本發(fā)明屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，涉及鈑金成形方法，具體涉及一種大截面比三角形截面薄壁扭曲管的成形方法。

背景技術(shù)：

新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪導(dǎo)向器內(nèi)冷氣導(dǎo)管材料為鎳基高溫合金，參見圖1，壁厚為0.2mm，導(dǎo)管長度約為67mm，其形狀沿長度方向存在彎曲和扭轉(zhuǎn)。其橫截面呈近似三角形，三角形截面最小銳角僅為24°，最小轉(zhuǎn)接圓弧半徑僅為1.1mm。其橫截面尺寸變化較大，最大截面邊長約為30×23×14mm，周長66mm，最小截面邊長約為16×13×9mm，周長37.5mm，最大、最小截面周長之比為1.76。

由于該導(dǎo)管尺寸小，橫截面尺寸變化大，并帶彎曲和扭轉(zhuǎn)，成形非常困難。對(duì)于變截面的細(xì)小管件，一般采用圓管進(jìn)行內(nèi)高壓脹大成形。由于該導(dǎo)管最大、最小截面尺寸差異大，若按最小截面尺寸確定圓管直徑，最大截面處會(huì)因脹量太大而破裂。

為了減小最大截面處的脹量，選用比最大截面尺寸小、而比最小截面尺寸大的一個(gè)比較適中圓管，脹形前就需要對(duì)管坯進(jìn)行縮徑加工，使管坯截面周長均小于零件對(duì)應(yīng)截面周長。但是，由于管壁太薄，而最小截面尺寸也太小，縮徑量很大，縮徑時(shí)容易產(chǎn)生失穩(wěn)起皺或破裂，難于獲得變截面的圓形管坯。

如果采用其它結(jié)構(gòu)的預(yù)制坯，都應(yīng)該通過預(yù)成形使預(yù)制坯形狀接近零件形狀，因?yàn)轭A(yù)制坯的圓角半徑與零件要求的圓角半徑差別較大時(shí)，就很難通過脹大達(dá)到零件要求的圓角半徑。在脹大時(shí)，較小的內(nèi)壓力就會(huì)使圓角兩個(gè)邊貼模，一旦貼模就會(huì)形成接觸摩擦，接觸摩擦將阻礙材料向角部流動(dòng)。按一般認(rèn)識(shí)，內(nèi)壓越大，圓角半徑應(yīng)該越小，但是根據(jù)有關(guān)資料的研究結(jié)果，摩擦作用將產(chǎn)生極限圓角半徑，當(dāng)內(nèi)壓增大到一定值時(shí)，圓角半徑將不再減小。如果內(nèi)壓繼續(xù)增大，零件就會(huì)在圓角過渡處破裂。那么，采用何種形狀的預(yù)制坯、預(yù)制坯圓角半徑多大、以及如何獲得需要形狀尺寸的預(yù)制坯是能否獲得合格零件的關(guān)鍵，也是該零件制造的最大難點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種大截面比三角形截面薄壁扭曲管的成形方法，解決了小銳角三角形截面因極限圓角制約而導(dǎo)致的圓角成形不到位問題，解決了截面變化率大而導(dǎo)致的截面脹量差異大、成形破裂的難題，成形出合格零件，并提高了生產(chǎn)效率。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：包括以下步驟：

1)對(duì)板料折彎后沿縱向切割焊縫，并縱向焊接得到三棱錐管，所述三棱錐管的橫截面圓角半徑小于等于成品零件對(duì)應(yīng)橫截面的圓角半徑，三棱錐管的焊縫在焊接面的中分線上，采用直焊縫，三棱錐管的大端頭增加脹大時(shí)用的工藝壓邊段和焊接引弧段，在小端頭增加形狀過渡段和焊接收弧段；

2)采用預(yù)成形模將三棱錐管鍛壓成與成品零件形狀接近的預(yù)成形件，預(yù)成形件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，并使三棱錐管的大端口部擴(kuò)成錐形；

3)對(duì)預(yù)成形件退火后進(jìn)行脹大成形，脹大成形模采用陰模和陽模，陽模與預(yù)成形件性狀相同，且脹大成形前將陽模深入預(yù)成形件的管腔內(nèi)，脹大成形后開模切除兩端工藝段，即得到成品零件。

