阅读说明：本技术 一种薄壁环形件成形方法及其模具 (A kind of thin-wall annular part manufacturing process and its mold ) 是由 李又春 施立军 赵文华 熊爱奎 吴超 于 2019-09-02 设计创作，主要内容包括：一种薄壁环形件成形方法,其包括如下步骤：步骤A,截取长方形材料,然后通过卷圆、焊接,成型为环状坯料,步骤B,提供一个模具,将步骤A制成的所述环状坯料置于所述模具中进行胀形加工,制成半成品零件。步骤C,对步骤B制成的半成品零件进行固溶消除应力、恢复塑性后,重复进行一次步骤B的胀形操作过程,进行整形、校形,最后车削半成品零件两端完成成品零件的加工。本发明所提供的薄壁环形件成形方法,提高了零件成形精度并缩短加工周期、降低了零件成本。本发明同时提供了用于上述方法的模具。(A kind of thin-wall annular part manufacturing process comprising following steps: step A intercepts rectangle material, then by edge rolling, welding, annular blank, step B are shaped to, one mold is provided, the annular blank made of step A is placed in progress bulging processing in the mold, half-finished parts are made.Step C repeats the bulging operating process of a step B, carries out shaping, school shape, the processing of fabricated part is completed at last turning half-finished parts both ends after carrying out solid solution elimination stress to half-finished parts made of step B, restore plasticity.Thin-wall annular part manufacturing process provided by the present invention improves part forming precision and shortens the process-cycle, reduces cost of parts.Invention also provides the molds for the above method.)

一种薄壁环形件成形方法及其模具

技术领域

本发明涉及机械加工的钣金成形技术领域，特别涉及一种薄壁环形件成形方法，本发明还提供了用于该方法的模具。

背景技术

图1为一种航空发动机的积水腔的部分剖视结构示意图，参见图1所示，该积水腔零件为典型的薄壁环形件100，其壁厚为0.8mm，包括轴向方向顺序连接的第一锥形部101、凹槽部102和第二锥形部103，所述第一锥形部101和所述第二锥形部103的角度不同(分别为8°和10°)，所述凹槽部012的深度约6mm，所述薄壁环形件100在轴向上的长度L1大于等于29mm，径向上的最大直径D1为362mm。

对于图1的薄壁环形件100来说，所述第一锥形部101和所述第二锥形部103在后继装配中需要与对象件组合后进行真空钎焊，因此对所述第一锥形部101和所述第二锥形部103的直径及角度精度要求很高。从图1可获知，所述薄壁环形件100的截面在轴线方向上并非对称的形状，因此，如采用现有的，先焊接出锥形环料，然后轧制胀形成型的工艺，则一方面难以控制轧制变形；另一方面因回弹难以控制，胀形后两端尺寸精度难以同时保证。

图2为现有的用于制备图1的积水腔的工艺流程原理示意图；参见图2所示，现有的加工工艺需要分十一步进行：第一歩激光下料(获得圆心处有通孔的圆盘状坯料,坯料外圆直径不小于470mm，内孔直径不小于20mm)，第二步表面喷漆，第三步进行拉深(获得所述第一锥形部101和所述凹槽部102的部分型面)，第四步除漆，第五歩固溶消除应力、恢复塑性，第六步校形消除热处理变形，第七步车工车两端，第八步首次旋压收口(获得所述第二锥形部103和所述凹槽部102的部分型面)，第九歩固溶消除应力，第十歩旋压整形，第十一歩车端面获得最终成品。对于图1的薄壁环形件100，图2所示的现有的加工工艺是拉深成形小端(所述第一锥形部101)后分两次次旋压收口、整形，工艺流程较长且旋压端尺寸精度仍难以满足真空钎焊要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种薄壁环形件成形方法及其模具，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种薄壁环形件成形方法，所述薄壁环形件壁厚为0.8mm，包括轴向方向顺序连接的第一锥形部、凹槽部和第二锥形部，所述第一锥形部和所述第二锥形部的角度不同，所述薄壁环形件在轴向上的长度大于等于29mm，径向上的最大直径为362mm，其包括如下步骤：

