一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法技術

一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓?模壓復合成形方法，它屬于機械制造技術領域，具體涉及一種難變形材料矩形截面空心構件的成形方法。本發明專利技術的目的是要解決現有難變形材料矩形截面空心構件的棱邊小圓角氣壓成形存在壓力高、內型面精度差、壁厚不均勻，焊接成形存在的可靠性差、型面精度低的問題。方法：一、預成形得到預制坯；二、管端密封，氣壓成形，得到純脹管件；三、氣壓?模壓復合成形，得到矩形截面空心件。優點：避免了多片焊接過程中產生的形狀畸變；降低了圓角成形所需的氣體壓力，并避免了圓角局部減薄，提高內型面的精度，避免應力集中危險點。本發明專利技術主要用于制備棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件。

A Pressure-Die Compound Forming Method for Hollow Rectangular Section Components with Ridge and Round Corner R < 2T Difficult Deformable Material

The invention relates to a pneumatic and die-pressing composite forming method for hollow rectangular section parts with edges and rounded corners R < 2t, which belongs to the technical field of mechanical manufacturing, and specifically relates to a forming method for hollow rectangular section components with refractory materials. The aim of the present invention is to solve the problems of high pressure, poor precision of inner profile, uneven wall thickness, poor reliability and low precision of the edge and small rounded corner pneumatic forming of the existing hollow rectangular cross-section component of Difficult-to-deform material. Methods: First, prefabricated blanks were obtained by pre-forming; secondly, the tube ends were sealed and pneumatic forming was used to obtain the pure expansion tube parts; thirdly, the hollow parts with rectangular cross-section were obtained by pneumatic and die-pressing combined forming. Advantages: avoiding the shape distortion during multi-sheet welding, reducing the gas pressure required for fillet forming, avoiding local thinning of fillet, improving the accuracy of inner profile and avoiding the dangerous point of stress concentration. The present invention is mainly used for preparing rectangular hollow parts with R < 2T refractory material with edges and rounded corners.