所述步驟1)中板料的形狀為共斜邊的兩個(gè)梯形拼接，且兩個(gè)梯形沿共斜邊對(duì)稱，該共斜邊為板料的中折彎線。

所述步驟1)中板料的兩端梯形上分別設(shè)有彎折線，彎折線向外分別設(shè)焊縫切割線，焊縫切割線分別向外增加切割焊縫的切割余量。

所述步驟1)中對(duì)板料切割焊縫采用線切割。

所述步驟2)中預(yù)成形模的上、下模合模后，采用水平的擴(kuò)口型塊頂入三棱錐管的大端型孔內(nèi)，將大端口部擴(kuò)成錐形。

所述步驟2)中預(yù)成形前在三棱錐管內(nèi)灌注石蠟。

所述步驟3)中脹大成形時(shí)在預(yù)成形件的大端口部加裝內(nèi)壓邊圈。

所述步驟3)中陽模采用聚氨酯軟陽模。

所述步驟3)中陰模采用左右對(duì)開分瓣式。

所述步驟3)中脹大成形模由大于100噸的單軸四柱液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將薄板板料預(yù)制成三棱錐管進(jìn)行內(nèi)壓脹大成形，預(yù)制件結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，使預(yù)制件三角形截面的轉(zhuǎn)接圓弧半徑按成品零件對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角的最小圓弧半徑設(shè)計(jì)，減小了脹大成形時(shí)的極限圓角限制，保證了零件的形狀要求，同時(shí)按對(duì)應(yīng)截面周長近似相等原則，對(duì)預(yù)制件截面三角形的邊長進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小了脹量，降低了破裂風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明解決了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面的一個(gè)技術(shù)難題，保證了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制要求，對(duì)國防建設(shè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，本發(fā)明使冷氣導(dǎo)管的成形合格率大幅提高，而單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的冷氣導(dǎo)管數(shù)量大，所用高溫合金材料價(jià)格高，合格率的提高能夠大幅降低生產(chǎn)成本，用于批產(chǎn)能夠產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。

進(jìn)一步，本發(fā)明采用向三棱錐管內(nèi)灌注石蠟的方法進(jìn)行預(yù)成形，防止了管壁起皺，采用鍛壓的方法將三棱錐管壓彎到接近零件形狀，使之能夠順利裝入脹大成形模里脹形。

進(jìn)一步，預(yù)成形時(shí)將零件大端口部擴(kuò)成錐形，脹大成形時(shí)在大端口部加裝內(nèi)壓邊圈，解決了陽模對(duì)大端口部的擠壓損傷問題。

進(jìn)一步，采用聚氨酯軟陽模成形，避免了液體介質(zhì)內(nèi)高壓成形復(fù)雜的密封要求，工藝簡單，成形效率高。

附圖說明

圖1為成品零件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為板料的下料圖，a為中折彎線，b為右折彎線，c為右焊縫切割線，d為左焊縫切割線，e為左折彎線；

圖3為板料沖壓V形的示意圖；

圖4為板料兩邊折彎的示意圖；

圖5為板料線切割和焊接縱縫的示意圖；

圖6為預(yù)成形示意圖；

圖7為脹大成形示意圖；

圖8為抽取零件截面曲線圖；

圖9為扭轉(zhuǎn)后的零件截面曲線圖；

圖10為抽取三棱錐管截面曲線圖；

圖11a為預(yù)成形模的正面剖視圖，圖11b為預(yù)成形模的俯視圖，1為預(yù)成形模底座，2為預(yù)成形模頂桿，3為頂桿座，4為擴(kuò)口型塊，5為預(yù)成形模上模板，6為上模，7為下模，8為預(yù)成形模?？?，9為型塊導(dǎo)軌；

圖12a為脹大成形模的正面剖視圖，圖12b為脹大成形模的俯視圖，10為脹大成形模底座，11為脹大成形模?？?，12為右半陰模，13為壓邊圈，14為壓頭，15為壓簧框，16為脹大成形模上模板，17為壓簧，18為左半陰模，19為頂板，20為脹大成形模頂桿，21為導(dǎo)柱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。

本發(fā)明包括以下步驟：

1)對(duì)板料折彎后沿縱向線切割焊縫，并縱向焊接得到三棱錐管，板料的形狀為共斜邊的兩個(gè)梯形拼接，且兩個(gè)梯形沿共斜邊對(duì)稱，該共斜邊為板料的中折彎線a，板料的兩端梯形上分別設(shè)有左彎折線e和右彎折線b，彎折線向外分別設(shè)左焊縫切割線d和右焊縫切割線c，焊縫切割線分別向外增加切割焊縫的切割余量；三棱錐管的橫截面圓角半徑小于等于成品零件對(duì)應(yīng)橫截面的圓角半徑，三棱錐管的焊縫在焊接面的中分線上，采用直焊縫，三棱錐管的大端頭增加脹大時(shí)用的工藝壓邊段和焊接引弧段，在小端頭增加形狀過渡段和焊接收弧段；

