專利名稱：一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)高壓整形方法，具體涉及一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法。
背景技術(shù)：
針對航空航天中應(yīng)用的薄壁焊接殼體或大截面差空心構(gòu)件，例如飛機的進氣道、油箱、艙體等產(chǎn)品，一般采用先成形后焊接的工藝。其基本工序為(1)下料；(2)模壓成形；
(3)精確成形；(4)組裝焊接。由于采用先成形后焊接的方式，容易在焊接的過程中出現(xiàn)起皺等焊接變形缺陷，而且在焊后不容易消除。如何準確成形薄壁焊接殼體、大截面差類空心構(gòu)件，既要避免因焊接過程中出現(xiàn)的起皺缺陷，又要有效的保證成形零件的精度，是該類零件成形面臨的主要難題。以往的成形方法一般采用精確成形各部件，后焊接成整體，最后通過機械矯形的方式保證零件的成形精度。但有些構(gòu)件，例如一些封閉類殼體或者軸向為曲線的封閉截面構(gòu)件，矯形的凹模很難伸到構(gòu)件的截面內(nèi)部，無法采用機械矯形的方法，成形精度很難保證。針對大型殼體焊接變形這一問題，王仲仁教授提出無模液壓成形技術(shù)來成形圓球、橢球和環(huán)殼等類零件，其基本思想是先焊接后成形的方法，其基本工序為(I)下料；
(2)制坯；(3)組裝焊接；(4)液壓成形。無模液壓成形技術(shù)和傳統(tǒng)的球形容器制造工藝相t匕，采用先焊接后成形的工藝，消除了焊接過程中出現(xiàn)的起皺等變形缺陷，而且成形過程中外側(cè)無模具，適合于現(xiàn)場制作。由于外側(cè)沒有模具限制，成形零件的形狀具有較大的局限性。另外，內(nèi)高壓成形技術(shù)是在輕量化背景下發(fā)展出來的一種制造復(fù)雜空心變截面構(gòu)件的先進技術(shù)，逐步在航空、航天和汽車領(lǐng)域的鈑金成形方面獲得了越來越廣泛的應(yīng)用，既提高了成形零件的強度和剛度，又節(jié)約了材料、實現(xiàn)減重。內(nèi)高壓成形是以管材作坯料，通過管材內(nèi)部施加高壓液體和軸向補料把管材壓入到模具型腔使其成形為所需形狀的工件。由于內(nèi)高壓成形是以管坯作為坯料，受原始坯料截面周長的限制，因此采用內(nèi)高壓成形的零件形狀具有一定的局限性，這就要求成形零件的截面周長基本上接近于管坯的周長，或者在一定的范圍內(nèi)波動，零件的截面周長差不能太大，否則會因管坯變形量太大造成壁厚不均勻變化嚴重，甚至?xí)蜻^渡減薄造成開裂。目前國內(nèi)外的報道中提到的采用內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的零件，截面周長差最大不超過140%，超過140%的截面周長差為大截面差。而目前在航空航天和汽車等領(lǐng)域，現(xiàn)有的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的零件存在著大截面差空心構(gòu)件，無法采用以管材為坯料的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的零件存在著大截面差空心構(gòu)件，無法采用以管材為坯料的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的問題，進而提供一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其具體方法為步驟一、下料，按照設(shè)計所需的尺寸，切割多件合適長度的薄壁殼體，所述薄壁殼體為薄壁板材或薄壁管材；步驟二、制坯，將切割后的多件板材或管材利用滾壓或沖壓的成 形工藝，分別制造成待整形殼體坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形殼體坯料或者待整形管件坯料的型面形狀接近于最終成形零件的局部形狀；步驟三、組裝焊接，采用焊接工藝將步驟二中所制成的每一件待整形殼體坯料或者待整形管件坯料焊接成一個完整的待整形殼體或者待整形管件；步驟四、模具合模，施加初始合模力上模具合模前，在下模具內(nèi)放入步驟三中的待整形殼體或者待整形管件，上模具上端的液壓裝置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力數(shù)值為500kN 