则指的是在使用压力加工金属材料时，只要金属的密度不发生变化，变形前后的金属材料体积就不会发生变化，因此在常温下加工零件时一般认为加工前后零件的体积不变。压边走料所需尺寸包含翻边、校形和切割过程中涉及的余量尺寸，是一个经验值，一般根据多个加工零件的加工效果反复调整得到。
(2)制作翻边模具：根据步骤一的计算毛料尺寸(主要是椭圆形内环尺寸)，设计并制造翻边模具，翻边模具大体由第一上模板1、第一下模板2、上模3和下模4具组成，如图3～图5。下模4连接在第一下模板2上，下模4的周向外表面作为翻边内型面，下模4的顶面有一凸起，凸起的周向表面为定位面对应成形毛料的内环椭圆孔，凸起外侧对应的下模4顶面部分作为支承面。上模3连接在第一上模板1上，上模3的下表面开有型腔，型腔的内侧周向表面作为翻边外型面，翻边时，下模4插入上模3的型腔中，成形毛料在翻边内型面和翻边外型面之间的间隙中完成翻边。
(3)制作校形模具：根据翻边后零件的结构尺寸，设计并制造校形模具，校形模具大体由第二上模板5、第二下模板6，锥体7和胀瓣8组成，如图6～图7。锥体7连接在第二上模板5上，第二下模板6上端面安装有多条导槽，导槽形成了中心射线状的轨迹，胀瓣8通过自身下端的导轨滑动连接在导槽中。锥体7下降时，通过其外锥面驱动胀瓣8的内锥面，从而使得胀瓣8由内向外沿着固定轨迹直线移动。由于胀瓣8的周向外表面为圆柱面，顶面为平面，分别对应封严片的翻边和顶面，且导槽的末端在同一个圆周上，于是在胀瓣8移动到极限位置时，圆柱面形成的外圆构成了将翻边零件的圆形内孔和圆形翻边，胀瓣8的顶面形成了翻边零件的圆形顶面。
(4)制备成形毛料：由封严片零件的最终尺寸再加上压边走料尺寸可以得到一个圆形半成品的尺寸(假设压边走料尺寸为封严片外圆基础上向内、外等长度扩展)，由此计算得到半成品体积，结合带材原材料宽度和厚度，根据体积不变原则，得到椭圆形的长度尺寸，然后在长方形带材上切割两个椭圆(对应图2中椭圆形外环轮廓和内环轮廓)，从而得到椭圆形环状毛料，制备出成形毛料，如图2。
(5)翻边：将成形毛料放置在翻边模具上，由下模4的凸起与成形毛料的中心椭圆孔定位，上模3下移，下模4顶入上模3的型腔中，成形毛料的一部分在上模3和下模4之间的间隙内变形翻边，最终将成形毛料翻边获得翻边零件。
(6)校形：将翻边零件放置在校形模具上，翻边零件的翻边套在胀瓣8的圆柱面上，翻边零件的顶面压紧在胀瓣8的顶面，翻边和顶面的安装位置参看图6中虚线部分，然后锥体7下压，驱动胀瓣8向外移动，将翻边零件校圆，从椭圆形扩展变形到圆形直至所需尺寸，即封严片的外径尺寸。
(7)按封严片零件的设计尺寸，采用激光切割的方式去除多余材料获得最终外形。
本发明的说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在权利要求限定范围内，均落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，计算毛料尺寸：根据体积不变原则、压边走料所需尺寸、带材宽度和厚度，计算出下料后的毛料尺寸，毛料的下料形状为环状，且毛料的内环和外环均为椭圆形；
步骤二，制作翻边模具：根据步骤一中的毛料尺寸，设计并制造翻边模具；
步骤三，制作校形模具：根据使用步骤二中翻边模具翻边后零件的尺寸，设计并制造校形模具；
步骤四，制备成形毛料：根据步骤一中毛料尺寸的计算结果，以带材为原料进行下料，在带材上切割出成形毛料；
步骤五，翻边：使用步骤二中的翻边模具将步骤四中获得的成形毛料进行翻边处理，得到椭圆形的翻边零件；
步骤六，校形：使用步骤三中的校形模具将步骤五中的翻边零件进行校圆，使得椭圆形的翻边零件变形为圆形的翻边零件；
步骤七，使用切割的方式，按封严片设计外形尺寸去除多余材料直到符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤一中，压边走料所需尺寸通过试验的方式获得。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤二中，翻边模具包括：
第一上模板(1)；
第一下模板(2)；
上模(3)，所述上模(3)可拆卸连接在第一上模板(1)上，上模(3)下端面开有椭圆形型腔，椭圆形型腔的周向内表面为翻边成型外型面，椭圆形型腔的底面为压紧面；
下模(4)，所述下模(4)可拆卸连接在第一下模板(2)上，下模(4)的椭圆形周向外表面为翻边成型内型面，下模(4)的顶面为支承面和定位面。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤三中，校形模具包括：
第二上模板(5)；
第二下模板(6)；
锥体(7)，所述锥体(7)的大外径端可拆卸连接在第二上模板(5)上，锥体(7)的外锥面作为与胀瓣(8)接触并驱动胀瓣(8)移动的表面；
胀瓣(8)，多块所述胀瓣(8)沿着固定轨迹滑动，所述固定轨迹为多条原点相同的径向射线，且径向射线的终点在同一个圆周上，每一块胀瓣(8)表面包含一条锥度相同的内锥面，该内锥面与锥体的外锥面匹配，每一块胀瓣(8)表面还包含一条圆柱面，该圆柱面形成与步骤五中得到的椭圆形翻边零件的翻边内表面接触的校形外型面。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤四中，采用激光切割的方式分别切割两条椭圆轨迹获得内环和外环均为椭圆形的环状成形毛料。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤五中，以步骤四中成形毛料上的椭圆形内环轮廓为定位孔进行定位并翻边。
7.根据权利要求1所述的一种大尺寸超薄壁高温合金封严片的无焊缝成型方法，其特征在于：所述步骤七中，采用激光切割的方式去除多余材料。
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