【技術實現步驟摘要】
一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法
本專利技術屬于機械制造
，具體涉及一種難變形材料矩形截面空心構件的成形方法。
技術介紹
在飛機和火箭發動機等熱端部件中，常用鈦合金或金屬間化合物材料制造空心變截面構件，其中一類典型構件如圖1所示，是沿軸線有高度變化的矩形截面構件(圖1)，其特點是棱邊圓角很小、內型面精度要求高。例如，要求棱邊外圓角半徑為R≤2t(t為構件的壁厚)，構件內型面偏差小于0.2mm，壁厚最大減薄率小于10％。由于此類構件內部往往受高速高壓氣流沖刷，或者由內型面構成具有特定氣動性能的流場，因此需同時滿足高尺寸精度和高溫承載能力要求，構件的圓角精度和壁厚均勻性非常重要，高精度的成形制造技術是相關裝備成功研制的關鍵。由于此類構件的棱邊外圓角R≤2t，其內側圓角r將小于t，已經超出了傳統氣壓成形的極限(r＝2t)，對于這么小的棱邊圓角，如果直接進行氣壓成形，存在三方面問題：1)需要很高的壓力，例如：當材料流動應力為100MPa時，成形R＝2t的外圓角半徑需要的壓力達50MPa；2)圓角局部減薄嚴重，例如：當外側圓角由R＝4t脹形到R＝2t時，減薄率達到35.5％，即使在脹形過程中不發生開裂，也將在服役時造成應力集中，不能滿足服役性能要求；3)由于壁厚減薄嚴重，還導致構件內型面與標準型面偏差過大，如果壁厚2mm的管殼成形后局部減薄15％，則內型面偏差達到0.3mm，不能滿足內型面偏差小于0.2mm的要求。目前此類構件常用的典型材料是鈦合金或Ti2AlNb金屬間化合物板材，傳統的制造技術是：由平板坯切割出4個分片，機械加工出內側圓角輪廓和焊接邊，再將四片對接在一起焊接成矩形箱體，然后再進行多次加熱校形，消除焊接造成的形狀畸變和尺寸精度偏差。這種工藝存在的主要問題是：1)焊縫長度大，易發生焊接缺陷，可靠性差，目前產品要求盡量消除焊縫，采用整體結構；2)焊接熱易造成構件形狀畸變，難以滿足內型面精度要求；3)為了消除型面精度偏差，需多次加熱校形，不但效率低，而且易導致組織性能惡化。
技術實現思路
本專利技術的目的是要解決現有難變形材料矩形截面空心構件的棱邊小圓角氣壓成形存在壓力高、內型面精度差、壁厚不均勻，焊接成形存在的可靠性差、型面精度低的問題，而提供一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法。一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，具體是按以下步驟完成的：一、預成形：先將模具預熱至溫度T1，T1為難變形材料管坯的成形溫度，然后將難變形材料管坯放入模具中，通過模具熱傳導將難變形材料管坯加熱至T1，在溫度為T1下然后利用模具將難變形材料管坯模壓成預制坯形狀，得到預制坯；所述難變形材料管坯的壁厚為t，所述難變形材料管坯的外徑為D，預制坯的高度為h1，且0.1D≤h1≤0.9D；二、氣壓成形：用密封結構將預制坯兩端密封，然后向預制坯內通入氣體，直至氣體壓力達到P0，在氣體壓力為P0和溫度為T1下利用氣體壓力使預制坯初步脹形為矩形截面，得到純脹管件，純脹管件的棱邊外側圓角半徑為R1，且5t≤R1≤3t；三、氣壓-模壓復合成形：在維持純脹管件內氣體壓力P0不變，在溫度為T1下利用模具對純脹管件進行模壓，得到矩形截面空心件，所述矩形截面空心件的棱邊圓角的半徑R≤2t。本專利技術優點：一、本專利技術采用難變形材料管坯制造小圓角矩形截面構件，通過氣壓成形和模壓復合成形獲得棱邊外圓角，有效避免了多片焊接過程中產生的形狀畸變，減少了焊縫長度，提高構件可靠性；二、本專利技術利用氣壓成形和模壓復合分階段成形出矩形截面棱邊小圓角，降低了圓角成形所需的氣體壓力，并避免了圓角局部減薄，有助于提高內型面的精度，避免應力集中危險點；本專利技術采用較低氣體壓力就可成形出棱邊外圓角半徑R≤2t的小圓角矩形截面構件，而傳統脹形方法在同等氣壓下獲得的棱邊外圓角半徑R≥3t。附圖說明圖1是沿軸線有高度變化的矩形截面構件；圖2是難變形材料管坯立體結構示意圖；圖3是具體實施方式三中模具結構示意圖；圖中1表示難變形材料管坯，2表示上模具，3表示下模具；圖4是圖3沿A-A的剖視圖；圖5是步驟一中預制坯立體結構示意圖；圖6是具體實施方式四步驟二中氣壓脹形示意圖；；圖中1表示難變形材料管坯，2表示上模具，3表示下模具；圖7是圖6沿B-B的剖視圖；圖中4表示密封結構，5表示帶進氣管的密封結構，7表示進氣管；圖8是具體實施方式五步驟三中復合成形示意圖；圖9是具體實施方式六中模具結構示意圖；圖中1表示難變形材料管坯，6表示上模具，13表示下模具，8表示側模具，9表示彈簧，10表示底座，11表示彈簧槽，12表示配合槽，8-1表示配合凸臺；圖10是具體實施方式八中成形出截面上表面棱邊圓角示意圖；圖中1表示難變形材料管坯，6表示上模具，13表示下模具，8表示側模具，9表示彈簧，10表示底座，11表示彈簧槽，12表示配合槽，8-1表示配合凸臺；圖11是具體實施方式八中成形出截面下表面棱邊圓角示意圖；圖中1表示難變形材料管坯，6表示上模具，13表示下模具，8表示側模具，9表示彈簧，10表示底座，11表示彈簧槽，12表示配合槽，8-1表示配合凸臺。具體實施方式具體實施方式一：本實施方式是一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，具體是按以下步驟完成的：一、預成形：先將模具預熱至溫度T1，T1為難變形材料管坯的成形溫度，然后將難變形材料管坯放入模具中，通過模具熱傳導將難變形材料管坯加熱至T1，在溫度為T1下然后利用模具將難變形材料管坯模壓成預制坯形狀，得到預制坯；所述難變形材料管坯的壁厚為t，所述難變形材料管坯的外徑為D，預制坯的高度為h1，且0.1D≤h1≤0.9D；二、氣壓成形：用密封結構將預制坯兩端密封，然后向預制坯內通入氣體，直至氣體壓力達到P0，在氣體壓力為P0和溫度為T1下利用氣體壓力使預制坯初步脹形為矩形截面，得到純脹管件，純脹管件的棱邊外側圓角半徑為R1，且5t≤R1≤3t；三、氣壓-模壓復合成形：在維持純脹管件內氣體壓力P0不變，在溫度為T1下利用模具對純脹管件進行模壓，得到矩形截面空心件，所述矩形截面空心件的棱邊圓角的半徑R≤2t。本專利技術原理：采用鈦合金或金屬間化合物圓截面管坯，放入模具中，在加熱到一定溫度的條件下，首先通過模具下壓將圓管坯壓成預制坯形狀，再用密封結構將管坯兩端密封，然后向管坯內通入高壓氣體，利用氣體壓力使管坯初步變形為矩形截面，控制氣體壓力使棱邊外側圓角達到脹形圓角半徑R1(5t≤R1≤3t)，然后，維持氣體壓力不變，使上模具向下運動，對管坯施加壓力，使管坯圓角部位發生脹-壓復合的二次變形，直至棱邊外側圓角半徑達到設計要求的R。這樣即可獲得帶有棱邊小圓角的難變形材料矩形截面空心構件，由于采用較低的氣體壓力，筒坯脹形量較小，壁厚減薄和內型面精度均可得到有效控制。具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：步驟一中所述的難變形材料管坯為鈦合金圓截面管坯或金屬間化合物圓截面管坯。其他與具體實施方式一相同。具體實施方式三：結合圖3、圖6和7所示，本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：步驟一中所述模具由上模具2和下模具3組成，先本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓?模壓復合成形方法，其特征在于它是按以下步驟完成的：一、預成形：先將模具預熱至溫度T1，T1為難變形材料管坯的成形溫度，然后將難變形材料管坯放入模具中，通過模具熱傳導將難變形材料管坯加熱至T1，在溫度為T1下然后利用模具將難變形材料管坯模壓成預制坯形狀，得到預制坯；所述難變形材料管坯的壁厚為t，所述難變形材料管坯的外徑為D，預制坯的高度為h1，且0.1D≤h1≤0.9D；二、氣壓成形：用密封結構將預制坯兩端密封，然后向預制坯內通入氣體，直至氣體壓力達到P0，在氣體壓力為P0和溫度為T1下利用氣體壓力使預制坯初步脹形為矩形截面，得到純脹管件，純脹管件的棱邊外側圓角半徑為R1，且5t≤R1≤3t；三、氣壓?模壓復合成形：在維持純脹管件內氣體壓力P0不變，在溫度為T1下利用模具對純脹管件進行模壓，得到矩形截面空心件，所述矩形截面空心件的棱邊圓角的半徑R≤2t。

