專利名稱：超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種不可展金屬殼體結(jié)構(gòu)的成型方法，尤其是關(guān)于一種應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的具有隱身特性的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)的成型方法。
背景技術(shù)：
研究表明，航空發(fā)動機(jī)紅外隱身設(shè)計的重要途徑就是采用進(jìn)口為圓形，出口為矩形的圓轉(zhuǎn)矩形噴管。為了進(jìn)行良好的氣動優(yōu)化設(shè)計，圓轉(zhuǎn)矩形噴管廣泛采用超橢圓過渡設(shè)計。圖I給出了一超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2展示了圖I噴管內(nèi)、夕卜壁面的進(jìn)口圓形型線IlI和1111、出口矩形型線N+1I和N+1II，以及進(jìn)出口之間垂直軸線的若干超橢圓截面型線12 NI和12 NII。由圖I可見，該超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體是一種不能平面展開的結(jié)構(gòu)。雖然可采用近似平面展開成型的方法，如圖3所示的由兩個寬邊三角形21和22、兩個窄邊三角形23和24，及其之間的圓錐面25 28構(gòu)成的一近似展開成型的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)，但該方法影響到噴管結(jié)構(gòu)的光滑過渡，勢必造成嚴(yán)重的氣動損失。
對于圖I不可展殼體結(jié)構(gòu)，如果不采用近似展開，而是將整塊板材進(jìn)行整體沖壓成型，則存在兩個問題。一是模具件的制備。大型金屬型材的采購，以及整體成型復(fù)雜形貌的過程均是困難的，且花費昂貴。二是殼體件的成型。經(jīng)整體沖壓，不可展殼體結(jié)構(gòu)難于直接成型，往往于應(yīng)力集中處產(chǎn)生皺折，圖4展示了圖I殼體結(jié)構(gòu)經(jīng)整體沖壓成型后產(chǎn)生四處皺折31 34的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即針對上述技術(shù)不足，提供一種實用性及加工精度均較高的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)的成型方法?！N超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管成型方法，其特征在于包括以下過程
(1)、1吳具件制備
依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體內(nèi)壁形狀，將模具用鋼板切割成垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀；然后將其順序組合成內(nèi)模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整；
依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體外壁形狀，將模具用鋼板切割成垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀；然后將其順序組合成外模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整；
(2)、殼體件成型
對待沖壓成型的鋼板中將產(chǎn)生高度應(yīng)力集中的局部區(qū)域進(jìn)行分割，并將分割后的主體板材和局部板材分別進(jìn)行沖壓；
然后，將沖壓成型后的主體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)焊接成完整的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行最終沖壓定型；
(3)、由于圓轉(zhuǎn)矩形噴管具有對稱性，因此上述制作的模具件以及沖壓的殼體件均為整體的1/2。本發(fā)明是針對一種不能平面展開的三維復(fù)雜圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體，提供了一種加工成型方法。首先，與傳統(tǒng)的近似平面展開成型方法不同，本方法是直接三維成型，精確保留了原噴管的三維曲面特征，因此所加工噴管的氣動性能較優(yōu)。其次,噴管殼體件的成型過程中采用了局部分割成型方法，解決了不可平面展開殼體結(jié)構(gòu)難于直接沖壓成型的問題。另夕卜，在模具制備方面采用了分切再組合的方法，解決了大型金屬型材采購以及整體成型復(fù)雜形貌的困難，且花費也較少。


圖I所示為一超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖2展示了圖I噴管進(jìn)口圓形、出口矩形，以及進(jìn)出口之間垂直軸線的若干超橢圓截面型線；
圖3給出了一近似展開成型的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4展示了圖I殼體結(jié)構(gòu)經(jīng)整體沖壓產(chǎn)生皺折的情況；
