一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法
【专利摘要】本发明一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，属于钣金成型领域，本发明依据设计的过渡模具，制造完成后不需修整即可用于批量生产，该方法实现大变形量空间曲面管件的高压成形，使加工效率提高5倍，精度提高3倍。
【专利说明】一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于钣金成型领域，具体涉及一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法。
【背景技术】
[0002]项目的研究载体为非对称空间扭曲型面导流管的成形，零件为空间扭曲型面，型面相对于空间任一点、线或面都不对称，整个型面有10个以上空间截面控制，形状如图2，零件的大端面周长是小端截面周长的1.415倍，这表明采用管料毛坯成形，其最大变形量达到41.5%，变形量已超出材料(高温合金)标准中的材料延伸率极限40%，这种零件的成形国内当前采用的方法是模具成形后焊接(以板料为毛坯)和低熔点塑性介质挤胀成形(以管料为毛坯)，传统的先成形后焊接的工艺方法效率低、精度低，已不能满足新产品精度需求，而低熔点塑性介质挤胀成形的成形方式不能够成形大变形量的管件。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提出一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，以达到管料作为毛坯的高压成形工艺在零件加工中的应用，提高最终产品型面的精确性的目的。
[0004]一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，包括以下步骤:
[0005]步骤1、根据待加工管件尺寸参数，设计该管件过渡模具，具体为:
[0006]建立过渡模具的模型，过程如下:
[0007]步骤1-1、获得过渡模具各截面的周长；
[0008]步骤1-1-1、建立三维坐标系，根据实际管件不同截面的尺寸，在该坐标系中获取该截面曲线，并将多个截面曲线组合形成该管件的三维模型；
[0009]步骤1-1-2、在上述三维模型的两端各设置一个用于密封的工艺辅助面；
[0010]步骤1-1-3、将加完辅助面的三维模型竖直摆正进行重新截面，确定新的截面的曲线，并获得新截面曲线的周长；
[0011]步骤1-2、获得过渡模具各截面的圆心；
[0012]步骤1-2-1、确定三维模型一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线；确定三维模型另一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线；
[0013]步骤1-2-2、取任意一个水平面，将步骤4中所确定的两条中心点连线投影到该水平面上，形成两条交叉线，并对上述交叉线所形成的小角进行平分，确定角平分线的位置；
[0014]步骤1-2-3、获取每个新的截面的重心位置，过角平分线做一垂直于水平面的面，过重心做该面的垂线，分别获取该垂线一侧截面曲线的周长和垂线另一侧截面曲线的周长，将上述两侧周长做差并除以2，进而获得修正偏移量；
[0015]步骤1-2-4、将重心向周长较长一侧方向偏移，移动距离为所求得偏移量，以移动后的重心位置作为各截面的圆心；[0016]步骤1-3、形成管件过渡模具模型；
[0017]步骤1-3-1、以步骤1-1获得的周长和步骤1-2获得的圆心做圆，形成截面为圆的新的三维模型，水平放置，连接新的三维模型每个截面的圆心，形成曲线，过该曲线做一个水平曲面；
[0018]步骤1-3-2、以新的三维模型作为管件过渡态模具的内形面、以水平曲面作为管件过渡态模具的分型面加工过渡态模具；
[0019]步骤2、根据管件过渡模具模型生产加工管件过渡模具；
[0020]步骤3、将毛料毛坯放置于管件过渡模具内，充入高压液体使其与模具内腔型面贴合，再将毛料毛坯取出放入期望管件型面模具中进行压扁，并在此冲入高压液体，即获得最终管件。
[0021]步骤1-1-2所述的辅助面，其两端为圆筒型，并且两端截面的圆心位于同一轴线上。
[0022]步骤1-1-3所述的重新截面的个数与原截面个数相同。
[0023]本发明优点:
[0024]本发明一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，依据该方法设计的过渡模具，制造完成后不需修整即可用于批量生产，该方法实现大变形量空间曲面管件的高压成形，使加工效率提高5倍，精度提高3倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明一种实施例的采用过渡态模具的非对称管件加工方法流程图；
[0026]图2为本发明一种实施例的导流管三维模型示意图；
