CN117066352A - 带凹包带锥薄壁筒形件成型方法 - Google Patents

带凹包带锥薄壁筒形件成型方法 Download PDF

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李又春
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Abstract

本发明公开一种带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，薄壁筒形件采用板料成型，先将板料拉伸出具有圆筒和法兰的结构，再将所述圆筒在模具内采用充液方式扩张成型出锥筒和凹包，所述模具的凸模上设置有与所述凹包适配的凹部；所述圆筒的筒高和直径的要求为：圆筒放入模具内时，所述圆筒的底部转角处与所述模具的凹模锥面接触，所述法兰恰好贴合所述凹模外沿平面。本成型方法利用充液方式对圆筒进行扩张成型锥面及锥面凹包，凹模内充液可迫使零件逐渐贴合冲头，悬空区域小；同时通过对拉伸成型的圆筒限定筒高和规定筒径，可有效防止零件发生侧壁起皱和凹包转角处减薄开裂的现象。

Description

带凹包带锥薄壁筒形件成型方法
技术领域
本发明涉及模压成型技术领域，具体地，涉及一种带凹包带锥薄壁筒形件成型方法。
背景技术
航空发动机上很多零件为薄壁件，例如某型发动机上的如说明书附图4所示的零件，其材料为0Cr18Ni9,壁厚仅为0.6mm，零件侧壁存在至少一个锥度，有些在侧壁上还设有凹包。由于这类零件为锥形零件，壁厚较薄，在成型的过程中，侧壁与凸凹模没有接触，侧壁处于悬空状态，零件坯料无法与冲头接触产生有益摩擦，且导致零件处发生减薄破裂，尤其是凹包底部转角减薄破裂最为严重，凹包处尺寸要求较高，通过普通拉伸易回弹超差。此外，零件侧壁在成型的过程中还易受切向受压，发生起皱失稳。
公开号为CN113070400A的专利申请公开了一种薄壁锥形件冲压成型模具，包括：凹模组件、压边组件、及冲头组件。凹模组件与压边组件相对设置，且凹模组件与压边组件分别与冲压设备的第一驱动部件和第二驱动部件相连。凹模组件朝向压边组件的端面内凹、形成用于成型出锥形零件的成型凹腔，压边组件内设有与成型凹腔相对布设且连通的安装腔。冲头组件装设于安装腔内且与冲压设备的安装平台固定，冲头组件用于支撑待冲压成型的毛坯板件，以便凹模组件和压边组件相对夹紧毛坯板件，冲头组件还用于在凹模组件和压边组件夹紧毛坯板件朝其移动过程中变形挤入成型凹腔内，以将毛坯板料压紧于成型凹腔的内壁面和冲头组件的外壁面之间，以成型出锥形零件并防止锥形零件壁面起皱。
上述专利技术方案是通过设置弹性冲头，使冲头组件发生变形挤压，将毛坯板料紧贴于成型凹腔内壁面和冲头组件外壁面，从而减少零件产生失稳起皱发生的可能性。但在实际工作过程中，弹性冲头往往无法做到各处弹性均等来对零件产生均匀挤压，因此其避免零件发生失稳起皱是一种理想化状态。且上述专利方案中的零件上并未设置凹包，如该零件带凹包，采用该冲压成型模具来成型凹包，则除了弹性冲头上需有凸部外，其成型凹腔内也需设置对应的凹部，此时凸部、凹部的设置还需考虑角向问题，增加了模具的设计复杂度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种侧壁不起皱、转角处不开裂的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，薄壁筒形件采用板料成型，先将板料拉伸出具有圆筒和法兰的结构，再将所述圆筒在模具内采用充液方式扩张成型出锥筒和凹包，所述模具的凸模上设置有与所述凹包适配的凹部；所述圆筒的筒高和直径的要求为：圆筒放入模具内时，所述圆筒的底部转角处与所述模具的凹模锥面接触，所述法兰恰好贴合所述凹模外沿平面。
进一步地，所述圆筒的筒高和直径的确定原则为：所述锥筒表面积大于所述圆筒表面积，且所述圆筒的表面积转化为锥筒表面积后，筒形件仍具有拉伸量。
更进一步地，所述拉伸量大于4mm。
进一步地，所述充液方式为：所述模具的凸模下行至接触圆筒即开始往模具的液室内充液。
更进一步地，随着凸模逐步下行，充液压力逐渐增大。
再进一步地，所述充液压力的增大趋势直至所述凸模和圆筒完全贴合后停止。
还进一步地，充液压力停止增大后，所述凸模继续下行，使凸模和凹模之间保持1.1倍料厚间隙。
进一步地，所述板料采用激光切割。
更进一步地，所述板料上的激光切割飞溅及毛刺需去除。
