專利名稱：軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板材成形制造方法，具體涉及一種軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件成形制造的方法。
背景技術(shù)：
大截面比軸對(duì)稱薄壁異形曲面零件是一類較為典型的殼體結(jié)構(gòu)件，其主要特點(diǎn)也即成形制造的難點(diǎn)是其截面尺寸變化較大。對(duì)于截面變化較小的零件，可以采用內(nèi)壓擴(kuò)徑(如液壓成形、聚氨酯成形等)或者外壓縮徑(如電磁成形)等方法成形；而對(duì)于截面變化較大的零件，若單純內(nèi)壓擴(kuò)徑或者外壓縮徑的方法，則容易出現(xiàn)局部嚴(yán)重減薄、甚至破裂或者起皺等缺陷，無(wú)法成形出截面變化比較大的零件。對(duì)于此類零件的成形制造，目前的方法是采用旋壓(冷旋或者熱旋)、沖壓等方法分別成形出局部曲面，然后通過(guò)焊接的方法組合而成，該方法由于受焊接性能的限制，零件容易產(chǎn)生變形、尺寸精度低等問(wèn)題，很難保證零件整體的性能，因此降低了零件的成品率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決大截面比異型曲面零件分體成形、組合焊接存在的尺寸精度低、成本高的問(wèn)題。提供了一種軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法。本發(fā)明軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的成形采用粘性軟模材料內(nèi)外壓復(fù)合成形的方法。本發(fā)明方法的步驟如下一、根據(jù)軸對(duì)稱大截面比異型曲面零件的特點(diǎn)選擇合適的筒坯1；二、制作筒坯1，采用無(wú)縫薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、內(nèi)壓成形過(guò)程，將筒坯1裝入內(nèi)壓成形的分瓣型模3中，推動(dòng)柱塞4由筒壁內(nèi)側(cè)注入粘性軟模材料2，使得筒坯局部發(fā)生擴(kuò)徑成形，直至貼合型模3；四、開(kāi)啟模具，取出內(nèi)壓成形零件并清除粘性軟模材料；五、外壓成形過(guò)程，將內(nèi)壓成形得到的零件裝入外壓成形模具芯模6和外模9中，推動(dòng)柱塞4使得粘性軟模材料2通過(guò)注入通道8由零件外側(cè)注入并加載，使得坯料局部發(fā)生縮徑成形，直至貼合芯模6；六、打開(kāi)模具取出零件并清除粘性軟模材料，最后得到成品。
本發(fā)明半固態(tài)的粘性物質(zhì)作為軟模材料，本發(fā)明充分利用了半固態(tài)的粘性軟模材料高壓下流動(dòng)性好的特點(diǎn)，且半固態(tài)粘性軟模材料高壓下容易密封，因此可以較容易地在腔內(nèi)建立高壓和成形過(guò)程的控制。粘性軟模材料具有較強(qiáng)的應(yīng)變速率敏感性，可以在筒坯表面建立非均勻的壓力分布，適應(yīng)于筒坯變形過(guò)程應(yīng)力的變化，粘性軟模材料與筒坯界面的粘性附著力可以促進(jìn)筒坯料向變形較大區(qū)域流動(dòng)，提高成形零件壁厚分布的均勻性。分別通過(guò)內(nèi)壓成形和外壓成形，使得零件的成形極限接近了單純通過(guò)內(nèi)壓成形或外壓成形的兩倍。能夠一體成形出大截面積比的軸對(duì)稱零件。并且由于半固態(tài)粘性軟模材料的應(yīng)變速率敏感性及在筒壁表面形成的切向粘性附著力作用，促進(jìn)了筒坯料向大變形區(qū)域的流動(dòng)，使得成形零件壁厚分布均勻性提高。此外，該方法還有成形零件表面質(zhì)量好、尺寸精度高等特點(diǎn)，適合于飛機(jī)、汽車及航天器等領(lǐng)域軸對(duì)稱薄壁大截面積比異型曲面零件的成形制造。
本發(fā)明的基本特征是對(duì)于軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件采用室溫一體成形方法，而不是傳統(tǒng)采用的旋壓、沖壓等方法局部成形后拼焊而成，室溫成形方法為一種軟模成形方法，采用的軟模為一種粘性物質(zhì)。通過(guò)柱塞加載粘性軟模材料分別由筒坯料的內(nèi)側(cè)和外側(cè)施加載荷，使得筒坯料發(fā)生變形。
采用本發(fā)明的方法零件截面積比達(dá)到1.5，所成形的零件壁厚變化率小于6％。
本發(fā)明具有成形零件截面積比較大，壁厚分布均勻，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，形狀復(fù)雜的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件示意圖，圖2為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件內(nèi)外壓復(fù)合成形組合剖視圖，圖3為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件內(nèi)壓成形過(guò)程初始階段模具和零件形狀示意圖，圖4是圖3的A-A剖面圖，圖5為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件內(nèi)壓成形過(guò)程終了階段模具和零件形狀示意圖，圖6為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件內(nèi)壓成形后零件示意圖，圖7為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件外壓成形過(guò)程初始階段模具和零件形狀示意圖，圖8是圖7的A-A剖面圖，圖9為軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件外壓成形過(guò)程終了階段模具和零件形狀示意圖，圖中1是筒坯，2是粘性軟模材料，3是型模，4是柱塞，5是壓塊，6是芯模，7是芯軸，8是注入通道，9是外模。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一(參見(jiàn)圖1～圖9)本實(shí)施方式的步驟如下一、根據(jù)軸對(duì)稱大截面比異型曲面零件的特點(diǎn)選擇合適的筒坯1；二、制作筒坯1，采用無(wú)縫薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、內(nèi)壓成形過(guò)程，將筒坯1裝入內(nèi)壓成形的分瓣型模3中，推動(dòng)柱塞4由筒壁內(nèi)側(cè)注入粘性軟模材料2，使得筒坯局部發(fā)生擴(kuò)徑成形，直至貼合型模3；四、開(kāi)啟模具，取出內(nèi)壓成形零件并清除粘性軟模材料；五、外壓成形過(guò)程，將內(nèi)壓成形得到的零件裝入外壓成形模具芯模6和外模9中，推動(dòng)柱塞4使得粘性軟模材料2通過(guò)注入通道8由零件外側(cè)注入并加載，使得坯料局部發(fā)生縮徑成形，直至貼合芯模6；六、打開(kāi)模具取出零件并清除粘性軟模材料，最后得到成品。
