專利名稱：小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件成形方法，屬于板材成形技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬波紋筒是一種撓性、薄壁、有橫向波紋的管殼零部件，它主要是利用自身的彈 性變形功能工作，除彈性特性外，還具有耐壓、密封、耐腐蝕、耐溫度、耐沖擊等多種性能，是 一種多功能的零部件。在外力的作用下能產(chǎn)生軸向、角向、側(cè)向及其組合位移。在機(jī)械、儀 表、石油、化工、電力、汽車、機(jī)車、船舶、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而 對于薄壁以及超薄壁厚的波紋半徑較小、材料強度較高的金屬波紋筒目前采用室溫剛模沖 壓成形或者熱成形。無論采用上述哪一種成形方法都存在作用在坯料表面壓力分布均勻， 無法適應(yīng)變形過程應(yīng)力的變化，且成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂，導(dǎo)致成形 零件表面質(zhì)量差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方 法，以解決采用室溫剛模沖壓成形或者熱成形薄壁以及超薄壁厚的波紋半徑較小、材料強 度較高的金屬波紋筒存在作用在坯料表面壓力分布均勻，無法適應(yīng)變形過程應(yīng)力的變化， 且成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂，成形零件表面質(zhì)量差的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明的小半徑波紋曲面薄壁金 屬筒零件粘彈塑性軟模成形方法是這樣實現(xiàn)的
一、成形初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下 步驟一一制作初始級成形凹模先制作初始級凹模坯，初始級凹模坯由兩個半凹模 坯組成，兩個半凹模坯扣合并可拆卸連接；其次在初始級凹模坯的內(nèi)壁上加工兩個小半徑 波紋環(huán)型腔；
步驟一二 在兩個小半徑波紋環(huán)型腔的表面上涂覆脫模劑；
步驟一三制作芯模在圓柱體的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為活塞活動 腔，在圓柱體的外壁上加工與該活塞活動腔相通的通孔并稱之為壓力倉，活塞活動腔與壓 力倉呈十字形設(shè)置，在圓柱體的一側(cè)端面上加工有溢流腔，溢流腔的出口與活塞活動腔的 入口在圓柱體的同一側(cè)端面上，溢流腔的入口與活塞活動腔連通； 步驟一四將芯模設(shè)置在初始級成形凹模的內(nèi)腔中；
步驟一五將薄壁金屬筒坯料設(shè)置在初始級成形凹模與芯模之間并保證三者的上端面 和下端面分別平齊；
步驟一六分別向活塞活動腔和溢流腔內(nèi)填充粘彈塑性材料，粘彈塑性材料3的物態(tài) 為半固態(tài)；
步驟一七將活塞安裝在活塞活動腔內(nèi)，將溢流閥安裝在溢流腔的出口端；步驟一八活塞受到推力的作用推動粘彈塑性材料，并通過調(diào)節(jié)溢流閥使薄壁金屬筒坯料變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa 58MPa，薄壁金屬筒坯料在粘彈塑性材料的推力作用 下與初始級成形凹模的兩個小半徑波紋環(huán)型腔緊密貼合制成初始級小半徑波紋曲面薄壁 金屬筒坯；
步驟一九反向移動活塞，使壓力倉內(nèi)的壓力降至O MPa，拆開初始級成形凹模，取出初 始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的上 一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
二、成形下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下
步驟二一 制作下一級成形凹模先制作下一級凹模坯，下一級凹模坯由兩個半凹模 坯組成，兩個半凹模坯扣合并可拆卸連接；其次在下一級凹模坯的內(nèi)壁上加工多個小半徑 波紋環(huán)型腔，該多個小半徑波紋環(huán)型腔的數(shù)量是該上一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔數(shù) 量的二倍；
步驟二二 在步驟二一制成的下一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔的表面上涂覆脫模
劑；
步驟二三將步驟一三中制成的芯模設(shè)置在該下一級成形凹模的內(nèi)腔中；
步驟二四將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯設(shè)置在該下一級成形凹模與芯模 之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊，并將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯 上的小半徑波紋曲面與該下一級成形凹模位于中部的小半徑波紋型腔相吻合，使該下一級 成形凹模上位于兩個端部的兩個小半徑波紋環(huán)型腔空置；之后，依次執(zhí)行步驟一六和步驟 一七；
步驟二五活塞受到推力的作用推動粘彈塑性材料，并通過調(diào)節(jié)溢流閥使該上一級小 半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa 58MPa，該上一級小半徑波紋 曲面薄壁金屬筒坯在粘彈塑性材料的推力作用下與該下一級成形凹模的兩個空置的小半 徑波紋環(huán)型腔緊密貼合制成下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
