CN1962107A - 轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法 - Google Patents

轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法 Download PDF

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王忠金
高铁军
刘建光
李毅
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Abstract

轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，涉及一种板材成形制造方法，它解决了大截面比异型曲面零件分体成形、组合焊接存在的尺寸精度低、成本高的问题。本发明成品采用室温一体软模成形方法，此方法的步骤如下：选择筒坯；制作筒坯；将筒坯装入内压成形模具中，由筒壁内侧注入粘性软模材料，使得筒坯局部发生扩径成形，直至贴合型模；开启模具，取出内压成形零件并清除粘性软模材料；将内压成形得到的零件装入外压成形模具中，粘性软模材料由通道注入零件外侧，使得筒坯局部发生缩径成形，直至贴合芯模；打开模具取出零件，得到成品。本发明具有成形零件截面积比较大，壁厚分布均匀，尺寸精度高，表面质量好，形状复杂的优点。

Description

轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法
技术领域
本发明涉及一种板材成形制造方法，具体涉及一种轴对称薄壁大截面比异型曲面零件成形制造的方法。
背景技术
大截面比轴对称薄壁异形曲面零件是一类较为典型的壳体结构件，其主要特点也即成形制造的难点是其截面尺寸变化较大。对于截面变化较小的零件，可以采用内压扩径(如液压成形、聚氨酯成形等)或者外压缩径(如电磁成形)等方法成形；而对于截面变化较大的零件，若单纯内压扩径或者外压缩径的方法，则容易出现局部严重减薄、甚至破裂或者起皱等缺陷，无法成形出截面变化比较大的零件。对于此类零件的成形制造，目前的方法是采用旋压(冷旋或者热旋)、冲压等方法分别成形出局部曲面，然后通过焊接的方法组合而成，该方法由于受焊接性能的限制，零件容易产生变形、尺寸精度低等问题，很难保证零件整体的性能，因此降低了零件的成品率。
发明内容
本发明的目的是为了解决大截面比异型曲面零件分体成形、组合焊接存在的尺寸精度低、成本高的问题。提供了一种轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法。本发明轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的成形采用粘性软模材料内外压复合成形的方法。本发明方法的步骤如下：一、根据轴对称大截面比异型曲面零件的特点选择合适的筒坯1；二、制作筒坯1，采用无缝薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、内压成形过程，将筒坯1装入内压成形的分瓣型模3中，推动柱塞4由筒壁内侧注入粘性软模材料2，使得筒坯局部发生扩径成形，直至贴合型模3；四、开启模具，取出内压成形零件并清除粘性软模材料；五、外压成形过程，将内压成形得到的零件装入外压成形模具芯模6和外模9中，推动柱塞4使得粘性软模材料2通过注入通道8由零件外侧注入并加载，使得坯料局部发生缩径成形，直至贴合芯模6；六、打开模具取出零件并清除粘性软模材料，最后得到成品。
本发明半固态的粘性物质作为软模材料，本发明充分利用了半固态的粘性软模材料高压下流动性好的特点，且半固态粘性软模材料高压下容易密封，因此可以较容易地在腔内建立高压和成形过程的控制。粘性软模材料具有较强的应变速率敏感性，可以在筒坯表面建立非均匀的压力分布，适应于筒坯变形过程应力的变化，粘性软模材料与筒坯界面的粘性附着力可以促进筒坯料向变形较大区域流动，提高成形零件壁厚分布的均匀性。分别通过内压成形和外压成形，使得零件的成形极限接近了单纯通过内压成形或外压成形的两倍。能够一体成形出大截面积比的轴对称零件。并且由于半固态粘性软模材料的应变速率敏感性及在筒壁表面形成的切向粘性附着力作用，促进了筒坯料向大变形区域的流动，使得成形零件壁厚分布均匀性提高。此外，该方法还有成形零件表面质量好、尺寸精度高等特点，适合于飞机、汽车及航天器等领域轴对称薄壁大截面积比异型曲面零件的成形制造。
本发明的基本特征是：对于轴对称薄壁大截面比异型曲面零件采用室温一体成形方法，而不是传统采用的旋压、冲压等方法局部成形后拼焊而成，室温成形方法为一种软模成形方法，采用的软模为一种粘性物质。通过柱塞加载粘性软模材料分别由筒坯料的内侧和外侧施加载荷，使得筒坯料发生变形。
采用本发明的方法零件截面积比达到1.5，所成形的零件壁厚变化率小于6％。
本发明具有成形零件截面积比较大，壁厚分布均匀，尺寸精度高，表面质量好，形状复杂的优点。
附图说明
图1为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件示意图，图2为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件内外压复合成形组合剖视图，图3为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件内压成形过程初始阶段模具和零件形状示意图，图4是图3的A-A剖面图，图5为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件内压成形过程终了阶段模具和零件形状示意图，图6为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件内压成形后零件示意图，图7为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件外压成形过程初始阶段模具和零件形状示意图，图8是图7的A-A剖面图，图9为轴对称薄壁大截面比异型曲面零件外压成形过程终了阶段模具和零件形状示意图，图中1是筒坯，2是粘性软模材料，3是型模，4是柱塞，5是压块，6是芯模，7是芯轴，8是注入通道，9是外模。
具体实施方式
具体实施方式一：(参见图1～图9)本实施方式的步骤如下：一、根据轴对称大截面比异型曲面零件的特点选择合适的筒坯1；二、制作筒坯1，采用无缝薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、内压成形过程，将筒坯1装入内压成形的分瓣型模3中，推动柱塞4由筒壁内侧注入粘性软模材料2，使得筒坯局部发生扩径成形，直至贴合型模3；四、开启模具，取出内压成形零件并清除粘性软模材料；五、外压成形过程，将内压成形得到的零件装入外压成形模具芯模6和外模9中，推动柱塞4使得粘性软模材料2通过注入通道8由零件外侧注入并加载，使得坯料局部发生缩径成形，直至贴合芯模6；六、打开模具取出零件并清除粘性软模材料，最后得到成品。
本实施方式中主要是根据轴对称大截面比异型曲面零件的截面积比，选择筒坯的直径。
具体实施方式二：本实施方式中筒坯1的材料为不锈钢、高温合金或钛合金。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式中不锈钢的牌号为1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式中高温合金为镍基高温合金或铁基高温合金，镍基高温合金的牌号为GH3044、GH4169或GH99，铁基高温合金的牌号为GH161或GH13。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：本实施方式中筒坯1的壁厚为0.8～1.5mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式中筒坯1的壁厚为1.0mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式中筒坯1的壁厚为1.2mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式中型模3和芯模6的结构均采用分瓣式结构。
具体实施方式九：本实施方式的粘性软模材料为高分子聚合物半固态材料，本实施方式的高分子聚合物半固态材料的分子量为400,000～600,000g/mol，高分子聚合物半固态材料的粘度为10,000～16,000Pa·s。其它与
具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式的粘性软模材料为甲基乙烯基硅橡胶。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式的内压成形压力为小于200MPa。其它与
具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式的外压成形压力为小于250MPa。其它与
具体实施方式一相同。
本发明具有成形零件截面积比较大，壁厚分布均匀，尺寸精度高，表面质量好，形状复杂等优点。

