一种带网格筋筒形构件柔性复合成形方法与流程

本发明涉及一种带网格筋筒形构件柔性复合成形方法。

背景技术：

带网格筋筒形构件是新型航天和武器装备关键的高性能轻量化构件，该类构件以铝合金轻质材料为主，直径大壁厚薄、表面带有纵横交错的网格筋结构，属于材料难变形、结构难成形特殊构件。此类构件的传统制造方式通常是先通过旋压等塑性成形方式或者板料弯曲焊接成形方式来获得无缝或有缝筒形基体，然后再对其表面进行筋条焊接和切削加工获得网格筋结构。以焊接和切削加工为主的网格筋加工方式，不仅效率十分低下，而且大量的焊缝对网格筋强度和整体构件性能造成了明显限制和潜在危害。针对带筋筒形构件精密成形问题，目前已经开展相关技术研究并形成公开报道，例如，采用旋压、挤压等塑性加工方法直接成形表面筋条，从而取代筋条焊接加工，有效提高了加工效率和产品性能。但是，从已报道的情况分析可知，这些新方法目前还存在很多局限性。首先，它们只用于成形简单的内表面横筋或纵筋结构，还未涉及复杂的网格筋结构，而且工艺过程复杂，技术要求高，容易产生各种成形缺陷；其次，它们的成形尺寸范围受到设备加工能力的限制，目前只适用于直径1米左右的中小型筒形件；再者，它们需要借助专用的设备和模具，而由于专用设备加工范围的限制，不同规格的产品需要不同的设备和模具，投入高。由于这些技术局限性，上述方法对于大型薄壁带网格筋筒形构件似乎无能为力，因此迫切需要研发大型薄壁带网格筋筒形构件高性能、高效率、低成本成形新技术，以满足先进航天和武器装备发展需求。

技术实现要素：

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种带网格筋筒形构件柔性复合成形方法，通过利用压挤、卷弯和焊接常规成形方式复合，可实现不同尺寸规格的带内、外网格筋筒形构精密、高效、低成本、柔性成形，从而提高产品质量和加工效率、降低制造成本。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带网格筋筒形构件柔性复合成形方法，包括如下步骤：

步骤一、根据目标构件尺寸选择合适尺寸规格的平板坯料，并设计与目标构件的网格筋结构相匹配的压挤凸模，设计与平板坯料和压挤凸模尺寸相匹配的导料侧板；

步骤二、将压挤凸模和导料侧板安装到压力机相应位置，再将平板坯料沿导料板安放至压力机的工作台上；

步骤三、压力机驱动压挤凸模向下运动压挤与其工作面接触的平板坯料压挤出局部网格筋结构；压挤凸模回程，推料装置推动平板坯料沿导料侧板向前送进；反复重复上述步骤，直至在整块平板坯料上压挤出整体网格筋结构,获得平面网格板；

步骤四、将步骤三获得的平面网格板放至三辊卷弯机上，然后合理控制上、下辊运动，先对平面网格板的两端分别进行预弯成形，然后再对其进行卷圆，获得用于成形筒形构件的曲面网格板；

步骤五、将步骤四获得的曲面网格板沿纵向焊合，最终获得完整的带网格筋筒形构件，即得到目标构件。

作为上述技术方案的优选实施方式，本发明实施例提供的带网格筋筒形构件柔性复合成形方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述步骤一后，根据平板坯料尺寸性能和设备吨位来确定是否需要对坯料进行预先加热，坯料厚度小且冷塑性好且设备吨位大，可直接压挤，反之可加热后压挤。

作为上述技术方案的改进，所述步骤一中根据目标构件尺寸选择合适尺寸规格的平板坯料为：平板坯料宽度等于目标构件高度，平板坯料长度等于目标构件圆周长度，平板坯料厚度等于目标构件体积除以圆周长度。

作为上述技术方案的改进，压挤凸模由底板上设有若干与目标构件的网格筋结构相匹配的小凸块组成，压挤凸模的横向宽度b等于平板坯料的宽度，纵向长度l由设备吨位和空间来确定，需满足压挤力能条件l≤f/bσs，其中f是设备吨位，σs是材料的屈服强度。

作为上述技术方案的改进，导料侧板为矩形截面方块结构，其高度等于平板坯料的厚度，其宽度为(1.2～1.5)l，其中l为压挤凸模的宽度，工作时将导料侧板安装在平板坯料左右两侧。

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述步骤五中，在焊接前对筒形基体进行固定处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：不同于现有的带筋筒形构件先成形筒形基体再成形筋条结构或者两者同时成形的方式，本发明采用先成形网格筋结构再成形筒形基体的方式，可以有效避免现有成形方式存在的问题。通过连续局部压挤方法获得平面网格板，不仅省力、高效，而且网格筋结构精度高，并且容易实现网格板的系列化和标准化制造。通过三辊卷弯方法获得曲面网格板，成形方式简单，可以任意获得内筋或外网结构，而且可以根据不同的筒形构件直径选择不同规格的标准平面网格板来成形，扩大了成形范围，实现了柔性制造。因此，本发明具有成形精度高、效率高、成本低、柔性化等综合优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明的平面网格板连续局部压挤成形工艺示意图，其中图1(a)是第一次局部压挤示意图，图1(b)是第二次局部压挤示意图，图1(c)是最后一次局部压挤示意图；