[0027]图3为本发明一种实施例的增加辅助面后的导流管三维模型示意图；
[0028]图4为本发明一种实施例的竖直摆正后的三维模型示意图；
[0029]图5为本发明一种实施例的三维模型两端面圆角连线示意图；
[0030]图6为本发明一种实施例的三维模型两端面圆角连线投影示意图；
[0031]图7为本发明一种实施例的过角平分线平面示意图；
[0032]图8为本发明一种实施例的截面重心垂线示意图；
[0033]图9为本发明一种实施例的导流管模具结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0035]本发明实施例是基于内高压成形技术为基础的，管件表面存在凸包、小半径圆角等微小特征，并且采用管件成形的变形量已经达到材料的成形极限(易破裂)，所以需要将毛坯周长先胀形到(或接近)最终尺寸，消除冷作硬化后再成形局部特征，其中间过渡状态模型(模具)的成为本发明工艺能否应用的关键。
[0036]一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，流程图如图1所示，包括以下步骤:
[0037]步骤1、根据待加工管件尺寸参数，设计该管件过渡模具，具体为:
[0038]建立过渡模具的模型，过程如下:
[0039]步骤1-1、获得过渡模具各截面的周长；[0040]步骤1-1-1、建立三维坐标系，根据实际管件不同截面的尺寸，在该坐标系中获取该截面曲线，并将多个截面曲线组合形成该管件的三维模型；
[0041]如图2所示，本发明实施例中，以飞机发动机导流管为例进行说明，按导流管的设计数据(坐标点)绘制构成零件的各截面曲线，并利用这些曲线建立的导流管模型，该模型包含了确定导流管外形的所有坐标数据。
[0042]步骤1-1-2、在上述三维模型的两端各设置一个用于密封的工艺辅助面，所述的辅助面，其两端为圆筒型，并且两端截面的圆心位于同一轴线上。
[0043]本发明实施例中，根据导流管密封端的结构以及毛料状态，模型两端的工艺辅助面必须含有同轴的圆柱，为使成形变形量尽量小，辅助面两圆柱段轴线应通过导流管截面中心，选取模型上下截面的重心连线作为零件成形时的水平轴线(即辅助面轴线)，以此轴线为轴建立辅助面(两段圆柱面及过渡曲面)，增加辅助面的模型如图3，该模型是设计过渡状态模型的基础，图中的模型的两端的圆柱面及中间的过渡型面为辅助面，圆柱面的直径根据选取毛料的直径确定。
[0044]步骤1-1-3、将加完辅助面的三维模型竖直摆正进行重新截面，确定新的截面的曲线，并获得新截面曲线的周长，重新截面的个数与原截面个数相同；
[0045]为获得零件的最终精确型面，采用管料作为毛坯，必须先将零件的各截面周长胀形到或接近最终界面周长，考虑到充分利用材料的成形极限，胀形过渡状态模型的截面设计成圆形对成型有利，设计难点在于(如图4所示):模型中除工艺辅助圆柱面外，所有截面都由空间坐标点构成，过渡状态模型的各圆形截面的圆心难以确定，针对于这一难点，本发明实施例中，采取以下措施:
[0046]如图4所示，本发明实施例中，将增加辅助面的模型在坐标系中重新摆放，使两工艺辅助圆柱面沿Z轴方向摆正(即竖直摆正)，重新在模型上截取型面，并获得截面轮廓曲线，并可获得各截面周长，此设计步骤的目的是为了成形过程的胀形方向与计算方向一致，使模具模型设计数据更加准确。
[0047]步骤1-2、获得过渡模具各截面的圆心；
[0048]步骤1-2-1、确定三维模型一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线；确定三维模型另一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线；
[0049]本发明实施例中，如图5所示，在由设计数据建立的模型中，确定三维模型一端端面上两个圆角的中心点A、B，另一端端面上两个圆角的中心点C、D，将上下两截面的前后圆角中心分别连线，形成连线AB和⑶；
[0050]步骤1-2-2、取任意一个水平面，将步骤4中所确定的两条中心点连线投影到该水平面上，形成两条交叉线，并对上述交叉线所形成的小角进行平分，确定角平分线的位置；
[0051]如图6所示，将两条连线投影到水平面a上，形成两条交叉线(这两条线AlBl和ClDl可反应零件型面的扭曲程度)，在锐角出做角平分线EF ；
[0052]步骤1-2-3、过角平分线做一垂直于水平面的面，获取每个新的截面的重心位置，过重心做过角平分线的面的垂线，分别获取该垂线一侧截面曲线的周长和垂线另一侧截面曲线的周长，将上述两侧周长做差并除以2，进而获得修正偏移量；
[0053]本发明实施例中，如图7所示，通过此角平分线EF作平行与Z轴的平面b，该平面b将是此件过渡状态毛坯和最终成形时在模具上的水平放置面，也是设计过渡状态模具模型的重要参考面；将重新获得的截面轮廓曲线逐一填充曲面，获取重新截取截面的重心，作为过渡状态模型各圆截面的参考中心，如图8所示，过截面重心c作垂直于平面b的直线GH(过重心作水平放置面的垂线)，该直线GH将模型各截面分为两部分，但两部分的曲线长度都不相等，这也是重心不能作为过渡状态模型圆截面圆心的原因，所以需要进行微量调整，要求调整到两部分的周长相等。