进一步地，所述板料喷保护漆。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本成型方法采用钢模拉伸成型圆筒，再利用充液方式对圆筒进行扩张成型锥面及锥面凹包，凹模内充液可迫使零件逐渐贴合冲头，悬空区域小；同时通过对拉伸成型的圆筒限定筒高和规定筒径，可有效防止零件发生侧壁起皱和凹包转角处减薄开裂的现象；
最终成型后，凸模和凹模之间保持1.1倍料厚对零件进行校形，解决了因压力不足而导致留有前工序成型痕迹的问题，成型后零件尺寸精度高，零件成型质量高。
附图说明
图1为实施例1中所述的带凹包带锥薄壁筒形件的结构剖面图；
图2为实施例1中所述的板料拉伸后圆筒结构示意图；
图3为实施例1中用于板料拉伸圆筒的模具结构示意图；
图4为实施例1中用于成型锥筒和凹包的模具结构示意图；
图5为实施例1中所述圆筒在图4模具中的摆放示意图；
图6为实施例1中进行圆筒筒高计算的尺寸示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本技术方案进行详细阐述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例1
如图1所示的薄壁筒形件，为应用在航空发动机上的零件，其壁厚为0.6mm，零件侧壁存在两个不同角度的锥面(例如图1中示出的15°33'和23°)，且侧壁分布有两个凹包1；本实施例提供一种该类带凹包带锥薄壁筒形件的成型方法：薄壁筒形件采用板料成型，首先将板料采用如图3所示的钢模拉伸出具有圆筒2和法兰3的如图2所示的结构，再将成型出的圆筒部分在如图4所示的模具内采用充液方式扩张成型出锥筒4和凹包1，图4的模具中仅凸模62上需要设置有与凹包1适配的凹部；圆筒2充液扩张成型锥筒4的过程中，需尽量减小锥形拉伸量，因此需使圆筒成型时具有一定的拉伸高度，同时圆筒直径也有一定讲究，一般来说是通过设计好圆筒直径再定图3中钢模的冲头直径。
具体地，圆筒部分在图4模具中的摆放状态见图5，圆筒2的筒高和直径的要求为：圆筒2放入图4模具内时，圆筒2的底部转角处与模具的凹模61锥面接触，而法兰3则恰好贴合凹模61外沿平面，实现零件摆放在钢模中心，圆筒2直径大约在零件中间靠下位置处选取。
圆筒2的筒高和直径更精确的确定原则为：使锥筒表面积大于圆筒表面积，且圆筒的表面积转化为锥筒表面积后，筒形件仍具有拉伸量，即筒形件距离图4中模具凹模底部仍有拉伸量。
为了避免圆筒扩张时发生起皱风险，圆筒2的拉伸深度应尽可能深，但圆筒深度仍应小于最终成型锥筒的深度。首先计算出最终零件侧壁加底面的表面积即S锥表面积，再计算圆筒的有效表面积即S圆筒有效表面积。圆筒和锥筒的尺寸标注见图6，h2<h1，S锥表面积＝πL2[﹙d1+d3﹚÷2]+π﹙d3÷2﹚2,S圆筒有效表面积＝πd2h2+π﹙d2÷2﹚2+πL12,为保证成型锥筒时有变形量，S锥>S圆筒；此外，结合在圆筒的表面积完全转化为锥筒表面积后，零件仍存在拉伸量这一考虑，最终综合得出圆筒的筒高h2及直径d2；在直径d2确定后，此时圆筒的有效表面积通过高度控制。
为了保证零件成型质量，优选地，筒形件距离模具凹模底部需有至少4mm的拉伸量，即﹙S锥-S圆筒﹚÷πd2>4，从而进一步精确得出筒高h2及直径d2的范围值。
以下对圆筒和锥筒的成型模具及过程进行描述：
成型圆筒2：图3中，钢模固定在机床上，垫块52与机床上的压机顶出缸直接接触，然后垫块52与顶板53通过螺栓进行固定，顶杆54通过螺栓与顶板53固定，顶杆54与钢模压边圈55通过顶杆54本身的螺纹进行连接。调整合适的机床加工参数，钢模凹模56随机床上行打开，然后压机顶出缸上行，将与压机顶缸相接触的垫块52向上顶起，当垫块52随着压机顶出缸的上行，与垫块52通过螺栓相连接的顶板53也随之上行，最终钢模压边圈55在压机顶出缸的顶出作用下，上表面在高于冲头51约1mm后停止，板料可利用钢模压边圈55上的四个定位销57定位，钢模凹模56随着机床下行进而将板料外缘压在钢模压边圈55上，随着机床继续下行，板料被拉伸成具有圆筒和法兰的结构，最终打板58上表面贴合上模板59下表面，板料完成圆筒拉伸，随后随着机床上行，钢模凹模56上行，钢模被打开，压机顶出缸将零件顶出，圆筒成型完成。