2)預(yù)成形前在三棱錐管內(nèi)灌注石蠟，采用預(yù)成形模將三棱錐管鍛壓成與成品零件形狀接近的預(yù)成形件，預(yù)成形件產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，預(yù)成形模的上、下模合模后，采用水平的擴(kuò)口型塊頂入三棱錐管的大端型孔內(nèi)，使三棱錐管的大端口部擴(kuò)成錐形；

3)對(duì)預(yù)成形件退火后進(jìn)行脹大成形，脹大成形采用左右對(duì)開分瓣的陰模和聚氨酯軟陽模，脹大成形模由大于100噸的單軸四柱液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)，聚氨酯軟陽模與預(yù)成形件性狀相同，且脹大成形前將聚氨酯軟陽模深入預(yù)成形件的管腔內(nèi)，脹大成形時(shí)在預(yù)成形件的大端口部加裝內(nèi)壓邊圈，脹大成形后開模并抽出聚氨酯軟陽模，切除兩端工藝段，即得到成品零件。

本發(fā)明具體包括以下步驟：帶材→沖切下料(見圖2)→沖壓V型(見圖3)→兩邊折彎(見圖4)→線切割縱縫(見圖5)→焊接縱縫(見圖5)→灌石蠟→預(yù)成形(見圖6)→除石蠟→退火→脹大成形(見圖7)→切除兩端工藝段得到成品(見圖1)。

本發(fā)明具體包括以下方面：

1、預(yù)制管坯設(shè)計(jì)：

預(yù)制三棱錐管采用板料折彎后進(jìn)行縱向焊接獲得，三棱錐管的脹量應(yīng)盡可能小，橫截面圓角半徑應(yīng)小于等于零件對(duì)應(yīng)截面圓角半徑。

(1)確定焊接面和焊縫位置：

參見圖2，焊接面選擇在比較平直的、成形時(shí)變形小的表面上，焊縫選定在焊接面的中分線上，采用直焊縫。

(2)抽取截面曲線：

參見圖8，沿縱向一定間距抽取橫截面曲線，必須包含最大截面和最小截面，截面變化劇烈和扭曲大的部位可加密抽取。

(3)縱向拉直：

做出一條與基準(zhǔn)端面垂直的直線作為焊縫線，以橫截面焊接邊的邊線和中點(diǎn)為對(duì)正基準(zhǔn)，將各橫截面在其自身平面內(nèi)平移并串接到焊縫線上。

(4)截面扭轉(zhuǎn)：

按照對(duì)應(yīng)橫截面周長近似相等的原則，對(duì)每個(gè)截面三角形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體方法是：將原橫截面近似三角形的三個(gè)邊拉直，適當(dāng)調(diào)整與焊接邊相鄰的兩個(gè)邊的邊長，使所有截面三角形焊接邊的對(duì)頂角處于同一直線上，三個(gè)角的轉(zhuǎn)接圓弧半徑分別按所在棱邊上各截面的最小圓弧半徑選取，然后按優(yōu)化后的截面三角形構(gòu)造近三棱錐三維曲面，扭轉(zhuǎn)后的扭轉(zhuǎn)后的零件截面曲線參見圖9。

(5)抽取最大直三棱錐：

選取兩個(gè)典型的截面三角形構(gòu)造三棱錐，使三棱錐的體積最大，并能完全被近三棱錐所包容，這樣得到的三棱錐與零件對(duì)應(yīng)截面周長最接近，也就是每個(gè)截面脹大量最小，抽取三棱錐管截面曲線參見圖10。

(6)增加工藝段：

根據(jù)工藝需要，對(duì)三棱錐管兩端頭進(jìn)行適當(dāng)加長，即在大端頭增加脹大時(shí)用的工藝壓邊段和焊接引弧段，在小端頭增加形狀過渡段和焊接收弧段。

2、下料尺寸確定

將優(yōu)化設(shè)計(jì)的三棱錐管預(yù)制件以焊縫為分界線進(jìn)行展開，然后在焊縫兩邊增加適當(dāng)?shù)拇罱恿浚糇骶€切割焊縫的切割余量，成形后線切割焊縫可使焊縫平直，對(duì)接間隙小，有利于保證焊接質(zhì)量，下料尺寸參見圖2。

