一種大型曲面件的拼焊板整體拉深成形裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種拼焊板整體成形裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 封頭等曲面件在石油化工、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，直徑一般在2000mm以上， 是一種大型的曲面板材零件?，F(xiàn)有的制造方法是拉深或者拉形方法制造出瓜瓣件，再將瓜 瓣拼焊成球面件。由于該類零件通常和筒段組合構(gòu)成壓力容器，因此對焊縫的可靠性及承 載能力要求高。目前現(xiàn)有的先分塊成形再焊接的成形方法，其缺點是焊縫多，拘束度大，強 制裝配、焊接變形容易產(chǎn)生高水平焊接殘余應(yīng)力，承壓條件下可靠性低。目前，迫切需要解 決現(xiàn)有焊接殘余應(yīng)力高、可靠性差等問題，以滿足使用環(huán)境的服役要求。
[0003] 要從根本上解決上述問題，則需采用整體成形技術(shù)替代先成形再拼焊的制造方 式，減少焊縫。目前，板材寬度一般在2500mm左右，不能滿足整體成形所需的坯料尺寸要 求，整體成形仍需拼焊的平板坯料。由于存在焊縫和母材性能的差異，尤其對于鋁合金差異 更為明顯，且曲面件拉深成形過程中處于底部的焊縫受到雙向拉應(yīng)力的作用，應(yīng)力水平高， 焊縫容易發(fā)生破裂，制約試件整體成形的可成形性。針對上述問題，現(xiàn)有技術(shù)沒有給出適合 于大型曲面件的拼焊板拉深方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 要解決的技術(shù)問題：
[0005] 針對拼焊板拉深過程中焊縫產(chǎn)生破裂缺陷，而且無法成形出大型拼焊板曲面件的 問題，本發(fā)明提供了一種大型曲面件的拼焊板拉深方法及裝置，以避免拉深過程中焊縫的 破裂、成形出大型拼焊板曲面件。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[0007] -種大型曲面件的拼焊板整體拉深成形裝置，所述裝置包括凸模、壓邊圈、凹模和 充液室；凹模置于充液室之上且二者密封連接，凹模的下平面與充液室的上平面固定連接； 壓邊圈設(shè)在凹模上方；凸?？裳貕哼吶?、凹模上下移動；充液室設(shè)有與其介質(zhì)腔相通的注 液孔，注液孔用于與液壓系統(tǒng)連接；其特征在于，壓邊圈與凹模之間用于放置板料，所述的 板料是指非等厚拼焊板；
[0008] 在凸模的型面上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的凸模溝槽，同時在壓 邊圈的內(nèi)孔及下表面上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的壓邊圈溝槽，用于約束 厚壁區(qū)垂直于焊縫的方向發(fā)生變形；
[0009] 或者，在凹模的上表面及內(nèi)孔上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的凹模 溝槽，用于約束厚壁區(qū)垂直于焊縫的方向發(fā)生變形。
[0010] 所述板料是一面為焊縫所在的厚壁區(qū)厚度高于其他薄壁區(qū)厚度的階梯表面、另一 面為直面的非等厚拼焊板。
[0011] 所述板料沿焊縫左右軸對稱，板料的厚壁區(qū)和薄壁區(qū)在焊縫左右軸也對稱分布。
[0012] 當(dāng)非等厚拼焊板的階梯表面朝上時，所述凸模溝槽沿其延伸方向的中心縱剖面經(jīng) 過凸模的軸線，凸模溝槽沿凸模的外表面延伸形狀與凸模型線輪廓形狀一致，凸模溝槽的 橫截面形狀與板料的厚壁區(qū)形狀相當(dāng)；所述壓邊圈溝槽是沿壓邊圈軸線鏡像相對設(shè)置的兩 部分溝槽，每部分溝槽包括設(shè)置在壓邊圈內(nèi)孔孔壁上且與內(nèi)孔等高的壓邊圈內(nèi)孔溝槽和設(shè) 置在壓邊圈下表面且貫通環(huán)壁的壓邊圈下表面溝槽，且壓邊圈內(nèi)孔溝槽和壓邊圈下表面溝 槽在交匯處圓滑過渡連通；兩部分溝槽沿其延伸方向的中心縱剖面共面且經(jīng)過壓邊圈的軸 線；壓邊圈溝槽的橫截面形狀與板料的厚壁區(qū)形狀相當(dāng)。
