CN117124021B - 一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，包括以支板衬套零件法兰边的边缘轮廓形状为基准，沿法兰边周向边缘轮廓向法兰边的外侧延伸一段距离形成新的边界轮廓并下料获得毛坯，毛坯两端转接圆弧过渡，采用带有压边圈的拉伸模具拉伸毛坯获得月牙形凸起结构，将月牙形凸起结构的顶面切割一部分并留余量，再次使用前述拉伸模具将余量翻边，最后划线修边获得最终尺寸的支板衬套。本发明提出了一种大斜度凸缘拉伸成形带二次翻边的加工方法，实现了零件的高精度成形和壁面尺寸稳定的目标，本发明经实际加工验证，成功加工出质量高、型面精、无裂纹的支板衬套，具有显著的应用和推广价值。
Description
技术领域
本发明属于薄壁钣金成形技术领域，具体是一种高温合金支板衬套的加工成形方法，特别是具备薄壁钣金狭窄型大尺寸翻槽特点的支板衬套的加工方法。
背景技术
月牙形支板衬套是航空发动机钣焊机匣中常用的一种钣金成形零件，主要是用来固定和安装机匣中的分流支板。作为机匣连接和传力的关键零件，支板衬套的连接强度和结构刚性直接影响机匣整体结构的稳定性和工作的可靠性，特别是狭窄形连接支板衬套，其窄槽的翻边高度一直是该零件加工的技术难题。
目前国内有关支板座的零件结构分为钣金成形、机械加工等不同类型的零件种类，机械加工是采用棒材或锻件进行机械加工而成，由于机加工艺性的限制，零件的壁厚较大，小尺寸特征需要多种工艺方式来实现，而且零件去除材料量大，加工应力集中，加工周期长，零件最终重量大，所以，机械加工结构不但加工成本高，而且增加了发动机的重量。钣金成形结构的支板衬套零件具有壁厚薄、重量轻、加工效率高等优点，结合航空发动机轻质高效、长期稳定的性能要求，钣金成形结构的支板更符合发动机的设计需求。
如图7和图8所示，月牙形支板衬套零件为高温合金钣金材料，材料厚度为1mm，底部为两个圆柱面结合形成的回转面，月牙槽的形状为中间宽，两头窄的小曲率圆滑过渡形状，在零件的前端和后端为圆弧转接，前端圆弧半径为R3mm，后端圆弧半径为R2mm，壁面轮廓度要求不大于0.2mm，槽的壁面翻起高度不低于4.5mm，属薄壁窄槽大翻边的钣金变形结构。
发明内容
本发明旨在提供一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，实现对狭窄月牙槽型高精度、大尺寸翻边的钣金成形工艺，通过改进成形方式，保证板料充分的塑性变形，并在前面成形的基础上翻边，满足了窄槽结构的尺寸精度要求，和月牙槽的翻边高度，同时避免因翻边高度过高带来的翻边裂纹缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，包括，
步骤一，下料，以支板衬套零件法兰边的边缘轮廓形状为基准，沿法兰边周向边缘轮廓向法兰边的外侧延伸一段距离形成新的边界轮廓，并以新的边界轮廓作为下料后的毛坯外形，且确保毛坯的左、右两端分别以第一圆弧和第二圆弧转接过渡，其中第一圆弧的半径小于第二圆弧的半径；
步骤二，采用带有压边圈的拉伸模具对步骤一中的毛坯进行拉伸成形，获得月牙形凸起结构，所述月牙形凸起结构包括顶面以及作为底面的一圈法兰边，顶面和底面之间为形成月牙形轮廓的竖直边；
步骤三，沿着步骤二中获得的月牙形凸起结构的竖直边与顶面的交界线向内侧等距离缩小一段长度形成切割线，切除顶面上位于切割线内侧区域的部分，保留切割线到竖直边与顶面交界线之间的部分；
步骤四，采用与步骤二中相同的拉伸模具，并在拉伸前减小压边圈的厚度且保持压边圈的其余参数不变，然后对步骤三中切割完顶面的月牙形凸起结构进行拉伸，将步骤三中保留的切割线到竖直边与顶面交界线之间部分的进行翻边拉伸，同步实现法兰边和竖直边的型面校形；
