一种复杂油箱连续热挤压成形方法与流程

本发明涉及一种复杂油箱连续热挤压成形方法，属于轻质合金挤压成形技术领域。

背景技术：

中国制造及创新发展的大趋势要求高端装备更新换代的响应速度越来越快、技术指标越来越高，高端装备逐渐显现出结构轻量化、复杂化、一体化的特点，构件质强比要求不断提高，结构轻量化和高强度需求矛盾越来越突出。油箱类结构已然成为航空航天等高端装备上最大结构功能一体化组件，集密封、贮油、承压、承力、顺序供油、抗过载、设备安装等多种功能于一身，其重要性、复杂性显而易见。在设计、生产过程中，优化的零件结构、合理的零件加工方案及装配顺序、必要的气密和液压强度试验考核等均需要设计及工艺协调优化，均彰显着油箱设计、生产的难度，体现了油箱的重要性。

为满足上述需求，油箱构件大量采用了轻质合金复杂薄壁结构形式，目前多采用钣焊工艺进行制造，存在焊缝多，焊接变形控制困难、合格率低、生产周期长、成本高等弊端。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提供一种复杂油箱连续热挤压成形方法，实现油箱类产品优质高效低成本制造，促进装备制造工艺更新换代。

本发明的技术解决方案是：

一种复杂油箱连续热挤压成形方法，具体步骤为：

(1)设计油箱热挤压结构工艺适应性模型：构建产品初步模型，获得油箱各个部位对应的应力参数，将应力参数与在满载条件下强度和变形设计指标进行比对，如果满足指标要求，则完成工艺适应性设计，否则重新设计模型并进行计算，直到满足设计指标要求的模型为止；

(2)设计上模：根据步骤一获得的工艺适应性设计上模结构以及油箱的气动外形，确定若干分流孔结构以及分流桥长度，根据材料流动均匀性，确定分流孔分布；

(3)设计下模：根据步骤一获得的工艺适应性设计模型以及油箱气动外形、产品壁厚和型面精度要求，设计下模结构。

(4)设计剪切垫：根据油箱形状尺寸、挤压温度和吨位，选择模具材料，设计剪切垫结构，用于切断连续热挤压出来的油箱；

(5)模具组装及挤压：依次将上模、下模、剪切垫装入挤压筒内，采用400℃-600℃范围内的挤压温度和模具加热温度，以0.5～2mm/s的挤压速度对油箱连续热挤压，获得初步的油箱产品；

(6)矫直：对初步的油箱产品内腔两端增加支撑以塞满端面缝隙，之后施加拉力进行矫直；

(7)检测及定量分割：对步骤六获得的产品检测外形和壁厚，与步骤一的工艺适应性设计模型比对，如果合格后，对连续热挤压后的产品进行定量分割，如果不合格，则返回步骤一重新设计、挤压。

步骤一中油箱热挤压结构工艺适应性设计方法为：首先依据油箱已知的模型，依据材料均匀性流动原则，在油箱内腔增加工艺支撑筋，得到产品初步模型，针对初步模型，采用有限元分析方法，根据油箱给定的受力条件，获得油箱各个部位对应的应力参数，将应力参数与在满载条件下强度和变形设计指标进行比对，如果满足指标要求，则完成工艺适应性设计，否则重新设计模型并进行计算，直到满足设计指标要求的模型为止。

步骤二中根据挤压温度和吨位，选择耐温500℃以上，承载万吨以上，弹性模量不低于200gpa的热作模具钢材料。

步骤六中拉矫系数控制在0.5～2.0范围内。

在步骤三之后，还可以进行保护模设计，依据上模分流孔布局特征、上模最大承载吨位，设计保护模分流孔布局、数量及保护模厚度，用于分担上模压力。

保护模厚度不大于上模厚度。

还包括空位垫结构设计，根据产品外形以及组装后的模具尺寸进行设计，置于挤压筒其余空间。

铸锭材料为铝合金或镁合金轻质合金。

本发明的有益效果为：

(1)传统采用钣焊工艺方法制造的复杂油箱，焊缝多、变形大、产品质量难于保证，且效率低、成本高，采用本发明的连续热挤压方法可整体成形，大幅减少焊缝，有效控制变形，产品质量一致性好，可确保最终性能满足指标要求；

(2)本发明油箱可连续挤压成形，大幅提高生产效率，降低油箱的制造成本。

附图说明

图1为本发明热挤压结构示意图；

图2为本发明油箱结构示意图；

图3为本发明上模分流孔与分流桥示意图；

图4为本发明下模结构示意图；

图5为本发明保护膜结构示意图；

图6为本发明剪切垫结构示意图；

图7为本发明空位垫结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述,以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种复杂油箱连续热挤压成形方法，具体步骤为：

(1)设计油箱热挤压结构工艺适应性模型：构建产品初步模型，获得油箱各个部位对应的应力参数，将应力参数与在满载条件下强度和变形设计指标进行比对，如果满足指标要求，则完成工艺适应性设计，否则重新设计模型并进行计算，直到满足设计指标要求的模型为止；

(2)设计上模1：根据步骤一获得的工艺适应性设计上模结构以及油箱的气动外形，确定若干分流孔结构以及分流桥长度，根据材料流动均匀性，确定分流孔分布；

(3)设计下模2：根据步骤一获得的工艺适应性设计模型以及油箱气动外形、产品壁厚和型面精度要求，设计下模结构。

(4)设计剪切垫3：根据油箱形状尺寸、挤压温度和吨位，选择模具材料，设计剪切垫结构，用于切断连续热挤压出来的油箱；

(5)模具组装及挤压：依次将上模1、下模2、剪切垫3装入挤压筒4内，采用400℃-600℃范围内的挤压温度和模具加热温度，以0.5～2mm/s的挤压速度对油箱连续热挤压，获得初步的油箱产品；

