一种等壁厚曲母线零件精确成形方法与流程

本发明涉及精确塑性加工技术领域，尤其涉及一种等壁厚曲母线零件精确成形方法。

背景技术：

曲母线零件是机械制造中的一种常见零件，随着科学技术的发展其应用日益广泛，涉及航空、航天、压力容器等诸多应用领域。

目前，曲母线零件的加工制造方法大多是卷焊获得锥筒后再通过胀形（钣金冲压、内高压等）完成，该工艺主要存在以下不足： (a)加工过程中零件强化较少，产品强度相对较低，尤其是焊缝处强度削弱较为严重；(b)焊缝处存在焊接应力和焊接变形，产品精度较低；(c)焊缝检测较为繁琐，往往成为后续测试及使用的潜在风险隐患；(d)工序较多，效率较低，产品一致性也较差。

旋压是一种精确塑性成形加工工艺，采用旋压工艺成形曲母线零件的报道已经有很多，如封头类零件的旋压成形，但由于旋压工艺的工艺特性，通常获得的零件为变壁厚零件，若有等壁厚要求，需要通过后续的机加工获得。

比如申请号为201410039773.0，发明名称为“一种成形直筒- 扩张段复合的钛合金等壁厚曲母线薄壁回转体构件的模具和方法”，该专利申请是采用旋压-挤压工艺获得等壁厚零件，而且零件的等壁厚特征是通过挤压工艺获得；，并且该专利申请属于热成形领域。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种等壁厚曲母线零件精确成形方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种等壁厚曲母线零件精确成形方法，包括以下步骤：

1）采用机械加工工艺获得变壁厚锥形坯料；

2）采用强力冷旋压工艺完成零件前部分成形；

3）采用强普热旋压工艺完成零件后部分成形；

4）依据图纸要求，完成后续机械加工。

作为优选的技术方案：步骤1）中，所述坯料长度在通过塑性变形体积不变原理计算获得的基础上加30～40mm的余量。坯料热处理状态为厂家可直接供货的退火态；通过产品强度要求确定道次减薄率，从而计算确定锥形坯料小端壁厚，大端壁厚通过坯料材料极限减薄率反算确定。

作为优选的技术方案：步骤2）中，零件前部分对应坯料厚度与正弦率计算壁厚偏差小于15%，零件后部分对应坯料厚度与正弦率计算壁厚偏差大于15%。即待加工零件前后部分的分界以分界点处对应坯料壁厚与正弦率计算壁厚的偏差不超过15%为界。

作为优选的技术方案：步骤3）中, 零件前部分对应坯料厚度与正弦率计算壁厚偏差小于15%，零件后部分对应坯料厚度与正弦率计算壁厚偏差大于15%。

作为优选的技术方案：步骤3）中, 采用火焰枪或感应线圈对坯料后半部分进行加热，通过多道次普旋对坯料进行收口，最终通过一道次强旋进行精整贴模成形。整个过程仅需一套模具，生产效率高，制造成本低。

作为优选的技术方案：步骤4）中,主要针对成形零件端头余料进行机械加工。加工难度极低，效率极高。

本发明首次将旋压工艺应用到等壁厚曲母线零件制造领域，可以解决采用旋压工艺获得等壁厚曲母线零件的核心技术问题。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明利用旋压方法成形等壁厚曲母线零件，具有产品强度高、精度高、操作简单、生产效率高、产品一致性好以及成形后零件的组织和机械性能得到改善等诸多优点。

附图说明

图1为某等壁厚曲母线零件示意图

图2为某等壁厚曲母线零件旋压坯料示意图

图3为某等壁厚曲母线零件旋压成形示意图

图4为某等壁厚曲母线零件旋压芯轴示意图

图5为某等壁厚曲母线零件旋压旋轮示意图

图6为某等壁厚曲母线零件旋压尾顶示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本实施例以某等壁厚曲母线零件制造方法为例，详细阐述采用强普结合旋压工艺获得该类零件的核心技术问题：

本实施例目标产品材料为5A06，结构尺寸如图1所示，其中壁厚要求δ=3±0.1mm，强度要求σ_s≥309Mpa、σ_b≥417MPa。总体而言，产品精度要求较高，产品强度也远高于母材抗拉强度315Mpa这一指标；

本实施例确定的加工方案为“机械加工（锻坯）-旋压-机械加工（成品）”。其中，采购的锻坯供货状态为5A06-O，原材料标准按GJB2351-1995执行。对锻坯机械加工后，获得旋压前坯料如图2所示，该坯料的设计过程为：1）首先，根据产品型面确定旋压芯轴型面，根据旋压芯轴端点处切线角度确定锥形坯料内型面锥度为7.89°；2）其次，通过产品强度要求，确定5A06的道次减薄率为30%左右，极限减薄率为50%左右，依次确定锥形坯料小端壁厚为4.25mm，大端壁厚为6.25mm；3）通过塑性成形体积不变原理计算坯料长度为765mm，预留加工余量最终取坯料长度为802mm；

采用旋压工艺成形等壁厚曲母线零件的难点之一在于旋压毛坯的几何状态设计，若几何状态设计不合理，在旋压成形过程中不均匀变形就会加剧，导致成形过程不稳定，甚至发生零件失稳、拉裂等缺陷，本发明通过大量实验，很好地解决了这个问题；

本实施例中等壁厚曲母线零件旋压成形模具关键部件及结构如图3所示，包括旋压芯轴1（图4）、旋轮2（图5）、尾顶盘3（图6）。其中，旋压芯轴1通过主轴法兰盘与设备主轴连接，旋轮2通过旋轮轴与旋轮座连接，尾顶盘3通过尾顶安装套与设备尾顶连接。本实施例使用的设备为CZX1500/2CNC数控旋压机，设备采用西门子840D控制系统，通过伺服驱动主轴实现旋压芯轴1的轴向进给运动及转动，通过伺服驱动旋轮座实现旋轮2的径向及轴向进给运动，通过驱动尾座液压油缸实现尾顶盘3顶紧坯料；

将坯料装上旋压芯轴1后，驱动尾座液压油缸通过尾顶盘3顶紧坯料。通过设备工装，调整旋轮2端面轴线与旋压芯轴1中心轴呈10°夹角。

通过计算对比坯料壁厚与标准正弦率壁厚差值确定850mm处为产品前后端分界点，成形过程为：1）产品前850mm长采用一道次强旋成形，成形过程中主轴转速为50r/min，旋轮沿轴向进给速度为30mm/min；2）产品后半部分采用3道次普旋进行收口，后采用一道次强旋进行精整贴模旋压，各道次间采用火焰枪对坯料进行加热，加热温度控制在200℃±15℃，通过手持式红外测温仪检测温度变化；3）普旋收口阶段各道次坯料大端下压量分别为10mm，9mm，8mm，主轴转速为80r/min，旋轮沿轴向进给速度为240mm/min；4）最终精整贴模旋压过程中主轴转速为50r/min，旋轮沿轴向进给速度为30mm/min。成形后产品壁厚控制在3±0.1mm；

最终根据图纸要求，利用车床仅对零件两端进行机械加工，获得合格产品。

本实施例所得产品抗拉强度由原材料的315MPa左右提高至450MPa左右，屈服强度由155MPa左右提高至350MPa左右，壁厚公差控制在0.1mm内，型面整体偏差在0.5mm内，产品一致性好，与焊接胀形工艺相对，加工效率提高30%以上。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。