步驟二六反向移動活塞，使壓力倉內(nèi)的壓力降至O MPa，拆開該下一級成形凹模，取出 該下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作其下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 坯的上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
三、在步驟二六的基礎(chǔ)上，繼續(xù)制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，其制作步驟 依次重復(fù)步驟二一至二六，直至完成N級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的成形，最后將該N 級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯內(nèi)的粘彈塑性材料清除干凈，即制成小半徑波紋曲面薄壁 金屬筒零件，其中N的取值范圍為3 40 ；該最終成形的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件 的壁厚為0. 2mm 0. 5mm、小半徑波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0. 25mm 1. 0mm。 本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明采用了軟模成形方法，而不是傳統(tǒng)的室溫剛模 沖壓成形，也不是熱成形。小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件采用分工步成形方法，每一工 步成形出兩個小半徑波紋曲面。本發(fā)明通過粘彈塑性材料作為傳力介質(zhì)，可以充分利用其 高壓下流動性好、半固態(tài)容易密封的特點，較容易地在型腔內(nèi)建立高壓；粘彈塑性材料具有 較高的應(yīng)變速率敏感性，可以在坯料表面建立非均勻的壓力分布，適應(yīng)于變形過程應(yīng)力的 變化，有效地抑制成形后零件的回彈，提高成形零件壁厚分布的均勻性，防止局部區(qū)域的破 裂，提高了零件表面質(zhì)量。


圖1是為成形初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，初始級成形凹模與芯模、薄壁金屬筒坯、活塞和溢流閥裝配在一起的主剖視圖(填充有粘彈塑性材料)；圖2是初始級 小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的成形狀態(tài)的主剖視圖(初始級成形凹模、芯模、薄壁金屬筒 坯、活塞及溢流閥未拆下，粘彈塑性材料未清除);圖3是在成形初始級小半徑波紋曲面薄壁 金屬筒坯的基礎(chǔ)上成形下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯時，初始級成形凹模的下一級 成形凹模與芯模、初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯、活塞和溢流閥裝配在一起的主剖 視圖(填充有粘彈塑性材料)；圖4是在初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的基礎(chǔ)上成形 下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的成形狀態(tài)的主剖視圖(初始級成形凹模的下一級成 形凹模及芯模、初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 坯、活塞及溢流閥未拆下，粘彈塑性材料未清除)；圖5是圖3的A部放大圖；圖6是利用本 發(fā)明的方法成形出的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件的主視圖(只表示了八個小半徑波紋 曲面)。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1 圖6說明，本實施方式的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 零件粘彈塑性軟模成形方法是這樣實現(xiàn)的
一、成形初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下 步驟一一制作初始級成形凹模1 先制作初始級凹模坯，初始級凹模坯由兩個半凹模 坯2組成，兩個半凹模坯2扣合并可拆卸連接；其次在初始級凹模坯的內(nèi)壁上加工兩個小半 徑波紋環(huán)型腔3 ；
步驟一二 在兩個小半徑波紋環(huán)型腔3的表面上涂覆脫模劑；
步驟一三制作芯模7 在圓柱體4的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為活塞活 動腔6，在圓柱體4的外壁上加工與該活塞活動腔6相通的通孔并稱之為壓力倉5，活塞活 動腔6與壓力倉5呈十字形設(shè)置，在圓柱體4的一側(cè)端面上加工有溢流腔9，溢流腔9的出 口與活塞活動腔6的入口在圓柱體4的同一側(cè)端面上，溢流腔9的入口與活塞活動腔6連 通；
步驟一四將芯模7設(shè)置在初始級成形凹模1的內(nèi)腔中；
步驟一五將薄壁金屬筒坯8設(shè)置在初始級成形凹模1與芯模7之間并保證三者的上 端面和下端面分別平齊；
步驟一六分別向活塞活動腔6和溢流腔9內(nèi)填充粘彈塑性材料10，粘彈塑性材料10 的物態(tài)為半固態(tài)；
步驟一七將活塞11安裝在活塞活動腔6內(nèi)，將溢流閥12安裝在溢流腔9的出口端； 步驟一八活塞11受到推力的作用推動粘彈塑性材料10，并通過調(diào)節(jié)溢流閥12使薄 壁金屬筒坯8變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa 58MPa，薄壁金屬筒坯8在粘彈塑性材料10 的推力作用下與初始級成形凹模1的兩個小半徑波紋環(huán)型腔3緊密貼合制成初始級小半徑 波紋曲面薄壁金屬筒坯；