[0013] 當(dāng)非等厚拼焊板的直面朝上時，所述凹模溝槽是沿凹模軸線鏡像相對設(shè)置的兩部 分溝槽，每部分溝槽包括設(shè)置在凹模上表面且貫通環(huán)壁的凹模上表面溝槽和設(shè)置在凹模內(nèi) 孔孔壁上且與內(nèi)孔等高的凹模內(nèi)孔溝槽，且凹模上表面溝槽和凹模內(nèi)孔溝槽在交匯處圓滑 過渡連通；兩部分溝槽沿其延伸方向的中心縱剖面共面且經(jīng)過凹模的軸線；凹模溝槽的橫 截面形狀與板料的厚壁區(qū)形狀相當(dāng)。
[0014] 所述非等厚拼焊板經(jīng)機械加工后的厚壁區(qū)與薄壁區(qū)的厚度比不小于1. 5,厚壁區(qū) 與薄壁區(qū)圓角過渡，圓角大于厚壁區(qū)與薄壁區(qū)的厚度差。
[0015] 所述凸模溝槽和壓邊圈溝槽截面的寬度和深度大于板料厚壁區(qū)0. 5_，截面的凸 圓角大于板料厚壁區(qū)與薄壁區(qū)的過渡圓角0. 5mm。
[0016] 所述凹模溝槽截面的寬度和深度大于板料厚壁區(qū)0. 5mm，截面的凸圓角大于板料 厚壁區(qū)與薄壁區(qū)的過渡圓角0. 5mm。
[0017] 利用上述成形裝置的大型曲面件的拼焊板整體拉深成形方法，該方法的步驟如 下：
[0018] 步驟一、充液室的充液孔與液壓系統(tǒng)連接：首先將充液室上的注液孔與液壓系統(tǒng) 連接，然后向介質(zhì)腔內(nèi)注入流體介質(zhì)；
[0019] 步驟二、然后在凹模上表面放置非等厚的板料，板料具有階梯表面的一面向上；
[0020] 步驟三、壓邊圈向下移動并施加壓邊力，壓邊圈凹槽與板料厚壁區(qū)吻合：
[0021] 通過液壓機的壓邊缸控制壓邊圈向下移動，壓邊圈的溝槽至與板料吻合，厚壁區(qū) 進入板料的凹槽，壓邊圈下表面與薄壁區(qū)接觸并施加壓邊力F，壓邊力F為壓邊圈、凹模之 間的板料所受到夾持部分的法蘭區(qū)面積與單位壓邊力的乘積；
[0022] 步驟四、通過液壓機的主缸控制凸模向下移動，直到凸模的凹槽與板料的厚壁區(qū) 相吻合并與薄壁區(qū)接觸，通過充液孔向充液室內(nèi)充入液體介質(zhì)，充液室內(nèi)逐步填滿液體介 質(zhì)，空氣逐步被排出，并使充液室內(nèi)部建立起5MPa的壓力；
[0023] 步驟五、當(dāng)充液室內(nèi)部建立起5MPa的壓力后，凸模下行，增加壓邊圈的壓邊力至 3000KN?5000KN，通過充液孔繼續(xù)向充液室充入液體介質(zhì)，提高充液室內(nèi)部液體介質(zhì)的壓 力至15MPa，直至拉深結(jié)束，成形出拼焊板曲面件。
[0024] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0025] 本發(fā)明提出一種大型曲面件的拼焊板拉深方法及裝置適于對采用等強度承載設(shè) 計的非等厚對稱拼焊板的充液拉深成形，制造較大型的整體曲面件。
[0026] 本發(fā)明優(yōu)點是通過等強度承載設(shè)計的非等厚拼焊板，使焊縫承載截面厚度增大， 降低垂直焊縫方向所受的拉應(yīng)力，抗破裂能力提高；板料厚壁區(qū)截面與凸模型面的溝槽相 吻合，約束厚壁區(qū)垂直焊縫方向發(fā)生較大的變形，進一步提高焊縫的抗失穩(wěn)破裂能力；另 夕卜，利用充液拉深成形過程中的充液室壓力可增強坯料與凸模之間的有益摩擦，減小拉應(yīng) 力，降低薄弱的焊縫區(qū)破裂的可能性；焊縫長度方向經(jīng)歷塑性變形，強度高，試件承壓能力 強。對于大型復(fù)雜曲面件，采用非等厚拼焊板，可實現(xiàn)整體成形，避免先成形后焊接產(chǎn)生的 焊接應(yīng)力，制件承壓能力及耐沖擊能力強，可靠性高。本發(fā)明方法及裝置用于采用等強度承 載設(shè)計的非等厚對稱拼焊板的充液拉深成形。