回转体类零件复合补偿回弹成形方法与流程

本发明涉及回转体类零件回弹补偿方法技术领域，特别地，涉及一种回转体类零件复合补偿回弹成形方法。

背景技术：

回转体类零件在航空航天上要求重量轻、强度高、整体性能可靠，而精度低、回弹大一直是行业内的难点，行业内通用的做法是反复修模具以补偿回转体类零件成形后的回弹，不仅人力物力成本高，且回弹补偿效率低，回弹补偿后零件的精度低。

采用反复修模具以补偿回弹的方式中使用数控仿真分析，采用不同的差值迭代不断逼近目标值，而实际加工模具补偿回弹又往往与仿真理想情况对立，故而数控仿真分析仅供工艺人员做参考，要想完全指导实践还有许多不足。

技术实现要素：

本发明提供了一种回转体类零件复合补偿回弹成形方法，以解决现有的成形方法存在的零件成形后变形大、零件成形精度低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种回转体类零件复合补偿回弹成形方法，包括以下步骤：模具制备：根据需成形出的成形回转件的轮廓制做出配合作用的一序凹模和一序拉伸凸模、以及配合作用的二序凹模和二序压紧凸模；充液拉伸：将待成形坯料放到一序凹模的上表面并使压边滑块下行将待成形坯料与一序凹模的上表面压紧后，向一序凹模的成形模腔内注满充形溶液并使一序拉伸凸模下行同时使充形溶液增压至p1并保持，一序拉伸凸模将待成形坯料拉伸到位后成形出一序预成形件；合模胀形：将一序预成形件放入二序凹模的成形模腔并使二序压紧凸模下行将一序预成形件的压边与二序凹模的上表面压紧并密封二序凹模的开口端后，向一序预成形件的空腔内注满胀形溶液并逐渐增压至p2后保持，以使一序预成形件在液体压力p2的作用下胀形并紧贴二序凹模的内壁，进而成形出具有成形回转件的有效型面段的二序成形件。

进一步地，步骤“充液拉伸”具体包括以下步骤：将待成形坯料的表面清理干净；将待成形坯料放到一序凹模的上表面并定位；驱使压边滑块下行至将待成形坯料压紧于一序凹模的上表面上；向一序凹模的成形模腔内注满充形溶液；驱使一序拉伸凸模下行同时开启增压器使充形溶液的压力逐渐增加至p1后保持，一序拉伸凸模将待成形坯料拉伸到位后成形出一序预成形件；泄掉液体压力p1，并驱使一序拉伸凸模和压边滑块回程至初始位置后取出一序预成形件。

进一步地，充液拉伸过程中的充形溶液的增压压力p1的获取为：

其中，t为待成形坯料的厚度；d为一序预成形件的外径；δs为预成形坯料的抗拉强度系数。

进一步地，进行步骤“驱使一序拉伸凸模下行直至待成形坯料拉伸到位后成形出一序预成形件”时，通过控制压边滑块的压力大小及一序拉伸凸模的冲力大小进而改变充形溶液的压力，使一序预成形件的有效型面段的厚度t1相比待成形坯料的厚度t减少(0.035～0.09)t。

进一步地，完成步骤“将待成形坯料的表面清理干净”后，且在进行步骤“将待成形坯料放到一序凹模的上表面并定位”之前，还包括步骤：在待成形坯料的下表面上、以及在待成形坯料上表面上与压边滑块抵接的部位分别涂上润滑油。

进一步地，步骤“合模胀形”具体包括以下步骤：将一序预成形件清理干净后放入二序凹模的成形模腔内；驱使二序压紧凸模下行至将一序预成形件的压边压紧于二序凹模的上表面为止，同时使二序压紧凸模密封二序凹模成形模腔的开口；向一序预成形件的空腔内注满胀形溶液并开启增压器使胀形溶液的压力逐渐增加至p2后保持，以使一序预成形件在液体压力p2的作用下胀形并紧贴二序凹模的内壁，进而成形出具有成形回转件有效型面段的二序成形件；泄掉液体压力p2，并驱使二序压紧凸模回程至初始位置后取出二序成形件。

