用于形成環(huán)形部件的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于形成環(huán)形部件的方法和設(shè)備
[0001]本發(fā)明涉及用于形成環(huán)形部件的方法和設(shè)備。唇口蒙皮是飛行器機艙的進口開口周圍的機械部件。機艙通常具有覆蓋飛行器的噴氣式發(fā)動機的薄的、符合空氣動力學(xué)形狀的金屬蒙皮。唇口蒙皮通常由單個構(gòu)件或多個扇區(qū)組成，且唇口蒙皮的主要特征是平滑的外側(cè)后緣，該外側(cè)后緣必須沒有不規(guī)則性和不連續(xù)性，以減少阻力并避免形成紊流。內(nèi)側(cè)進口緣將氣流引入發(fā)動機，而前緣或唇緣提供外側(cè)后緣與內(nèi)側(cè)進口緣之間的平滑過渡。
[0002]唇口蒙皮的與材料選擇相關(guān)的復(fù)雜三維復(fù)曲率形狀通常需要復(fù)雜的多階段成型工藝，常常需要中間熱處理。通常通過多階段的深拉延(deep drawing)或旋壓成型工藝制造唇口蒙皮，這需要復(fù)雜且昂貴的模具。由于對空氣動力學(xué)的考慮，特別希望擴展唇口蒙皮的外側(cè)后緣，稱之為擴展后緣，其中該唇口蒙皮的外側(cè)后緣的軸向長度大于內(nèi)側(cè)進口緣的軸向長度。公知的深拉延工藝不適合于這種擴展后緣的制造。
[0003]本發(fā)明的目的是提供用于形成具有擴展外部的環(huán)形部件的方法和設(shè)備，以增大機艙外表面上的層流范圍，并因此消除任何流動中斷。
[0004]因此，本發(fā)明提供了一種用于形成環(huán)形部件的設(shè)備，包括:具有成型端部的沖頭、用于夾緊預(yù)型件的大直徑端部的夾緊裝置、用于可調(diào)整地夾持預(yù)型件的小直徑端部的夾持裝置、以及致動裝置，所述致動裝置用于促進僅在沖頭、夾緊裝置和夾持裝置之間的相對同軸運動，沖頭具有成形為與環(huán)形部件的形狀相對應(yīng)的形狀的外部表面。
[0005]盡管復(fù)合材料可用于環(huán)形部件的許多部分，但環(huán)形部件通常須由金屬制成，諸如鋁、鈦、或不銹鋼。在環(huán)形部件是唇口蒙皮的情況下，這些材料有助于能夠承受對其前緣或其唇緣的沖擊。鑒于近來法律規(guī)定的嚴(yán)格除冰的要求，在機艙前緣需要更高的溫度，鈦也是有用的。
[0006]理想地，預(yù)型件是金屬坯板。
[0007]優(yōu)選地，預(yù)型件是金屬合金坯板。
[0008]優(yōu)選地，預(yù)型件是圓錐形坯板。
[0009]優(yōu)選地，預(yù)型件是截頭圓錐形坯板。
[0010]理想地，預(yù)型件是對稱的。
[0011 ]優(yōu)選地，預(yù)型件是非對稱的。
[0012]理想地，預(yù)型件在單個成型工藝中形成為環(huán)形部件。
[0013]優(yōu)選地，沖頭的成型端部具有環(huán)形形狀。
[0014]理想地，致動裝置能夠產(chǎn)生設(shè)備沿中心線/托架(carriage)的同軸運動。該中心線/托架形成針對所有設(shè)備部件定位和運動的基線。
[0015]優(yōu)選地，沖頭具有外部表面，該外部表面成形為提供環(huán)形部件的內(nèi)部表面的形狀。
[0016]理想地，環(huán)形部件是唇口蒙皮。
[0017]理想地，沖頭的外部表面針對回彈被優(yōu)化。
[0018]優(yōu)選地，沖頭和/或沖模的外部表面具有高表面光潔度。有利地，所述高表面光潔度減少了成型期間的摩擦。
[0019]理想地，通過拋光實現(xiàn)沖頭和/或沖模的外部表面的高表面光潔度。
[0020]此外，在成型工藝期間應(yīng)用減少摩擦的潤滑劑。