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所述成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖（主視剖視圖），圖2為本發(fā)明中的凸模1 的主視剖視圖，圖3是圖2的在視圖；圖4為壓邊圈2的主視剖視圖，圖5是圖4的俯視圖； 圖6為板料7的俯視圖（圖中，A表示薄壁區(qū)，B表示厚壁區(qū)，C表示焊縫），圖7是圖6的 D-D剖視圖；圖8是凹模3的主視剖視圖，圖9是圖8的俯視圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0028] 一：如圖1至7所示，本實施方式所述的大型曲面件的拼焊板整體拉 深成形裝置包括凸模1、壓邊圈2、凹模3和充液室4 ;凹模3置于充液室4之上且二者通過 密封圈6密封連接，凹模3的下平面與充液室4的上平面固定連接；壓邊圈2設(shè)在凹模3上 方；凸模1可沿壓邊圈2、凹模3上下移動；充液室4設(shè)有與其介質(zhì)腔5相通的注液孔4-1， 注液孔4-1用于與液壓系統(tǒng)連接；壓邊圈2與凹模3之間用于放置板料7,所述的板料7是 指非等厚拼焊板；
[0029] 如圖2-5,在凸模1的型面上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的凸模溝 槽1-1，同時在壓邊圈2的內(nèi)孔及下表面上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的壓 邊圈溝槽2-1，用于約束厚壁區(qū)垂直于焊縫的方向發(fā)生變形；
[0030] 所述板料7是一面為焊縫所在的厚壁區(qū)厚度高于其他薄壁區(qū)厚度的階梯表面、另 一面為直面的非等厚拼焊板。所述板料7沿焊縫左右軸對稱（所述焊縫為直縫），板料7的 厚壁區(qū)和薄壁區(qū)在焊縫左右軸也對稱分布。
[0031] 所述凸模溝槽1-1沿其延伸方向的中心縱剖面經(jīng)過凸模1的軸線（凸模1的凹槽 與過凸模1軸心的面對稱，且分布于整個凸模1的外表面），凸模溝槽1-1沿凸模1的外表 面延伸形狀與凸模型線輪廓形狀一致，凸模溝槽1-1的橫截面形狀與板料7的厚壁區(qū)形狀 相當(dāng)；
[0032] 所述壓邊圈溝槽2-1是沿壓邊圈2軸線鏡像相對設(shè)置的兩部分溝槽，每部分溝槽 包括設(shè)置在壓邊圈內(nèi)孔孔壁上且與內(nèi)孔等高的壓邊圈內(nèi)孔溝槽2-1-1和設(shè)置在壓邊圈下 表面且貫通環(huán)壁的壓邊圈下表面溝槽2-1-2,且壓邊圈內(nèi)孔溝槽2-1-1和壓邊圈下表面溝 槽2-1-2在交匯處圓滑過渡連通；兩部分溝槽沿其延伸方向的中心縱剖面共面且經(jīng)過壓邊 圈2的軸線（壓邊圈2的凹槽與過壓邊圈2軸心的面對稱，且分布于壓邊圈2的下表面、內(nèi) 孔面及圓角區(qū)域）；壓邊圈溝槽2-1的橫截面形狀與板料7的厚壁區(qū)形狀相當(dāng)。
[0033] 本實施方式所述的裝置適于當(dāng)非等厚拼焊板的階梯表面朝上時，即非等厚拼焊板 的階梯表面朝上置于壓邊圈2和凹模3之間的情形。
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【具體實施方式】二：如圖8和9所示，本實施方式所述的大型曲面件的拼焊板整體拉 深成形裝置，僅在凹模3的上表面及內(nèi)孔上開有與板料焊縫所在的厚壁區(qū)形狀相吻合的凹 模溝槽3-1，用于約束厚壁區(qū)垂直于焊縫的方向發(fā)生變形。所述凹模溝槽3-1是沿凹模3軸 線鏡像相對設(shè)置的兩部分溝槽，每部分溝槽包括設(shè)置在凹模上表面且貫通環(huán)壁的凹模上表 面溝槽3-1-1和設(shè)置在凹模內(nèi)孔孔壁上且與內(nèi)孔等高的凹模內(nèi)孔溝槽3-1-2,且凹模上表 面溝槽3-1-1和凹模內(nèi)孔溝槽3-1-2在交匯處圓滑過渡連通；兩部分溝槽沿其延伸方向的 中心縱剖面共面且經(jīng)過凹模3的軸線；凹模溝槽3-1的橫截面形狀與板料7的厚壁區(qū)形狀 相當(dāng)。
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