圖5所示為由η個內(nèi)模截面板材組成內(nèi)模具件整體的示意圖6所示為由η個外模截面板材組成外模具件整體的示意圖7給出了利用內(nèi)、外模具件對主體板材整體沖壓的示意圖8給出了最終成型的超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖及實例對該圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)的成型方法進(jìn)行詳細(xì)說明。首先需指出選用5.4 (mm)厚的Q235鋼板制作模具件，選用1.2 (mm)厚的 ICrlSNiQ鋼板制作噴管殼體件；另外，由于圓轉(zhuǎn)矩形噴管具有對稱性，因此，所制作的模具件以及沖壓的殼體件均為整體的1/2。模具件制備
依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體內(nèi)壁形狀，用5.4 (mm)厚的Q235鋼板切割出垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀，然后將其順序組合成內(nèi)模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整。圖5給出了由N個內(nèi)模截面板材組成內(nèi)模具件整體的示意圖，型線41為圓轉(zhuǎn)矩形噴管進(jìn)口圓形的1/2，型線N+1為出口矩形的1/2，型線41 N+1中每相鄰兩條型線的軸向距離均為5. 4 (mm)。噴管總長不大于5.4XN (mm)。同理，根據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體外壁形狀，用5. 4(mm)厚的Q235鋼板制作外模具件。 圖6給出了由N個外模截面板材組成外模具件整體的示意圖，半圓形型線51對應(yīng)圓轉(zhuǎn)矩形噴管進(jìn)口圓形的1/2，型線N+1為出口矩形的1/2，型線51 N+1中每相鄰兩條型線的軸向距離均為5. 4 (mm)。殼體件成型
首先，對待沖壓成型的板材中將產(chǎn)生高度應(yīng)力集中的局部區(qū)域進(jìn)行分割，并將分割后的主體板材和局部板材分別進(jìn)行沖壓。圖7給出了利用內(nèi)、外模具件對主體板材整體沖壓的示意圖，61為內(nèi)模具件，62為外模具件，63為待沖壓成型的主體板材。然后，將沖壓成型后的主體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)焊接成完整的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行最終沖壓定型。圖8給出了最終成型的超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體結(jié)構(gòu)示意圖， 71和72為沖壓成型后 的兩個主體結(jié)構(gòu)，73 76為四個局部結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管成型方法，其特征在于包括以下過程 (1)、1吳具件制備 依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體內(nèi)壁形狀，將模具用鋼板切割成垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀；然后將其順序組合成內(nèi)模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整； 依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體外壁形狀，將模具用鋼板切割成垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀；然后將其順序組合成外模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整； (2)、殼體件成型 對待沖壓成型的鋼板中將產(chǎn)生高度應(yīng)力集中的局部區(qū)域進(jìn)行分割，并將分割后的主體板材和局部板材分別進(jìn)行沖壓； 然后，將沖壓成型后的主體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)焊接成完整的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行最終沖壓定型； (3)、由于圓轉(zhuǎn)矩形噴管具有對稱性，因此上述制作的模具件以及沖壓的殼體件均為整體的1/2。
全文摘要
一種超橢圓過渡的圓轉(zhuǎn)矩形噴管成型方法，屬于不可展金屬殼體結(jié)構(gòu)的成型技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于包括以下過程依據(jù)圓轉(zhuǎn)矩形噴管殼體內(nèi)、外壁形狀，將模具用鋼板切割成垂直噴管軸線的從進(jìn)口圓形至出口矩形間的若干截面形狀；然后將其順序組合成內(nèi)、外模件整體，并進(jìn)行邊緣光滑修整；對待沖壓成型的鋼板中將產(chǎn)生高度應(yīng)力集中的局部區(qū)域進(jìn)行分割，并將分割后的主體板材和局部板材分別進(jìn)行沖壓；然后，將沖壓成型后的主體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)焊接成完整的圓轉(zhuǎn)矩形噴管結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行最終沖壓定型。本發(fā)明實用性及加工精度均較高。
文檔編號B21D22/02GK102699108SQ20121016120
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者吉洪湖, 李娜 申請人:南京航空航天大學(xué)