步骤A，在0.8mm厚度的板材上下料截取长方形材料，然后通过卷圆、焊接，成型为环状坯料，所述环状坯料的高度为60mm，直径为335mm，之后进行固溶消除应力，保持材料组织性能均匀。

步骤B，提供一个模具，所述模具包括上模板及下模板；所述下模板上固定连接有一个下凹模，所述下凹模的内腔底部通过橡皮囊安装环夹紧固定有橡皮囊，所述下凹模底部设置有连通至所述橡皮囊内部的充液口和排气口，所述橡皮囊内部设置有与所述排气口连通的通气管，所述下凹模上方可拆卸连接有上凹模，所述上凹模由对称的两个半块结构拼合而成，所述上模板固定连接有用于固定所述上凹模的锁紧凹模，所述锁紧凹模的型腔内固定连接有用于***所述上凹模型腔的胀形限位板，所述胀形限位板外部设置有锁紧限位环，

加工前通过充液口往所述橡皮囊注水，待排气口稳定流出水流后停止注水并锁紧密封螺栓，此时所述橡皮囊内的水压不会使所述橡皮囊变形，且连续加工时无需重复注水。然后将步骤A制成的所述环状坯料置于所述下凹模中，套在所述橡皮囊外部，并确认所述环状坯料与橡皮囊的顶部基本齐平，再将所述上凹模的两个半块结构合拢。然后所述上模板下行，通过所述锁紧凹模将所述上凹模锁紧。然后所述上模板加压、保压，之后增加所述橡皮囊内的水压，直至完成零件初步胀形。胀形后使所述橡皮囊内的水压回退减压，上模上行后分解所述上凹模的的两个半块结构，取出半成品零件。

步骤C，对步骤B制成的所述半成品零件进行固溶消除应力、恢复塑性后，重复进行一次步骤B的胀形操作过程，进行整形、校形，最后车削半成品零件两端完成成品零件的加工。

优选地，在步骤B中，所述下凹模底部设置有环形槽，所述橡皮囊安装环设置在所述环形槽内，所述橡皮囊安装环与所述下凹模之间还设置有限位环，这样可防止高压胀形时所述橡皮囊的安装边过度变形造成损坏。所述橡皮囊安装环通过穿过所述下模板、所述下凹模及所述限位环的螺钉压紧所述橡皮囊的安装边，并将侧面压住。

优选地，在步骤B中，所述通气管的顶端与所述橡皮囊保留有1-2mm间隙。

优选地，在步骤B中，所述上凹模还设置有导向块，这样，所述上凹模的两个半块结构置于所述下凹模上之后，可通过所述导向块与所述下凹模初步导向、定位。

优选地，在步骤B中，所述锁紧限位环通过螺钉与所述上模板及所述锁紧凹模固定，这样可防止所述锁紧凹模受力过大损坏或变形。

优选地，在步骤B中，当所述模具处于合模状态时，所述胀形限位板的下表面与所述橡皮囊上表面贴合或保持约1mm间隙。

本发明还提供了用于上述方法的的模具，其包括上模板及下模板；所述下模板上固定连接有一个下凹模，所述下凹模的内腔底部通过橡皮囊安装环夹紧固定有橡皮囊，所述下凹模底部设置有连通至所述橡皮囊内部的充液口和排气口，所述橡皮囊内部设置有与所述排气口连通的通气管，所述下凹模上方设置有上凹模，所述上凹模由对称的两个半块结构拼合而成，所述上模板固定连接有用于固定所述上凹模的锁紧凹模，所述锁紧凹模的型腔内固定连接有用于***所述上凹模型腔的胀形限位板，所述胀形限位板外部设置有锁紧限位环，所述下凹模和所述上凹模的型腔设置有与所述薄壁环形件对应的型面。