[0054]分别测量两部分的周长，根据周长差将重心向周长较长一侧平移二分之一差值，此差值是弦长并不是周长，此方法不能将两周长调整至完全相等，但由于垂线所在位置的曲率半径较大，并且调整量很小，因此，调整弦长与弧长差异很小，此差异量不会影响产品的最终成形。
[0055]步骤1-2-4、将重心向周长较长一侧方向偏移，移动距离为所求得偏移量，以移动后的重心位置作为各截面的圆心；
[0056]步骤1-3、形成管件过渡模具模型；
[0057]步骤1-3-1、以步骤1-1获得的周长和步骤1-2获得的圆心做圆，形成截面为圆的新的三维模型，水平放置，连接新的三维模型每个截面的圆心，形成曲线，过该曲线做一个水平曲面；
[0058]以各截面周长为周长，以前面确定的各截面圆中心为中心逐个截面建立圆截面，形成过渡状态模型的轮廓界面；将零件过渡状态模型放置于水平位置上，以过所有截面圆圆心、母线平行于水平放置的曲面作为模具分型面，完成模具型面设计，模具模型如图9所
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[0059]步骤1-3-2、以新的三维模型作为管件过渡态磨具的槽、以水平曲面作为管件过渡态磨具的分型面加工过渡态磨具。
[0060]步骤2、根据管件过渡模具模型生产加工管件过渡模具；
[0061]步骤3、将毛料毛坯放置于管件过渡模具内，充入高压液体使其与模具内腔型面贴合，然后取出放入按图2所示模型设计的模具内压扁，再次在毛坯内充入高压液体至贴膜，获得导流管最终型面。
[0062]在某飞机发动机的导流管产品的研制中，根据上述过渡状态模具的设计方法，设计了实际模具进行验证，完全实现了预定的设计示意图；实际的过渡状态模具有效解决了一次成形至最终型面的破裂问题，产品加工过程稳定，产品加工精度得到提高。
【权利要求】
1.一种采用过渡态模具的非对称管件加工方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、根据待加工管件尺寸参数，设计该管件过渡模具，具体为: 建立过渡模具的模型，过程如下: 步骤1-1、获得过渡模具各截面的周长； 步骤1-1-1、建立三维坐标系，根据实际管件不同截面的尺寸，在该坐标系中获取该截面曲线，并将多个截面曲线组合形成该管件的三维模型； 步骤1-1-2、在上述三维模型的两端各设置一个用于密封的工艺辅助面； 步骤1-1-3、将加完辅助面的三维模型竖直摆正进行重新截面，确定新的截面的曲线，并获得新截面曲线的周长； 步骤1-2、获得过渡模具各截面的圆心； 步骤1-2-1、确定三维模型一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线；确定三维模型另一端端面上两个圆角的各自中心点，并将上述两个中心点连线； 步骤1-2-2、取任意一个水平面，将步骤4中所确定的两条中心点连线投影到该水平面上，形成两条交叉线，并对上述交叉线所形成的小角进行平分，确定角平分线的位置； 步骤1-2-3、获取每个新的截面的重心位置，过角平分线做一垂直于水平面的面，过重心做该面的垂线，分别获取该垂线一侧截面曲线的周长和垂线另一侧截面曲线的周长，将上述两侧周长做差并除以2，进而获得修正偏移量； 步骤1-2-4、将重心向周长较长一侧方向偏移，移动距离为所求得偏移量，以移动后的重心位置作为各截面的圆心； 步骤1-3、形成管件过渡模具模型； 步骤1-3-1、以步骤1-1获得的周长和步骤1-2获得的圆心做圆，形成截面为圆的新的三维模型，水平放置，连接新的三维模型每个截面的圆心，形成曲线，过该曲线做一个水平曲面； 步骤1-3-2、以新的三维模型作为管件过渡态模具的内形面、以水平曲面作为管件过渡态模具的分型面加工过渡态模具； 步骤2、根据管件过渡模具模型生产加工管件过渡模具； 步骤3、将毛料毛坯放置于管件过渡模具内，充入高压液体使其与模具内腔型面贴合，再将毛料毛坯取出放入期望管件型面模具中进行压扁，并在此冲入高压液体，即获得最终管件。
2.根据权利要求1所述的采用过渡态模具的非对称管件加工方法，其特征在于，步骤1-1-2所述的辅助面，其两端为圆筒型，并且两端截面的圆心位于同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的采用过渡态模具的非对称管件加工方法，其特征在于，步骤1-1-3所述的重新截面的个数与原截面个数相同。
【文档编号】B21C37/06GK103551419SQ201310461559
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】段新民, 吴蓉昆, 邵天巍, 文万里, 张立超 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司