步骤五，修边，将步骤四中获得的半成品零件在切割型胎上划线，获得支板衬套零件顶面以及法兰边的准确边缘外形线，采用切割方式去除多余的边界余量获得正确尺寸的支板衬套。
进一步，所述步骤一中，沿法兰边周向边缘轮廓向法兰边的外侧延伸相同距离形成新的边界轮廓。
进一步，所述步骤一中，采用激光切割或其它机械切割方式沿着新的边界轮廓切割获得坯料的外形。
进一步，所述步骤二中，根据支板衬套零件的最终外形及高度，设计出步骤二过程中的拉伸形状，以支板衬套零件月牙形槽最小端的转接圆弧为变形依据，进行坯料的拉伸高度设计。
进一步，所述步骤二中，拉伸成形获得的月牙形凸起结构的顶面圆弧半径较小的一端与竖直边之间通过一个倾斜的斜面过渡段和圆弧转接段连接。
进一步，所述步骤二中，拉伸成形获得的月牙形凸起结构的高度等于支板衬套零件的最终高度的四分之三。
进一步，所述步骤二中，拉伸模具中压边圈的表面制作成支板衬套零件法兰边的形状，即压边圈与毛坯料贴合的表面按照支板衬套最终法兰边型面加工。
进一步，所述步骤三中，选择顶面长度方向左、右两端中任意一端的位置切割一个孔，然后再进行切割线的标识。
进一步，所述步骤二中，在压边圈的下方安装垫块；所述步骤四中，通过拆除压边圈下方的垫块实现压边圈厚度的调整。
进一步，所述步骤五中，采用机械切割方式去除多余的边界余量获得正确尺寸的支板衬套。
根据零件的材料属性和结构状态的工艺属性，支板衬套主要的加工工艺方法是压型和翻边，然而支板衬套由于机匣装配的连接强度和组合焊接工艺性的特殊需要，为避免焊接位置处于变形转接处引起变形和应力的影响，对衬套的窄槽高度提出了较高的要求，实际零件加工中采用翻边时底孔的尺寸和形状难以设计，不但出现了翻槽裂纹，而且翻边高度也没有达到零件所需的尺寸要求。
本发明为解决现有翻槽加工工艺中零件出现的问题，特别是月牙型面精度和底部型面的尺寸控制，提出了一种大斜度凸缘拉伸成形带二次翻边的加工工艺，实现了零件的高精度成形和壁面尺寸稳定的目标，该工艺方法经实际加工验证，成功加工出质量高、型面精、无裂纹的产品零件，该工艺技术具有显著的应用和推广价值。
与现有技术相比，本发明针对狭窄槽形大翻边的支板衬套进行了加工方法改进，大大提高了零件加工的质量和效率，通过拉伸模具的结构设计(拉伸高度、倾斜过渡段与圆弧段结合以及压边圈)，避免了常规拉伸中因为头部转接圆弧需要拉伸高度过大，零件头部开裂的情况，而且一模两用，拉伸和翻边采用一个拉伸模具实现，减少了加工成本，零件表面无裂纹，型面轮廓度好，满足产品设计图纸要求。
附图说明
图1是支板衬套毛坯外形图；
图2是拉伸模具图；
图3是支板衬套拉伸成形后的月牙形凸起结构示意图；
图4是月牙形凸起结构顶面切孔图；
图5是月牙形凸起结构顶面切边图；
图6是月牙形凸起结构翻边图；
图7是支板衬套零件图；
图8是图7中的A向旋转视图；
图中，1-下模板，2-下垫板，3-凸模座，4-压板圈，5-凹模，6-上垫板，7-上模板，9-凸模。
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，在不脱离本发明上述技术思想情况下，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。
本发明的技术方案是采用拉伸带二次翻边的工艺路线作为主要的加工方法改进，针对零件月牙形型面和外边界的形状，以零件最终法兰边外形作为基础，按一定尺寸沿周放大外边界轮廓，保证外形沿周尺寸比零件外形边界不小于该尺寸宽度的边界设置(即毛坯最终切割后外形可以大于前述放大尺寸宽度形成的外形边界，留出余量，但最低要求是等于前述放大的尺寸宽度)，作为支板衬套拉伸用的毛坯材料边界。