本實(shí)施方式中主要是根據(jù)軸對(duì)稱大截面比異型曲面零件的截面積比，選擇筒坯的直徑。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式中筒坯1的材料為不銹鋼、高溫合金或鈦合金。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式中不銹鋼的牌號(hào)為1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式中高溫合金為鎳基高溫合金或鐵基高溫合金，鎳基高溫合金的牌號(hào)為GH3044、GH4169或GH99，鐵基高溫合金的牌號(hào)為GH161或GH13。其它與具體實(shí)施方式
二相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式中筒坯1的壁厚為0.8～1.5mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式中筒坯1的壁厚為1.0mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式中筒坯1的壁厚為1.2mm。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式中型模3和芯模6的結(jié)構(gòu)均采用分瓣式結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式的粘性軟模材料為高分子聚合物半固態(tài)材料，本實(shí)施方式的高分子聚合物半固態(tài)材料的分子量為400,000～600,000g/mol，高分子聚合物半固態(tài)材料的粘度為10,000～16,000Pa·s。其它與具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式的粘性軟模材料為甲基乙烯基硅橡膠。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式的內(nèi)壓成形壓力為小于200MPa。其它與具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式的外壓成形壓力為小于250MPa。其它與本發(fā)明具有成形零件截面積比較大，壁厚分布均勻，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，形狀復(fù)雜等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于方法的步驟如下一、根據(jù)軸對(duì)稱大截面比異型曲面零件的特點(diǎn)選擇合適的筒坯(1)；二、制作筒坯(1)，采用無(wú)縫薄壁筒或采用板坯料卷制并焊接而成的薄壁筒；三、內(nèi)壓成形過(guò)程，將筒坯(1)裝入內(nèi)壓成形的分瓣型模(3)中，推動(dòng)柱塞(4)由筒壁內(nèi)側(cè)注入粘性軟模材料(2)，使得筒坯局部發(fā)生擴(kuò)徑成形，直至貼合型模(3)；四、開(kāi)啟模具，取出內(nèi)壓成形零件并清除粘性軟模材料；五、外壓成形過(guò)程，將內(nèi)壓成形得到的零件裝入外壓成形模具分瓣芯模(6)和外模(9)中，推動(dòng)柱塞(4)使得粘性軟模材料(2)通過(guò)注入通道(8)由零件外側(cè)注入并加載，使得坯料局部發(fā)生縮徑成形，直至貼合芯模(6)；六、打開(kāi)模具取出零件并清除粘性軟模材料，最后得到成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于筒坯(1)的材料為不銹鋼、高溫合金或鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚為0.8～1.5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚為1.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于筒坯(1)的壁厚為1.2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于型模(3)和芯模(6)的結(jié)構(gòu)均采用分瓣式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于粘性軟模材料為高分子聚合物半固態(tài)材料，高分子聚合物半固態(tài)材料的分子量為400,000～600,000g/mol，高分子聚合物半固態(tài)材料的粘度為10,000～16,000Pa·s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于粘性軟模材料為甲基乙烯基硅橡膠。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于內(nèi)壓成形的壓力為小200MPa。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，其特征在于外壓成形的壓力為小于250MPa。
全文摘要
軸對(duì)稱薄壁大截面比異型曲面零件的內(nèi)外壓復(fù)合成形方法，涉及一種板材成形制造方法，它解決了大截面比異型曲面零件分體成形、組合焊接存在的尺寸精度低、成本高的問(wèn)題。本發(fā)明成品采用室溫一體軟模成形方法，此方法的步驟如下選擇筒坯；制作筒坯；將筒坯裝入內(nèi)壓成形模具中，由筒壁內(nèi)側(cè)注入粘性軟模材料，使得筒坯局部發(fā)生擴(kuò)徑成形，直至貼合型模；開(kāi)啟模具，取出內(nèi)壓成形零件并清除粘性軟模材料；將內(nèi)壓成形得到的零件裝入外壓成形模具中，粘性軟模材料由通道注入零件外側(cè)，使得筒坯局部發(fā)生縮徑成形，直至貼合芯模；打開(kāi)模具取出零件，得到成品。本發(fā)明具有成形零件截面積比較大，壁厚分布均勻，尺寸精度高，表面質(zhì)量好，形狀復(fù)雜的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21D37/10GK1962107SQ20061015105
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者王忠金, 高鐵軍, 劉建光, 李毅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)