【技術特征摘要】
1.一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于它是按以下步驟完成的：一、預成形：先將模具預熱至溫度T1，T1為難變形材料管坯的成形溫度，然后將難變形材料管坯放入模具中，通過模具熱傳導將難變形材料管坯加熱至T1，在溫度為T1下然后利用模具將難變形材料管坯模壓成預制坯形狀，得到預制坯；所述難變形材料管坯的壁厚為t，所述難變形材料管坯的外徑為D，預制坯的高度為h1，且0.1D≤h1≤0.9D；二、氣壓成形：用密封結構將預制坯兩端密封，然后向預制坯內通入氣體，直至氣體壓力達到P0，在氣體壓力為P0和溫度為T1下利用氣體壓力使預制坯初步脹形為矩形截面，得到純脹管件，純脹管件的棱邊外側圓角半徑為R1，且5t≤R1≤3t；三、氣壓-模壓復合成形：在維持純脹管件內氣體壓力P0不變，在溫度為T1下利用模具對純脹管件進行模壓，得到矩形截面空心件，所述矩形截面空心件的棱邊圓角的半徑R≤2t。2.根據權利要求1所述的一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于步驟一中所述的難變形材料管坯為鈦合金圓截面管坯或金屬間化合物圓截面管坯。3.根據權利要求2所述的一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于步驟一中所述模具由上模具(2)和下模具(3)組成，先將上模具(2)和下模具(3)預熱至溫度T1，然后將難變形材料管坯(1)放入上模具(2)和下模具(3)構成的模腔中，通過模具熱傳導將難變形材料管坯(1)加熱至溫度T1，然后利用上模具(2)向下移動將難變形材料管坯(1)模壓成預制坯形狀，得到預制坯。4.根據權利要求3所述的一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于步驟二中采用密封結構(4)和帶進氣管的密封結構(5)將預制坯兩端密封，由進氣管(7)向預制坯內充入氣體，直至氣體壓力達到P0，在氣體壓力為P0下利用氣體壓力使預制坯初步脹形為矩形截面，得到純脹管件。5.根據權利要求4所述的一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于步驟三中維持純脹管件內氣體壓力P0不變，在溫度為T1下驅動上模具(2)向下運動對純脹管件進行模壓，得到矩形截面空心件。6.根據權利要求2所述的一種棱邊圓角R≤2t難變形材料矩形截面空心件的氣壓-模壓復合成形方法，其特征在于步驟一中...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉鋼，王克環，王東君，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江,23