根据支板衬套最终的外形及高度，设计出中间过程月牙形凸起结构的拉伸形状，以支板衬套月牙形槽最小端的转接圆弧(如图8所示的月牙形槽的右端圆弧R)为变形依据，进行月牙形凸起结构的拉伸高度设计(即图3中的拉伸高度)，为保证零件拉伸过程中顶部不出现裂纹，在月牙形尾部最小圆弧半径处的顶面设计一个倾斜的过渡段(图3中顶面右端)，从而降低小圆弧半径处的拉伸高度，过渡顶面后再通过圆弧与竖直边转接。通过研究分析，考虑到高度和头部(顶面的左、右两端)的相互影响，拉伸高度取零件高度的四分之三，简化零件成形工艺，无需采用二次拉伸工作，降低了狭窄边缘形状的两次拉伸带来的变形技术难度。
设计并采用带有压边圈的拉伸模具，通过模具拉伸过程将薄板毛坯变形为带法兰边的月牙形凸起结构，拉伸时在压边圈4下面垫一定厚度的垫块，模具为带压边圈4的拉伸结构，压边圈4表面在拉伸过程中不但用于提高板材刚性，减小板材流动过程中刚性失稳带来的起皱，当压边圈4的表面制作成零件法兰边的形状时，在拉伸支板衬套月牙形的同时完成法兰边形状的成形。
在拉伸完成的月牙形凸起结构顶面上小圆弧半径一端切孔，用于后续切割顶面的定位，并沿月牙形凸起结构的竖直边向内按等距在顶面划出沿型的切割线，切割去除切割线内部区域的板料，将切割后的零件再次放置在同一个拉伸模具上，去除之前安装在压边圈4下方的垫块，将零件在模具上拉伸到底，通过凸模9和凹模5完成顶面的翻边过程，同时校正零件的法兰边形状，确保零件型面的正确性。
将翻边完成的零件放置在切割型胎上划出顶面和法兰边缘的外形线，按外形线采用机械切割方法去除边界余量，完成零件的加工过程。
月牙形狭窄槽大尺寸翻边支板衬套的成形实施过程如下：
1、如图1和图8，首先以支板衬套零件法兰边缘轮廓形状(参看图8)为基准，沿周向向外侧增加20mm的边界宽度作为零件毛坯的外形(参看图1，相当于在图8法兰边的轮廓基础上等比例放大)，外形两端以圆弧转接过渡，其中，左端的圆弧R29(对应第二圆弧)，右端的圆弧R25(对应第一圆弧)分别对应支板衬套零件法兰边两端，然后采用激光或其它切削方式完成毛坯的制备。
2、设计并加工支板衬套拉伸、翻边用的同一套拉伸模具。
如图2，拉伸和翻边共用的拉伸模具包括凸模9、凹模5、压边圈4、顶出块、凸模座3、上垫板6、下垫板2、上模板7和下模板1，以及相应的导柱导套，螺钉螺栓和弹簧等。
3、拉伸成形。
如图2，将拉伸模具安装在压力机上，下模部分顶杆孔中装入顶杆并与设备顶杆孔对齐安装，分别固定上模板7和下模板1在压力机工作台上，开启设备将上模板7和下模板1分开，顶杆顶起压边圈4高过凸模9，将毛坯放置在压边圈4的凹槽内(压边圈4表面对应图1中长度方向和宽度方向最大尺寸的凹槽，该凹槽表面的型面按照法兰边型面设计)，保证正确定位，上模板7部分下移，凹模5下表面与带毛坯的压边圈4一起下移，凸模9凸出压边圈4将毛坯压入凹模5内腔，毛坯板料沿凸模9和凹模5的间隙中变形，形成零件的拉伸形状，即月牙形凸起结构，如图3。
4、如图5，在月牙形凸起结构顶面尾缘圆弧处(即顶面右端最小圆弧半径处)，距离拉伸边(竖直边)4.5mm处钻直径为φ3的小孔作为定位孔，在顶面内的曲面上，沿支板外形向内3mm采用激光切除内侧的材料，留下外侧的顶面材料(剩余部分)用来翻边。
5、如图6，将切完的半成品放置在前面的拉伸模具上，将压边圈4向上顶出一定高度，保证切除部分顶面后的月牙形凸起结构的竖直边内表面能够在凸模9的凸型面上正确定位为止，保证翻边时凹模5下底面和压边圈4能够准确压住半成品法兰边，使半成品在能够安装定位的情况下，上模板7下压，通过凸模9头部将半成品顶部剩余表面的板料翻直到凸模9和凹模5的间隙中，上模板7上移到脱离下模板1，取出零件。