[0021]理想地，致動裝置是線性致動系統(tǒng)。液壓或機電線性致動系統(tǒng)耦接至沖頭、夾緊裝置和夾持裝置，以引起沖頭、夾緊裝置和夾持裝置沿中心線的相對同軸運動。
[0022]優(yōu)選地，沖頭機械地耦接至線性致動系統(tǒng)。
[0023]理想地，夾緊裝置包括兩個可分離的后向和前向夾緊組件構(gòu)件。
[0024]理想地，后向和前向夾緊組件構(gòu)件是環(huán)形夾緊構(gòu)件。
[0025]優(yōu)選地，后向和前向夾緊組件構(gòu)件能打開且能閉合以夾緊預(yù)型件。后向和前向夾緊組件構(gòu)件二者的運動與中心線對準(zhǔn)。
[0026]優(yōu)選地，預(yù)型件包括具有最少一個接頭的單個片材或幾個片材。
[0027]理想地，利用摩擦攪拌焊接工藝來實現(xiàn)接頭，但也可使用線性摩擦和維持成型性的其他焊接技術(shù)來形成預(yù)型件。
[0028]可替換地，通過擠壓、旋壓、澆鑄、沖壓或用于形成圓錐形或截頭圓錐形預(yù)型件的任何適當(dāng)?shù)闹圃旃に噥硇纬深A(yù)型件。
[0029]優(yōu)選地，預(yù)型件是一體式預(yù)型件。
[0030]有利地，在均勻一體式預(yù)型件中不需要焊縫。
[0031]理想地，預(yù)型件是圓錐形或截頭圓錐形一體式預(yù)型件。
[0032]理想地，夾持裝置包括形成為與沖?？刹僮鞯亟雍系念A(yù)型件保持件。
[0033]理想地，預(yù)型件保持件是圓錐形的或截頭圓錐形的。
[0034]理想地，沖模是圓錐形的或截頭圓錐形的。
[0035]優(yōu)選地，預(yù)型件保持件是對稱的。
[0036]理想地，預(yù)型件保持件是非對稱的。
[0037]優(yōu)選地，預(yù)型件保持件和沖模設(shè)計成控制預(yù)型件的流動。有利地，預(yù)型件保持件和沖模的互相作用提供相對于沖頭的軸向運動的拉延/ 二次拉延動作。
[0038]優(yōu)選地，該設(shè)備具有控制裝置，該控制裝置用于控制施加在設(shè)備的至少一部分的表面與預(yù)型件之間的壓力。
[0039]理想地，設(shè)備的至少一部分的表面與預(yù)型件之間的壓力在整個成型工藝中是預(yù)定的或可調(diào)整的。
[0040]理想地，沖頭的外部表面設(shè)計成與環(huán)形部件的出口表面匹配，如果需要允許回彈。
[0041]優(yōu)選地，沖頭內(nèi)部表面設(shè)計成與環(huán)形部件的進口表面匹配，如果需要允許回彈。
[0042]理想地，后向夾緊組件構(gòu)件的內(nèi)部表面設(shè)計成與沖頭的外部表面的一部分匹配，具有微小間隙。
[0043]優(yōu)選地，后向夾緊組件構(gòu)件具有夾持面，且該夾持面的表面優(yōu)選是圓錐形的。夾持面的幾何構(gòu)型可根據(jù)沖頭中非對稱的嚴(yán)重程度而變化。
[0044]理想地，前向夾緊組件構(gòu)件具有夾持面，該夾持面設(shè)計成與預(yù)型件的外部表面匹配。
[0045]優(yōu)選地，后向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面設(shè)計成與預(yù)型件的表面和前向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面匹配。
[0046]理想地，后向夾緊組件構(gòu)件夾持面和前向夾緊組件構(gòu)件夾持面的幾何構(gòu)型設(shè)計成提供夾持，同時使預(yù)型件在成型期間斷裂的任何可能性降至最小。
[0047]優(yōu)選地，后向夾緊組件構(gòu)件具有夾持面圓角半徑。