5000kN，初始合模力是根據(jù)成形零件大小和模具的許用強度確定的，合模時間為lmin-5min ；步驟五、向殼體內(nèi)充填液體介質(zhì)，合模完成后，在待整形殼體或者待整形管件的兩端分別設(shè)有一個密封裝置，在其中一個密封裝置上設(shè)有與待整形殼體或者待整形管件相連通的液體介質(zhì)輸入管路，經(jīng)由液體介質(zhì)輸入管路向待整形殼體或者待整形管件內(nèi)充入液體介質(zhì)；步驟六、內(nèi)高壓成形，當液體介質(zhì)充滿待整形殼體或者待整形管件時，利用液壓設(shè)備對上模具向下施加所需的最終合模力，最終合模力是根據(jù)零件在水平面上的投影面積和最終所施加的液體壓力的乘積，計算得到合模力的理論值，再乘以一定的安全系數(shù)，安全系數(shù)取I. 2^1. 5倍，利用增壓裝置提高殼體內(nèi)的液體壓力到零件所需的成形壓力，零件所需的成形壓力為l(T400MPa，壓力數(shù)值是根據(jù)所成形零件上的最小圓角、壁厚和坯料材料確定的，在液體壓力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材內(nèi)部建立l(T400Mpa的均布內(nèi)壓，待整形殼體或者待整形管件發(fā)生變形，與模具型腔貼合成形；步驟七、內(nèi)高壓成形后取件，內(nèi)高壓成形結(jié)束后，液體介質(zhì)卸壓至OMpa，退出密封系統(tǒng)，液壓設(shè)備合模力卸壓至OkN，打開模具，取出所成形的殼體或者管件，步驟八、切割成形零件，通過切割機切割內(nèi)高壓成形件的工藝過渡段，得到最終所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接殼體的內(nèi)高壓整形。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果I.本發(fā)明在模具內(nèi)采用內(nèi)高壓成形焊接的薄壁殼體或薄壁管類零件，與無模液壓成形技術(shù)相比，其最大的優(yōu)點在于采用模具來保證成形零件的形狀和精度，極大的擴大了成形零件的范圍，提高了成形零件的精度。2.本發(fā)明和內(nèi)高壓成形技術(shù)相比，其最大的優(yōu)點在于采用焊接的薄壁封閉殼體或薄壁焊接的管類零件代替管件，有效的改善了零件的工藝性和擴大了成形零件的適用范圍。3.本發(fā)明利用內(nèi)高壓成形高壓液體的整形作用，使已經(jīng)焊接成殼體的復(fù)雜薄壁殼體在內(nèi)高壓成形模具高壓整形，消除薄壁殼體因焊接而產(chǎn)生的起皺缺陷，同時使薄壁殼體發(fā)生變形和模具貼合達到所需的精度要求。4.本發(fā)明既適用于航空航天薄壁鈑金構(gòu)件，同時又適用于采用管材難以整體成形的大截面差空心構(gòu)件，尤其適用于鈦合金、高溫合金等焊接變形難以控制，回彈量大的材料。5.本發(fā)明解決了復(fù)雜薄壁殼體焊接后變形、精度難以控制的問題，6.本發(fā)明具有焊接變形小、尺寸精度高，壁厚均勻性易控制的特點。7.本發(fā)明對因焊接造成的變形具有很好的矯形功能，而且由于模具的限制作用，減少了高壓整形過程中焊縫開裂的趨勢。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其具體方法為步驟一、下料，按照設(shè)計所需的尺寸，切割多件合適長度的薄壁殼體，所述薄壁殼體為薄壁板材或薄壁管材；步驟二、制坯，將切割后的多件板材或管材利用滾壓或沖壓的成形工藝，分別制造成待整形殼體坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形殼體坯料或者待整形管件坯料的型面形狀接近于最終成形零件的局部形狀；步驟三、組裝焊接，采用焊接工藝將步驟二中所制成的每一件待整形殼體坯料或者待整形管件坯料焊接成一個完整的待整形殼體或者待整形管件；步驟四、模具合模，施加初始合模力上模具合模前，在下模具內(nèi)放入步驟三中的待整形殼體或者待整形管件，上模具上端的液壓裝置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力數(shù)值為500kN 