进一步地，液体压力p2介于p1～300mpa之间；通过控制液体压力p2，使二序成形件的有效型面段的厚度t2相比一序预成形件的有效型面段的厚度t1减少(0.09-0.11)t1。

进一步地，充形溶液由一序凹模的底部注入一序凹模的成形模腔内；胀形溶液由一序预成形件的顶部开口注入一序预成形件的空腔中。

进一步地，一序拉伸凸模的成形模头的形状根据成形回转件的外形轮廓设计，一序凹模的成形模腔的设计只需使成形模腔的容积大于一序拉伸凸模成形模头的体积即可；二序压紧凸模的压紧模板的设计只需能密封二序凹模的成形模腔的开口即可，二序凹模的成形模型根据回弹仿真分析获取的补偿量设计，且二序凹模的成形模腔的补偿量为回弹仿真分析获取成形回转件补偿量的一半。

进一步地，二序凹模的成形模腔包括相连的有效型面段及补充型面段；补充型面段由有效型面段的顶端逐渐往二序凹模的成形模腔的回转轴线方向收口，且收口的幅度大小根据一序预成形件的厚度变化。

本发明具有以下有益效果：

相比于现有技术中首先通过一序凹模和配合设置的一序拉伸凸模硬拉伸成形出一序预成形坯料，然后再通过二序凹模和配合设置的二序挤压凸模将一序预成形坯料硬挤压成形为二序成形坯料，本发明的回转体类零件复合补偿回弹成形方法中，进行充液拉伸操作时，随着一序拉伸凸模的下行，待成形坯料受充形溶液施加的液压力作用紧紧贴向一序拉伸凸模，并与一序拉伸凸模之间建立有益的摩擦，该摩擦力负担一部分甚至全部成形力，进而缓和待成形坯料在一序拉伸凸模圆角附近所受的拉应力，提高待成形坯料传力区的承载能力，且成形后期高压充形溶液从待成形坯料的压边处流出，待成形坯料在一序凹模圆角及压边处于流体润滑状态，减少了不利摩擦，使压边部分的径向拉应力减小，有利于提高板料的成形极限，该些使得待成形坯料变形均匀，并使材料变形进入塑性变形区达到一个可控的范围，进而减少零件成形后的收缩变形，提高零件的成形精度；进行合模胀形时，通过胀形溶液对一序预成形件施力进而使一序预成形件在液体压力p2的作用下胀形后紧贴二序凹模的内壁以成形出二序成形件，施力均匀，且通过控制p2可使材料变形进入塑性变形区达到一个可控的范围，并通过预先对二序凹模的补偿，可使零件成形达到可控的公差范围。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的成形回转件的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的充液拉伸初始位置状态示意图；

图3是本发明优选实施例的一序预成形件的结构示意图；

图4是本发明优选实施例的合模胀形初始位置状态示意图；

图5是本发明优选实施例的二序成形件的结构示意图；

图6是本发明优选实施例的二序成形件与成形回转件对比示意图。

图例说明

10、成形回转件；20、一序凹模；30、一序拉伸凸模；31、成形模头；40、二序凹模；50、二序压紧凸模；60、待成形坯料；70、一序预成形件；80、二序成形件；90、压边滑块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1-图5，本发明的优选实施例提供了一种回转体类零件复合补偿回弹成形方法，包括以下步骤：

模具制备：根据需成形出的成形回转件10的轮廓制做出配合作用的一序凹模20和一序拉伸凸模30、以及配合作用的二序凹模40和二序压紧凸模50；

充液拉伸：将待成形坯料60放到一序凹模20的上表面并使压边滑块90下行将待成形坯料60与一序凹模20的上表面压紧后，向一序凹模20的成形模腔内注满充形溶液并使一序拉伸凸模30下行同时使充形溶液增压至p1并保持，一序拉伸凸模30将待成形坯料60拉伸到位后成形出一序预成形件70；