优选地，所述下凹模底部设置有环形槽，所述橡皮囊安装环设置在所述环形槽内，所述橡皮囊安装环与所述下凹模之间还设置有限位环。

优选地，所述通气管的顶端与所述橡皮囊保留有1-2mm间隙。

优选地，当所述模具处于合模状态时，所述胀形限位板的下表面与所述橡皮囊上表面贴合或保持约1mm间隙。

本发明所提供的薄壁环形件成形方法，提高了零件成形精度并缩短加工周期、降低了零件成本。本发明同时提供了用于上述方法的模具。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为一种航空发动机的积水腔的部分剖视结构示意图；

图2为现有的用于制备图1的积水腔的工艺流程原理示意图；

图3为根据本发明的一个具体实施例的一种薄壁环形件成形方法的工艺流程原理示意图；

图4为图3的模具的剖视结构原理示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

图1为一种航空发动机的积水腔的部分剖视结构示意图；图3为根据本发明的一个具体实施例的一种薄壁环形件成形方法的工艺流程原理示意图；图4为图3的模具的剖视结构原理示意图。参见图1、图3和图4所示，本发明提供了一种薄壁环形件成形方法，所述薄壁环形件100壁厚为0.8mm，包括轴向方向顺序连接的第一锥形部101、凹槽部102和第二锥形部103，所述第一锥形部101和所述第二锥形部103的角度不同，所述薄壁环形件100在轴向上的长度L1大于等于29mm，径向上的最大直径D1为362mm，其包括如下步骤：

步骤A，在0.8mm厚度的板材上下料截取长方形材料，然后通过卷圆、焊接，成型为环状坯料，所述环状坯料的高度H1为60mm，直径D2为335mm，之后进行固溶消除应力、保持材料组织性能均匀，

步骤B，提供一个模具200，所述模具200包括上模板7及下模板1；所述下模板7上固定连接有一个下凹模2，所述下凹模2的内腔底部通过橡皮囊安装环12夹紧固定有橡皮囊6，所述下凹模2底部设置有连通至所述橡皮囊6内部的充液口和排气口，所述橡皮囊6内部设置有与所述排气口连通的通气管8，所述下凹模2上方可拆卸连接有上凹模3，所述上凹模3由对称的两个半块结构拼合而成，所述上模板7固定连接有用于固定所述上凹模3的锁紧凹模4，所述锁紧凹模4的型腔内固定连接有用于***所述上凹模3型腔的胀形限位板9，所述胀形限位板9外部设置有锁紧限位环10，

将步骤A制成的所述环状坯料置于所述下凹模2中，套在所述橡皮囊6外部，并确认所述环状坯料与橡皮囊6的顶部基本齐平，再将所述上凹模3的两个半块结构合拢。然后所述上模板7下行，通过所述锁紧凹模4将所述上凹模3锁紧。之后将所述充液口连接上数控充液成型机的出水管(图中未示出)，松开排气口密封螺栓。开动数控充液成型机通过充液口往所述橡皮囊6注水，待排气口稳定流出水流后停止注水并锁紧密封螺栓(图中未示出)，此时所述橡皮囊6内的水压不会使所述橡皮囊6变形(注水过程只需首件加工时进行，后继连续加工时无需重复注水，全部零件加工后再松开密封螺栓排水)，然后所述上模板7加压、保压，并启动数控充液成型机增加所述橡皮囊6内的水压，达到预先通过试验确定的水压(用于确保有足够的压力使零件变形)后完成零件初步胀形。胀形后数控充液成型机增压缸活塞后退，使所述橡皮囊6内的水压回退减压，减压至所述橡皮囊6不变形的初始压力，上模上行后分解所述上凹模3的两个半块结构，取出半成品零件。

本发明可利用现有的数控充液成型机(例如河南兴迪锻压设备制造有限公司：XD-SHF板材充液成形设备)来实现对液流的压力控制。本发明利用特定模具的涨型过程和原理与现有的数控充液成型机有着本质不同(充液成型机通常用于拉深成形)，但对于液流控制功能来说，可利用现有市售设备的功能。