3、關(guān)鍵工序?qū)嵤?/p>

預(yù)成形：

采用預(yù)成形模將三棱錐管鍛壓成與零件形狀接近的預(yù)成形件，預(yù)成形后，零件發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，能夠放入精成形模具中以便脹大，預(yù)成形前在管中灌注石蠟，預(yù)成形時(shí)管中產(chǎn)生內(nèi)壓，防止管壁起皺。上、下模合模后，采用水平的擴(kuò)口型塊4頂入三棱錐管大端型孔內(nèi)，將大端口部擴(kuò)成錐形，供脹大成形時(shí)壓邊之用。預(yù)成形模的結(jié)構(gòu)如圖11a和11b所示，包括預(yù)成形模底座1，預(yù)成形模底座1的一端設(shè)置有頂桿座3，頂桿座3上設(shè)置有水平向的預(yù)成形模頂桿2，預(yù)成形模頂桿2連接擴(kuò)口型塊4，擴(kuò)口型塊4位于型塊導(dǎo)軌9上，預(yù)成形模底座1的另一端自上而下依次設(shè)置有預(yù)成形模上模板5、上模6和下模7，預(yù)成形模上模板5、上模6和下模7均設(shè)置在預(yù)成形模模框8內(nèi)。

脹大成形：

使用大于100噸的單軸四柱液壓機(jī)，機(jī)床必須帶下頂桿，采用左右對(duì)開分瓣的陰模，方便零件裝卸，采用聚氨酯軟陽模成形，將軟陽模做成預(yù)成形件的形狀，大端留出20mm左右的補(bǔ)縮和抽模長度，成形前將軟陽模插入零件管腔里，成形后抽出軟陽模。脹大成形模的結(jié)構(gòu)如圖12a和12b所示，包括脹大成形模底座10，脹大成形模底座10上設(shè)有脹大成形模?？?1和導(dǎo)柱21，脹大成形模?？?1內(nèi)設(shè)置有右半陰模12和左半陰模18，右半陰模12和左半陰模18底部依次設(shè)置頂板19和脹大成形模頂桿20，右半陰模12和左半陰模18上端設(shè)置壓邊圈13，壓邊圈13上端設(shè)置有壓簧17和壓頭14，壓簧17和壓頭14上設(shè)置壓簧框15和脹大成形模上模板16。

本發(fā)明將薄板板料預(yù)制成三棱錐管進(jìn)行內(nèi)壓脹大成形，預(yù)制件結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，使預(yù)制件三角形截面的轉(zhuǎn)接圓弧半徑按零件對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角的最小圓弧半徑設(shè)計(jì)，減小了脹大成形時(shí)的極限圓角限制，保證了零件的形狀要求。同時(shí)，按對(duì)應(yīng)截面周長近似相等原則，對(duì)預(yù)制件截面三角形的邊長進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小了脹量，降低了破裂風(fēng)險(xiǎn)，采用向管內(nèi)灌注石蠟的方法進(jìn)行預(yù)成形，防止了管壁起皺。采用鍛壓的方法將預(yù)制件壓彎到接近零件形狀，使之能夠順利裝入脹大模里脹形。預(yù)成形時(shí)將零件大端口部擴(kuò)成錐形，脹大成形時(shí)在大端口部加裝內(nèi)壓邊圈，解決了軟陽模對(duì)大端口部的擠壓損傷問題，采用聚氨酯軟陽模成形，避免了液體介質(zhì)內(nèi)高壓成形復(fù)雜的密封要求，工藝簡單，成形效率高。

由于新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪導(dǎo)向葉片是空心葉片，其內(nèi)部的冷氣導(dǎo)管尺寸小、形狀復(fù)雜、成形難度大，成形方法不當(dāng)很容易產(chǎn)生破裂，無法成形出合格零件。本發(fā)明針對(duì)這種情況，提出了一種制造三角形截面、大截面比冷氣導(dǎo)管的工藝方法，解決了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造方面的一個(gè)技術(shù)難題，保證了新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制要求，對(duì)國防建設(shè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。使冷氣導(dǎo)管的成形合格率大幅提高，而單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所需的冷氣導(dǎo)管數(shù)量大，所用高溫合金材料價(jià)格高，合格率的提高能夠大幅降低生產(chǎn)成本，用于批產(chǎn)能夠產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益。