[0048]理想地，該夾持面圓角半徑與前向夾緊組件構(gòu)件配合形成卡環(huán)組件(lock beadassembly，鎖珠組件)的一部分。
[0049]優(yōu)選地，針對所使用的材料對圓角半徑進行優(yōu)化以提供夾持，同時將滑移和部件故障可能性降至最小。
[0050]理想地，前向夾緊組件構(gòu)件具有夾持面圓角半徑。
[0051]優(yōu)選地，該夾持面圓角半徑的半徑設(shè)計成提供一些小的材料流動。有利地，材料的流動性將預(yù)型件的故障可能性降至最小并確保預(yù)型件與沖頭外部表面的形狀的一致性。
[0052]理想地，前向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面通常是圓錐形的。
[0053]優(yōu)選地，前向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面可根據(jù)沖頭中非對稱的嚴(yán)重程度而變化。
[0054]理想地，前向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面設(shè)計成與預(yù)型件的表面和后向夾緊組件構(gòu)件夾持面的表面匹配。
[0055]理想地，兩個夾持面的幾何構(gòu)型設(shè)計成提供夾持，同時使預(yù)型件在成型期間斷裂的任何可能性降至最小。
[0056]優(yōu)選地，前向夾緊組件構(gòu)件具有內(nèi)部表面，以與沖頭的外部表面匹配，具有用于預(yù)型件的微小間隙。
[0057]理想地，預(yù)型件保持件具有通常是圓錐形或截頭圓錐形的外部表面?？商鎿Q地，預(yù)型件保持件的外部表面可根據(jù)沖頭的外部表面和沖頭的內(nèi)部表面中非對稱的嚴(yán)重程度而變化。
[0058]理想地，預(yù)型件保持件的外部表面的錐度角(taperangle)還設(shè)計成與沖模的內(nèi)部表面的錐度角匹配。
[0059]優(yōu)選地，沖模具有外部拉延面圓角半徑。
[0060]理想地，對該外部拉延面圓角半徑進行優(yōu)化，以便在成型工藝的二次拉延階段期間控制材料流動。
[0061]理想地，拉延面圓角半徑的幾何構(gòu)型基于材料成型性和/或夾持力。
[0062]優(yōu)選地，沖模具有光滑拉延面。
[0063]理想地，沖模具有內(nèi)部表面，該內(nèi)部表面通常具有圓錐形狀或截頭圓錐形狀?？商鎿Q地，沖模的內(nèi)部表面可根據(jù)沖頭的外部表面和沖頭的內(nèi)部表面中非對稱的嚴(yán)重程度而變化。
[0064]理想地，沖模具有外部表面，該外部表面設(shè)計成與沖頭的內(nèi)部表面匹配，具有用于預(yù)型件的微小間隙。預(yù)型件具有針對各個片材的一個接頭/多個接頭。通常使用摩擦攪拌焊接工藝來實現(xiàn)該一個接頭/多個接頭，但也可使用上文概述的其他工藝。
[0065]理想地，預(yù)型件是冷成型的。
[0066]可替換地，預(yù)型件被加熱或最優(yōu)選地被預(yù)熱。
[0067]理想地，用于形成環(huán)形部件的設(shè)備的至少一部分具有用于加熱與其可操作地結(jié)合的預(yù)型件的裝置。
[0068]可替換地，成型工藝發(fā)生在加熱的環(huán)境中，其中設(shè)備和預(yù)型件可定位在加熱的環(huán)境中。
[0069]有利地，如果預(yù)型件的材料需要熱量來促進預(yù)型件的令人滿意的成型，那么就利用加熱裝置。
[0070]因此，本發(fā)明提供了一種用于形成環(huán)形部件的方法，該方法包括如下步驟:形成具有至少一個開口端部的圓錐形或截頭圓錐形預(yù)型件；啟動致動裝置以引起僅在沖頭、夾緊裝置和夾持裝置之間的相對同軸運動，從而在夾緊裝