步驟一九反向移動活塞11，使壓力倉5內(nèi)的壓力降至0 MPa，拆開初始級成形凹模1，取出初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 坯的上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
二、成形下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下
步驟二一 制作下一級成形凹模先制作下一級凹模坯，下一級凹模坯由兩個半凹模 坯組成，兩個半凹模坯扣合并可拆卸連接；其次在下一級凹模坯的內(nèi)壁上加工多個小半徑 波紋環(huán)型腔，該多個小半徑波紋環(huán)型腔的數(shù)量是該上一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔數(shù) 量的二倍；
步驟二二 在步驟二一制成的下一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔的表面上涂覆脫模 劑；
步驟二三將步驟一三中制成的芯模設(shè)置在該下一級成形凹模的內(nèi)腔中； 步驟二四將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯設(shè)置在該下一級成形凹模與芯模 7之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊，并將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 坯上的小半徑波紋曲面與該下一級成形凹模位于中部的小半徑波紋型腔相吻合，使該下一 級成形凹模上位于兩個端部的兩個小半徑波紋環(huán)型腔空置；之后，依次執(zhí)行步驟一六和步 驟一七；
步驟二五活塞11受到推力的作用推動粘彈塑性材料10，并通過調(diào)節(jié)溢流閥12使該 上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa 58MPa，該上一級小 半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯在粘彈塑性材料10的推力作用下與該下一級成形凹模的兩個 空置的小半徑波紋環(huán)型腔緊密貼合制成下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
步驟二六反向移動活塞11，使壓力倉5內(nèi)的壓力降至0 MPa，拆開該下一級成形凹模， 取出該下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作其下一級小半徑波紋曲面薄壁金 屬筒坯的上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；
三、在步驟二六的基礎(chǔ)上，繼續(xù)制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，其制作步驟 依次重復(fù)步驟二一至二六，直至完成N級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的成形，最后將該N 級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯內(nèi)的粘彈塑性材料10清除干凈，即制成小半徑波紋曲面 薄壁金屬筒零件，其中N的取值范圍為3 40 ；該最終成形的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒 零件的壁厚為0. 2mm 0. 5mm、小半徑波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0. 25mm 1. 0mm。
具體實施方式
二本實施方式的步驟一二和步驟二二中所使用的脫模劑均為無蠟 脫模劑，利于脫模。其它方法步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟一六中的粘彈塑性材料10為分子量為 400000 g/mol 600000 g/mol和粘度為IOOOOPa 16000Pa 的高分子聚合物材料。
具有較高的應(yīng)變速率敏感性，可以在坯料表面建立非均勻的壓力分布。其它方法步驟與具 體實施方式一或二相同。
權(quán)利要求
一種小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方法，其特征在于所述成形方法是這樣實現(xiàn)的一、成形初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下步驟一一制作初始級成形凹模(1)先制作初始級凹模坯，初始級凹模坯由兩個半凹模坯(2)組成，兩個半凹模坯(2)扣合并可拆卸連接；其次在初始級凹模坯的內(nèi)壁上加工兩個小半徑波紋環(huán)型腔(3)；步驟一二在兩個小半徑波紋環(huán)型腔(3)的表面上涂覆脫模劑；步驟一三制作芯模(7)在圓柱體(4)的一側(cè)端面的中心軸線上加工沉孔并稱之為活塞活動腔(6)，在圓柱體(4)的外壁上加工與該活塞活動腔(6)相通的通孔并稱之為壓力倉(5)，活塞活動腔(6)與壓力倉(5)呈十字形設(shè)置，在圓柱體(4)的一側(cè)端面上加工有溢流腔(9)，溢流腔(9)的出口與活塞活動腔(6)的入口在圓柱體(4)的同一側(cè)端面上，溢流腔(9)的入口與活塞活動腔(6)連通；步驟一四將芯模(7)設(shè)置在初始級成形凹模(1)的內(nèi)腔中；步驟一五將薄壁金屬筒坯(8)設(shè)置在初始級成形凹模(1)與芯模(7)之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊；步驟一六分別向活塞活動腔(6)和溢流腔(9)內(nèi)填充粘彈塑性材料(10)，粘彈塑性材料(10)的物態(tài)為半固態(tài)； 