5000kN，初始合模力是根據(jù)成形零件大小和模具的許用強度確定的，合模時間為lmin-5min ；步驟五、向殼體內(nèi)充填液體介質(zhì)，合模完成后，在待整形殼體或者待整形管件的兩端分別設(shè)有一個密封裝置，在其中一個密封裝置上設(shè)有與待整形殼體或者待整形管件相連通的液體介質(zhì)輸入管路，經(jīng)由液體介質(zhì)輸入管路向待整形殼體或者待整形管件內(nèi)充入液體介質(zhì)；步驟六、內(nèi)高壓成形，當液體介質(zhì)充滿待整形殼體或者待整形管件時，利用液壓設(shè)備對上模具向下施加所需的最終合模力，最終合模力是根據(jù)零件在水平面上的投影面積和最終所施加的液體壓力的乘積，計算得到合模力的理論值，再乘以一定的安全系數(shù)，安全系數(shù)取I. 2^1. 5倍，利用增壓裝置提高殼體內(nèi)的液體壓力到零件所需的成形壓力，零件所需的成形壓力為l(T400MPa，壓力數(shù)值是根據(jù)所成形零件上的最小圓角、壁厚和坯料材料確定的，在液體壓力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材內(nèi)部建立l(T400Mpa的均布內(nèi)壓，待整形殼體或者待整形管件發(fā)生變形，與模具型腔貼合成形；步驟七、內(nèi)高壓成形后取件，
內(nèi)高壓成形結(jié)束后，液體介質(zhì)卸壓至OMpa，退出密封系統(tǒng)，液壓設(shè)備合模力卸壓至OkN，打開模具，取出所成形的殼體或者管件，步驟八、切割成形零件， 通過切割機切割內(nèi)高壓成形件的工藝過渡段，得到最終所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接殼體的內(nèi)高壓整形。本實施方式在實現(xiàn)時所需的設(shè)備由上模具、下模具、密封裝置、合模壓力機、高壓增壓系統(tǒng)、水壓系統(tǒng)和計算機處理系統(tǒng)組成，上模具、下模塊和密封裝置組成一個封閉的型腔。經(jīng)由補液管，由增壓系統(tǒng)向殼體內(nèi)注入高壓液體介質(zhì)，從而獲得作用在殼體內(nèi)側(cè)的均布壓力，壓力的數(shù)值通過壓力傳感器采集的計算機系統(tǒng)內(nèi)。本實施方式由于模具的限制作用，保證焊縫的變形程度很小，不容易出現(xiàn)開裂等缺陷。
具體實施方式
二 本實施方式的步驟三中焊接后的待整形殼體或者待整形管件的殼體為完全封閉的多面體類、球體類殼體、帶有一側(cè)端口半封閉殼體、帶有兩側(cè)端口或多側(cè)端口的管狀殼體。如此設(shè)置，使用范圍廣。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式的步驟五中密封裝置為油缸驅(qū)動的密封裝置或端部約束的密封裝置。如此設(shè)置，有效的保證了各類殼體形成一個封閉的空間，避免液體介質(zhì)的泄漏。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四本實施方式的步驟五中液體介質(zhì)為水、油或乳化液。如此設(shè)置，壓力均勻，便于打壓。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。本發(fā)明的上下模塊的型腔尺寸以及密封裝置的結(jié)構(gòu)形式隨著殼體的形狀和壁厚的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，但須保證內(nèi)高壓整形后的殼體能夠順利從模具中取出。 本發(fā)明中的工藝段選取和設(shè)計既可以采用管類過渡的方式，也可以采用型面過渡的方式，保證形成一個具有圓滑過渡的殼體或類管狀殼體。
權(quán)利要求