图2是本发明的平面网格板连续局部压挤凸模结构示意图；

图3是本发明的图1(a)的a-a截面示意图；

图4是本发明的压挤成形平面网格板示意图；

图5是本发明的内筋结构曲面网格板三辊卷弯成形工艺示意图，其中图5(a)是板料初始摆放状态示意图，图5(b)是板料左端预弯示意图，图5(c)是板料右端预弯示意图，图5(d)是板料卷圆示意图；

图6是本发明的焊接成形带内网格筋筒形构件示意图；

图7是本发明的外筋结构曲面网格板三辊卷弯成形工艺示意图，其中图7(a)是板料初始摆放状态示意图，图7(b)是板料卷圆示意图；

图8是本发明的焊接成形带外网格筋筒形构件示意图；

图中1-平板坯料；2-压挤凸模；3-导料侧板；4-工作台面；5-平面网格板；6-上辊；7-左下辊；8-右下辊。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

如图1-7所示，为本发明优选实施例带网格筋筒形构件柔性复合成形方法的结构示意图，本发明带网格筋筒形构件柔性复合成形方法，包括如下步骤：

步骤一、根据目标构件尺寸选择合适尺寸规格的平板坯料1，平板坯料1宽度等于目标构件高度，平板坯料1长度等于目标构件圆周长度，平板坯料1厚度等于目标构件体积除以圆周长度。

同时设计与目标构件的网格筋结构相匹配的压挤凸模2，设计与平板坯料1和压挤凸模2尺寸相匹配的导料侧板3，其中压挤凸模2结构如图2所示，主要由底板上设有若干与目标构件的网格筋结构相匹配的小凸块组成，压挤凸模2横向宽度b等于平板坯料1宽度，纵向长度l由设备吨位和空间来确定，需满足压挤力能条件l≤f/bσs，其中f是设备吨位，σs是材料的屈服强度，设备吨位大且空间足够情况下可以将纵向长度l设计得大一些，来提高生产效率。导料侧板3为矩形截面方块结构，其高度等于平板坯料1厚度，其宽度略大于压挤凸模2宽度l，可设计为(1.2～1.5)l，工作时将其安装在平板坯料1左右两侧，在平板坯料1送进时进行导向并且在平板坯料1压挤时提供侧压力辅助成形。

步骤二、将压挤凸模2和导料侧板3安装到压力机相应位置，再将平板坯料1沿导料侧板3安放至压力机的工作台4上。放置平板坯料1前，可根据平板坯料1尺寸性能和设备吨位来确定是否需要对平板坯料1进行预先加热，若平板坯料1厚度小、冷塑性好且设备吨位大，可直接压挤，反之则需将其加热到材料的始锻温度后再压挤。

步骤三、连续局部压挤成形：压力机驱动压挤凸模2向下运动压挤与其工作面接触的平板坯料1压挤出局部网格筋结构，如图1(a)；压挤凸模2回程，推料装置推动平板坯料1沿导料侧板3向前送进，如图1(b)所示；反复重复上述步骤，直至在整块平板坯料1上压挤出整体网格筋结构,获得平面网格板，如图1(c)所示。

通过改变平板坯料1的尺寸，能够适应不同规格产品的成形。

步骤四、将步骤三获得的平面网格板(如图4所示)转移到三辊弯卷机上，在摆放平面网格板5时需注意网格朝向。对于内表面带网格筋筒形构件，摆放时应将平面网格板的网格朝向上辊6一侧，如图5(a)所示；对于外表面带网格筋筒形构件，摆放时应将平面网格板的网格朝向下辊7、8一侧，如图7(a)所示。图5显示的是在弧形下调式三辊卷板机上进行对平面网格板进行卷弯成形，其中，上辊6为主动旋转辊，但位置不可移动，下辊7、8为被动旋转辊，可绕固定轴作弧形曲线运动。在对平面网格板5卷圆之前需要对其两端进行预弯，如图5(b)和5(c)所示，首先向上移动左下辊7对平面网格板5左端进行预弯，如图5(b)所示；然后上辊6顺时针旋转，左下辊7向下移动，让平面网格板5向左移动合适距离，再向上移动右下辊8对平面网格板5右端进行预弯，如图5(c)所示；最后调整下辊7、8至合适位置，上辊旋转对预弯后的平面网格板5进行卷圆，如图5(d)和7(b)所示，获得用于成形筒形构件的有缝曲面网格板。

步骤五、将通过步骤四工艺成形出的有缝曲面网格板转移到焊接工位，为防止焊接变形，可在焊接前对筒形基体进行固定处理。筒形基体壁板部分纵向缺口直线距离长，可采用搅拌摩擦焊沿纵向对其焊接，而网格筋部分长度短，结构紧凑，可采用电弧熔化焊对其进行焊接，最终获得完整的带网格筋筒形构件，即得到目标构件，如图6和图8所示。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。