所述下凹模2底部设置有环形槽，所述橡皮囊安装环12设置在所述环形槽内，所述橡皮囊安装环12与所述下凹模2之间还设置有限位环13，这样可防止高压胀形时所述橡皮囊6的安装边过度变形造成损坏。所述橡皮囊安装环12通过穿过所述下模板1、所述下凹模2及所述限位环13的螺钉压紧所述橡皮囊6的安装边，并将侧面压住。所述橡皮囊6的壁厚可以是3mm，所述橡皮囊安装环12与所述下凹模2侧壁的间隙可以是2.5mm，这样可确保所述橡皮囊6的安装紧密。

所述通气管8的顶端与所述橡皮囊6保留有1-2mm间隙；

所述上凹模3还设置有导向块11，这样，所述上凹模3的两个半块结构置于所述下凹模2上之后，可通过所述导向块11与所述下凹模2初步导向、定位；

所述锁紧限位环10通过螺钉与所述上模板7及所述锁紧凹模4固定，这样可防止所述锁紧凹模4受力过大损坏或变形。

当所述模具200处于合模状态时，所述胀形限位板9的下表面与所述橡皮囊6上表面贴合或保持约1mm左右间隙。

如图3和图4所示，所述下凹模2和所述上凹模3的型腔设置有与所述薄壁环形件100对应的型面，这样即可通过液压使环状坯料成型。

步骤C，对步骤B制成的所述半成品零件进行固溶消除应力、恢复塑性后，重复进行一次步骤B的胀形操作过程，进行整形、校形，最后车削半成品零件两端完成成品零件的加工。

本发明还提供了用于上述方法的模具200，其包括上模板7及下模板1；所述下模板7上固定连接有一个下凹模2，所述下凹模2的内腔底部通过橡皮囊安装环12夹紧固定有橡皮囊6，所述下凹模2底部设置有连通至所述橡皮囊6内部的充液口和排气口，所述橡皮囊6内部设置有与所述排气口连通的通气管8，所述下凹模2上方可拆卸连接有上凹模3，所述上凹模3由对称的两个半块结构拼合而成，所述上模板7固定连接有用于固定所述上凹模3的锁紧凹模4，所述锁紧凹模4的型腔内固定连接有用于***所述上凹模3型腔的胀形限位板9，所述胀形限位板9外部设置有锁紧限位环10，

所述下凹模2底部设置有环形槽，所述橡皮囊安装环12设置在所述环形槽内，所述橡皮囊安装环12与所述下凹模2之间还设置有限位环13，这样可防止高压胀形时所述橡皮囊6的安装边过度变形造成损坏。所述橡皮囊安装环12通过穿过所述下模板1、所述下凹模2及所述限位环13的螺钉压紧橡皮囊6的安装边，并将侧面压住。

所述通气管8的顶端与所述橡皮囊6保留有1-2mm间隙；

所述上凹模3还设置有导向块11，这样，所述上凹模3的两个半块结构置于所述下凹模2上之后，可通过所述导向块11与所述下凹模2初步导向、定位；

所述锁紧限位环10通过螺钉与所述上模板7及所述锁紧凹模4固定，这样可防止所述锁紧凹模4受力过大损坏或变形。

当所述模具200处于合模状态时，所述胀形限位板9的下表面与所述橡皮囊6上表面贴合或保持1mm左右间隙。

本发明所提供的薄壁环形件成形方法，实现了带径向凹槽薄壁环形件精密成形加工，提高了零件成形精度并缩短加工周期、降低了零件成本。本发明同时提供了用于上述方法的模具。

对比背景技术部分所记载的现有生产工艺，本发明的技术方案由原来的11个加工工序缩减为8个加工工序，加工周期缩短1/4以上。同时材料利用率提高50％以上(1000×2000板料拉深工艺加工8件，本发明方案可以加工16件，并可以留下950×1000大张板料留做它用)。

本发明的技术方案也适用于薄壁直壁及锥形环形件的精密胀形加工。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。