Claims (10)

1、一种轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于方法的步骤如下：一、根据轴对称大截面比异型曲面零件的特点选择合适的筒坯(1)；二、制作筒坯(1)，采用无缝薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、内压成形过程，将筒坯(1)装入内压成形的分瓣型模(3)中，推动柱塞(4)由筒壁内侧注入粘性软模材料(2)，使得筒坯局部发生扩径成形，直至贴合型模(3)；四、开启模具，取出内压成形零件并清除粘性软模材料；五、外压成形过程，将内压成形得到的零件装入外压成形模具分瓣芯模(6)和外模(9)中，推动柱塞(4)使得粘性软模材料(2)通过注入通道(8)由零件外侧注入并加载，使得坯料局部发生缩径成形，直至贴合芯模(6)；六、打开模具取出零件并清除粘性软模材料，最后得到成品。
2、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于筒坯(1)的材料为不锈钢、高温合金或钛合金。
3、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚为0.8～1.5mm。
4、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚为1.0mm。
5、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚为1.2mm。
6、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于型模(3)和芯模(6)的结构均采用分瓣式结构。
7、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于粘性软模材料为高分子聚合物半固态材料，高分子聚合物半固态材料的分子量为400,000～600,000g/mol，高分子聚合物半固态材料的粘度为10,000～16,000Pa·s。
8、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于粘性软模材料为甲基乙烯基硅橡胶。
9、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于内压成形的压力为小200MPa。
10、根据权利要求1所述的轴对称薄壁大截面比异型曲面零件的内外压复合成形方法，其特征在于外压成形的压力为小于250MPa。
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