1.一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其特征在于內(nèi)高壓整形的具體方法為 步驟一、下料， 按照設(shè)計所需的尺寸，切割多件合適長度的薄壁殼體，所述薄壁殼體為薄壁板材或薄壁管材； 步驟二、制坯， 將切割后的多件板材或管材利用滾壓或沖壓的成形工藝，分別制造成待整形殼體坯料或者待整形管件坯料，所制造的待整形殼體坯料或者待整形管件坯料的型面形狀接近于最終成形零件的局部形狀； 步驟三、組裝焊接， 采用焊接工藝將步驟二中所制成的每一件待整形殼體坯料或者待整形管件坯料焊接成一個完整的待整形殼體或者待整形管件； 步驟四、模具合模，施加初始合模力 上模具合模前，在下模具內(nèi)放入步驟三中的待整形殼體或者待整形管件，上模具上端的液壓裝置向上模具提供施加初始合模力，初始合模力數(shù)值為500kN 5000kN，初始合模力是根據(jù)成形零件大小和模具的許用強度確定的，合模時間為lmin-5min ； 步驟五、向殼體內(nèi)充填液體介質(zhì)， 合模完成后，在待整形殼體或者待整形管件的兩端分別設(shè)有一個密封裝置，在其中一個密封裝置上設(shè)有與待整形殼體或者待整形管件相連通的液體介質(zhì)輸入管路，經(jīng)由液體介質(zhì)輸入管路向待整形殼體或者待整形管件內(nèi)充入液體介質(zhì)； 步驟六、內(nèi)高壓成形， 當液體介質(zhì)充滿待整形殼體或者待整形管件時，利用液壓設(shè)備對上模具向下施加所需的最終合模力，最終合模力是根據(jù)零件在水平面上的投影面積和最終所施加的液體壓力的乘積，計算得到合模力的理論值，再乘以一定的安全系數(shù)，安全系數(shù)取I. 2^1. 5倍，利用增壓裝置提高殼體內(nèi)的液體壓力到零件所需的成形壓力，零件所需的成形壓力為l(T400MPa，壓力數(shù)值是根據(jù)所成形零件上的最小圓角、壁厚和坯料材料確定的，在液體壓力和合模力的共同作用下，薄壁板材或薄壁管材內(nèi)部建立l(T400Mpa的均布內(nèi)壓，待整形殼體或者待整形管件發(fā)生變形，與模具型腔貼合成形； 步驟七、內(nèi)高壓成形后取件， 內(nèi)高壓成形結(jié)束后，液體介質(zhì)卸壓至OMpa，退出密封系統(tǒng)，液壓設(shè)備合模力卸壓至OkN，打開模具，取出所成形的殼體或者管件， 步驟八、切割成形零件， 通過切割機切割內(nèi)高壓成形件的工藝過渡段，得到最終所需的成形零件，至此，完成了薄壁焊接殼體的內(nèi)高壓整形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其特征在于步驟三中焊接后的待整形殼體或者待整形管件的殼體為完全封閉的多面體類、球體類殼體、帶有一側(cè)端口半封閉殼體、帶有兩側(cè)端口或多側(cè)端口的管狀殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其特征在于步驟五中密封裝置為油缸驅(qū)動的密封裝置或端部約束的密封裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，其特征在于步驟五中液體介質(zhì)為水、油或乳化液。
全文摘要
一種薄壁焊接殼體專用的內(nèi)高壓整形方法，它涉及一種內(nèi)高壓整形方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的零件存在著大截面差空心構(gòu)件，無法采用以管材為坯料的內(nèi)高壓成形技術(shù)制造的問題。本發(fā)明內(nèi)高壓整形的具體方法為步驟一、下料，步驟二、制坯，步驟三、組裝焊接，步驟四、模具合模，步驟五、向模具內(nèi)打壓，步驟六、模具內(nèi)高壓成形，步驟七、內(nèi)高壓成形后取件，步驟八、切割成形零件。本發(fā)明在模具內(nèi)采用內(nèi)高壓成形焊接的殼體或管類零件，與無模液壓成形技術(shù)相比，其最大的優(yōu)點在于采用模具來保證成形零件的形狀和精度，極大的擴大了成形零件的范圍，提高了成形零件的精度。本發(fā)明用于薄壁焊接殼體的整形。
文檔編號B21D26/033GK102962308SQ20121052514
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者韓聰, 苑世劍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)