步驟一七將活塞(11)安裝在活塞活動腔(6)內(nèi)，將溢流閥(12)安裝在溢流腔(9)的出口端；步驟一八活塞(11)受到推力的作用推動粘彈塑性材料(10)，并通過調(diào)節(jié)溢流閥(12)使薄壁金屬筒坯(8)變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa～58MPa，薄壁金屬筒坯(8)在粘彈塑性材料(10)的推力作用下與初始級成形凹模(1)的兩個小半徑波紋環(huán)型腔(3)緊密貼合制成初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯； 步驟一九反向移動活塞(11)，使壓力倉(5)內(nèi)的壓力降至0 MPa，拆開初始級成形凹模(1)，取出初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；二、成形下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，具體步驟如下步驟二一制作下一級成形凹模先制作下一級凹模坯，下一級凹模坯由兩個半凹模坯組成，兩個半凹模坯扣合并可拆卸連接；其次在下一級凹模坯的內(nèi)壁上加工多個小半徑波紋環(huán)型腔，該多個小半徑波紋環(huán)型腔的數(shù)量是該上一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔數(shù)量的二倍；步驟二二在步驟二一制成的下一級成形凹模的小半徑波紋環(huán)型腔的表面上涂覆脫模劑；步驟二三將步驟一三中制成的芯模設(shè)置在該下一級成形凹模的內(nèi)腔中；步驟二四將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯設(shè)置在該下一級成形凹模與芯模(7)之間并保證三者的上端面和下端面分別平齊，并將該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯上的小半徑波紋曲面與該下一級成形凹模位于中部的小半徑波紋型腔相吻合，使該下一級成形凹模上位于兩個端部的兩個小半徑波紋環(huán)型腔空置；之后，依次執(zhí)行步驟一六和步驟一七；步驟二五活塞(11)受到推力的作用推動粘彈塑性材料(10)，并通過調(diào)節(jié)溢流閥(12)使該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯變形區(qū)域的壓力值達(dá)到40MPa～58MPa，該上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯在粘彈塑性材料(10)的推力作用下與該下一級成形凹模的兩個空置的小半徑波紋環(huán)型腔緊密貼合制成下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯； 步驟二六反向移動活塞(11)，使壓力倉(5)內(nèi)的壓力降至0 MPa，拆開該下一級成形凹模，取出該下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯并作為制作其下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的上一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯；三、在步驟二六的基礎(chǔ)上，繼續(xù)制作下一級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，其制作步驟依次重復(fù)步驟二一至二六，直至完成N級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯的成形，最后將該N級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯內(nèi)的粘彈塑性材料(10)清除干凈，即制成小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件，其中N的取值范圍為3～40；該最終成形的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件的壁厚為0.2mm～0.5mm、小半徑波紋曲面的內(nèi)表面半徑為0.25mm～1.0mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方法，其 特征在于步驟一二和步驟二二中所使用的脫模劑均為無蠟脫模劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方 法，其特征在于步驟一六中的粘彈塑性材料(10)為分子量為400000 g/mol 600000 g/ mol和粘度為IOOOOPa · s 16000Pa · s的高分子聚合物材料。
全文摘要
小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件粘彈塑性軟模成形方法，它涉及一種小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件成形方法。針對室溫剛模沖壓成形或者熱成形薄壁以及超薄壁厚的波紋半徑較小、材料強度較高的金屬波紋筒存在作用在坯料表面壓力分布均勻，無法適應(yīng)變形過程應(yīng)力的變化，且成形零件壁厚分布不均勻，局部區(qū)域容易破裂問題。該方法步驟的要點成形初始級小半徑波紋曲面薄壁金屬筒坯，其包括制作初始級成形凹模、涂覆脫模劑、制作芯模及其與初始級成形凹模裝配、填充粘彈塑性材料、安裝活塞和溢流閥、調(diào)節(jié)壓力值、開模取出成形的零件并清除零件表面殘留的粘彈塑性材料，更換成形凹模。本發(fā)明用于小半徑波紋曲面薄壁金屬筒零件成形。
文檔編號B21D15/02GK101885018SQ20101023697
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者李繼光, 王忠金 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)