6、将已完成翻边的零件放置在修边型胎(对应支板衬套最终外形的型胎)上，按型胎的切边线划线并切边，检查相关尺寸，完成零件加工，如图7和图8。
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，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (6)
1.一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：包括，
步骤一，下料，以支板衬套零件法兰边的边缘轮廓形状为基准，沿法兰边周向边缘轮廓向法兰边的外侧延伸一段距离形成新的边界轮廓，并以新的边界轮廓作为下料后的毛坯外形，且确保毛坯的左、右两端分别以第一圆弧和第二圆弧转接过渡，其中第一圆弧的半径小于第二圆弧的半径；
步骤二，根据支板衬套零件的最终外形及高度，设计出步骤二过程中的拉伸形状，以支板衬套零件月牙形槽最小端的转接圆弧为变形依据，进行坯料的拉伸高度设计，采用带有压边圈的拉伸模具对步骤一中的毛坯进行拉伸成形，获得月牙形凸起结构，拉伸成形获得的月牙形凸起结构的高度等于支板衬套零件的最终高度的四分之三，拉伸成形获得的月牙形凸起结构的顶面圆弧半径较小的一端与竖直边之间通过一个倾斜的斜面过渡段和圆弧转接段连接，所述月牙形凸起结构包括顶面以及作为底面的一圈法兰边，顶面和底面之间为形成月牙形轮廓的竖直边；
步骤三，沿着步骤二中获得的月牙形凸起结构的竖直边与顶面的交界线向内侧等距离缩小一段长度形成切割线，选择顶面长度方向左、右两端中任意一端的位置切割一个孔，然后再进行切割线的标识，切除顶面上位于切割线内侧区域的部分，保留切割线到竖直边与顶面交界线之间的部分；
步骤四，采用与步骤二中相同的拉伸模具，并在拉伸前减小压边圈的厚度且保持压边圈的其余参数不变，然后对步骤三中切割完顶面的月牙形凸起结构进行拉伸，将步骤三中保留的切割线到竖直边与顶面交界线之间部分的进行翻边拉伸，同步实现法兰边和竖直边的型面校形；
步骤五，修边，将步骤四中获得的半成品零件在切割型胎上划线，获得支板衬套零件顶面以及法兰边的准确边缘外形线，采用切割方式去除多余的边界余量获得正确尺寸的支板衬套。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：所述步骤一中，沿法兰边周向边缘轮廓向法兰边的外侧延伸相同距离形成新的边界轮廓。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：所述步骤一中，采用激光切割或其它机械切割方式沿着新的边界轮廓切割获得坯料的外形。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：所述步骤二中，拉伸模具中压边圈的表面制作成支板衬套零件法兰边的形状。
5.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：所述步骤二中，在压边圈的下方安装垫块；所述步骤四中，通过拆除压边圈下方的垫块实现压边圈厚度的调整。
6.根据权利要求1所述的一种薄壁高温合金月牙形支板衬套的加工方法，其特征在于：所述步骤五中，采用机械切割方式去除多余的边界余量获得正确尺寸的支板衬套。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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