成型锥筒4：模具固定在机床上，压边圈63及凸模62随机床上行，模具被打开，将圆筒放置在液室64里，利用圆筒2底部转角处与液室64及凹模62锥面接触，此时法兰3下表面正好与液室64上表面接触。接着压边圈63随机床外滑块下行，直至压住法兰3，然后固定在机床滑块上的凸模62下行，随着凸模62接触圆筒2，开始往液室64里面充液，需要注意的是，此时零件悬空区域较多，液室压力需设置得较小，否则可能导致零件悬空区域被顶起起皱；随着凸模62下行，零件在液室压力下逐渐贴合凸模62，悬空区减小，因此充液压力可逐渐增大，直至圆筒2在充液不断加大的情况下完全与凸模62贴合，充液压力的增大趋势直至凸模62和圆筒2完全贴合后停止，之后凸模62继续下行，凸模62在底板65限位作用下，凸模62下行距离结束，此时凹模61与凸模62、底板65保持1.1倍料厚间隙，零件最终整个型面在凹模61、凸模62、底板65相互作用下进一步校正，可解决因充液压力不足而导致留有第一工序成型痕迹情况，保证型面质量。
成型筒形件的板料优选采用激光切割，切割后去除激光切割的飞溅及毛刺，以防止板料在拉伸的时候划伤。
本发明采用钢模与充液相结合，先利用钢模拉伸成型圆筒，对圆筒的相关尺寸进行设计计算，再用充液方法对圆筒扩张成型锥筒及凹包，在最终成型后，凸凹模保持1.1倍料厚对零件进行校形，消除前工序加工痕迹，解决了带凹包带锥薄壁筒形件的侧壁起皱及底部凹包减薄开裂问题，成型后零件尺寸精度高，成型质量优良。
本发明采用的充液成型方式，尤其适用于侧壁具有多个锥度的薄壁筒形件的成型，无需制作复杂的模具，大大降低了零件成型成本；且对于具有凹包的零件来说，充液方式也避免了在凹模上设置成型凹包的对应结构，自然也无需考虑凸模和凹模的角向问题，因为靠液室压力就能保证零件贴近凸模进而成型。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：板料采用激光切割，切割后去除激光切割的飞溅及毛刺，以防止板料在拉伸的时候划伤，之后对板料喷保护漆。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：为了保证零件成型质量，筒形件距离模具凹模底部需有至少5mm的拉伸量，即﹙S锥-S圆筒﹚÷πd2>5，从而进一步精确得出筒高h2及直径d2的范围值。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：为了保证零件成型质量，筒形件距离模具凹模底部需有至少6mm的拉伸量，即﹙S锥-S圆筒﹚÷πd2>6，从而进一步精确得出筒高h2及直径d2的范围值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，薄壁筒形件采用板料成型，其特征在于，先将板料拉伸出具有圆筒和法兰的结构，再将所述圆筒在模具内采用充液方式扩张成型出锥筒和凹包，所述模具的凸模上设置有与所述凹包适配的凹部；所述圆筒的筒高和直径的要求为：圆筒放入模具内时，所述圆筒的底部转角处与所述模具的凹模锥面接触，所述法兰恰好贴合所述凹模外沿平面。
2.根据权利要求1所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述圆筒的筒高和直径的确定原则为：所述锥筒表面积大于所述圆筒表面积，且所述圆筒的表面积转化为锥筒表面积后，筒形件仍具有拉伸量。
3.根据权利要求2所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述拉伸量大于4mm。
4.根据权利要求1所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述充液方式为：所述模具的凸模下行至接触圆筒即开始往模具的液室内充液。
5.根据权利要求4所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，随着凸模逐步下行，充液压力逐渐增大。
6.根据权利要求5所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述充液压力的增大趋势直至所述凸模和圆筒完全贴合后停止。
7.根据权利要求6所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，充液压力停止增大后，所述凸模继续下行，使凸模和凹模之间保持1.1倍料厚间隙。
8.根据权利要求1所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述板料采用激光切割。
9.根据权利要求8所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述板料上的激光切割飞溅及毛刺需去除。
10.根据权利要求1所述的带凹包带锥薄壁筒形件成型方法，其特征在于，所述板料喷保护漆。
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