(6)矫直：对初步的油箱产品内腔两端增加支撑以塞满端面缝隙，之后施加拉力进行矫直；

(7)检测及定量分割：对步骤六获得的产品检测外形和壁厚，与步骤一的工艺适应性设计模型比对，如果合格后，对连续热挤压后的产品进行定量分割，如果不合格，则返回步骤一重新设计、挤压。

步骤一中油箱热挤压结构工艺适应性设计方法为：首先依据油箱已知的模型，依据材料均匀性流动原则，在油箱内腔增加工艺支撑筋，得到产品初步模型，针对初步模型，采用有限元分析方法，根据油箱给定的受力条件，获得油箱各个部位对应的应力参数，将应力参数与在满载条件下强度和变形设计指标进行比对，如果满足指标要求，则完成工艺适应性设计，否则重新设计模型并进行计算，直到满足设计指标要求的模型为止。

步骤二中根据挤压温度和吨位，选择耐温500℃以上，承载万吨以上，弹性模量不低于200gpa的热作模具钢材料。

步骤六中拉矫系数控制在0.5～2.0范围内。

在步骤三之后，还可以进行保护模5设计，依据上模分流孔布局特征、上模最大承载吨位，设计保护模分流孔布局、数量及保护模厚度，用于分担上模压力。

还包括空位垫6结构设计，根据产品外形以及组装后的模具尺寸进行设计，置于挤压筒其余空间。

实施例

以6005a大尺寸异型薄壁复杂油箱为例，如图2所示，其外形呈梯形的新型多边形中空结构，尺寸为700×500mm，基本壁厚为3mm，定量切割长度为800mm。采用连续热挤压成形方法制造该油箱的成形过程示意图如图1所示。

具体实施方式一：

按如下工艺步骤进行：

第一步，油箱热挤压结构工艺适应性设计。采用建模与有限元仿真分析软件，制定如图1所示的连续热挤压成形过程。对油箱内部结构进行工艺适应性分析与设计，分析不同内部工艺支撑筋对流速均匀性的影响规律，同时，对采用不同热挤压结构设计的油箱进行强度校核，判定是否满足油箱功能性要求，优化设计确定如图2所示的连续热挤压油箱结构。

第二步，上模设计。采用有限元仿真软件对上模进行设计，选择耐热温度不低于600℃的热作模具钢，设计并优化适用于大尺寸薄壁油箱的上模结构，合理设计分流孔与分流桥，如图3所示。

第三步，下模设计。采用有限元仿真软件对下模进行设计，选择耐热温度不低于600℃的热作模具钢，设计并优化适用于大尺寸薄壁油箱的下模结构，如图4所示。

第四步，保护模设计。如图5所示，根据油箱薄壁以及大尺寸特征，设计保护模，促进各分流孔挤压过程流速均匀性，基于模拟仿真结果，选择耐热温度不低于600℃的热作模具钢，设计并优化适用于复杂油箱连续热挤压成形的新型保护模结构，根据上模分流结构，设计确定保护模结构。

第五步，剪切垫设计。如图6所示，根据复杂油箱700×500mm的外形尺寸，选择模具材料，设计并优化适用于复杂油箱连续热挤压成形的梯型剪切垫结构。

第六步，空位垫设计。如图7所示，根据模座、模具及剪切垫尺寸，设计适用于油箱连续热挤压成形的空位垫结构。

第七步，模具加工制造及试模。根据上述设计方案，利用数控及电火花等加工方法开展保护模、上模及下模具加工，并进行试模、优化及修模。基于剪切垫空位垫设计模型完成加工。开展成形试验，根据热挤压试件的外形尺寸、挤压缺陷、机构运动和干涉现象等，对热挤压模具各组成零部件的加工、装配顺序、空间路径等进行优化和再加工。

第八步，连续热挤压成形。采用适用于大尺寸薄壁复杂油箱的热挤压工艺方案，利用优化加工后的模具，制定挤压温度510℃，挤压速度为1.2mm/s，矫直系数1.0等工艺参数，开展复杂油箱的连续热挤压成形，获得截面形状及精度合格产品。

第九步，热处理。制定在线风冷的固溶制度以及275℃保温8小时的时效处理制度，对连续热挤压后的产品进行热处理，获得性能合格产品。

第十步，定量分割。根据油箱长度800mm的要求，对连续热挤压后的产品进行定量分割，获得合格油箱。

经过多次试验和验证，得到结论：第四步保护模设计，可以根据油箱复杂程度以及挤压力大小，选择取消保护模设计。第八步连续热挤压过程中：将挤压温度控制在430～540℃范围内，例如：500℃、510℃、520℃的温度点，挤压速度在0.8-1.5mm/s范围内，矫直系数在0.5-2.0范围内，都能够实现本发明所述方法。

通过上述实施方式得到的零件，能够满足设计要求，如：表面光洁度、尺寸公差、强度等。

采用热挤压成形技术可以大幅减少焊缝，有效控制变形，质量一致性好，可确保产品最终性能满足指标要求，且可实现连续挤压成形，大幅提高生产效率，降低制造成本。因此，采用轻质合金复杂油箱连续热挤压成形方法可以满足当前高端装备高效低成本制造需求，促进装备制造工艺更新换代。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和变型，这些改进与变型也应视为本发明的保护范围。