合模胀形：将一序预成形件70放入二序凹模40的成形模腔并使二序压紧凸模50下行将一序预成形件70的压边与二序凹模40的上表面压紧并密封二序凹模40的开口端后，向一序预成形件70的空腔内注满胀形溶液并逐渐增压至p2后保持，以使一序预成形件70在液体压力p2的作用下胀形并紧贴二序凹模40的内壁，进而成形出具有成形回转件10的有效型面(b’-e’)段的二序成形件80。

相比于现有技术中首先通过一序凹模和配合设置的一序拉伸凸模硬拉伸成形出一序预成形坯料，然后再通过二序凹模和配合设置的二序挤压凸模将一序预成形坯料硬挤压成形为二序成形坯料，本发明的回转体类零件复合补偿回弹成形方法中，进行充液拉伸操作时，随着一序拉伸凸模30的下行，待成形坯料60受充形溶液施加的液压力作用紧紧贴向一序拉伸凸模30，并与一序拉伸凸模30之间建立有益的摩擦，该摩擦力负担一部分甚至全部成形力，进而缓和待成形坯料60在一序拉伸凸模30圆角附近所受的拉应力，提高待成形坯料60传力区的承载能力，且成形后期高压充形溶液从待成形坯料60的压边处流出，待成形坯料60在一序凹模20圆角及压边处于流体润滑状态，减少了不利摩擦，使压边部分的径向拉应力减小，有利于提高板料的成形极限，该些使得待成形坯料60变形均匀，并使材料变形进入塑性变形区达到一个可控的范围，进而减少零件成形后的收缩变形，提高零件的成形精度；进行合模胀形时，通过胀形溶液对一序预成形件70施力进而使一序预成形件70在液体压力p2的作用下胀形后紧贴二序凹模40的内壁以成形出二序成形件80，施力均匀，且通过控制p2可使材料变形进入塑性变形区达到一个可控的范围，并通过预先对二序凹模40的补偿，可使零件成形达到可控的公差范围。

可选地，如图2和图3所示，步骤“充液拉伸”具体包括以下步骤：

将待成形坯料60的表面清理干净；

将待成形坯料60放到一序凹模20的上表面并定位；

驱使压边滑块90下行至将待成形坯料60压紧于一序凹模20的上表面上；

向一序凹模20的成形模腔内注满充形溶液；

驱使一序拉伸凸模30下行同时开启增压器使充形溶液的压力逐渐增加至p1后保持，一序拉伸凸模30将待成形坯料60拉伸到位后成形出一序预成形件70；

泄掉液体压力p1，并驱使一序拉伸凸模30和压边滑块90回程至初始位置后取出一序预成形件70。

具体地，步骤“将待成形坯料60的表面清理干净”中，采用清洁布等将待成形坯料60的表面擦拭干净，以减小待成形坯料60与一序凹模20和压边滑块90之间的摩擦力，进而增强待成形坯料60受力时的流动性，使待成形坯料60变形均匀，减少零件成形后的收缩变形。步骤“将待成形坯料60放到一序凹模20的上表面并定位”中，采用定位销定位。向一序凹模20的成形模腔内注入充形溶液并使充形溶液的压力达到p1后，保持压力。泄掉液体压力p1时，泄出充形溶液以泄掉一序凹模20成形模腔内的液体压力p1。

可选地，充液拉伸过程中的充形溶液的增压压力p1的获取为：

其中，t为待成形坯料60的厚度；d为一序预成形件70的外径；δs为预成形坯料的抗拉强度系数。通过该公式可获取合适的液体压力p1，该液体压力p1使一序预成形件70的有效型面段变形均匀，且使一序预成形件70的变形进入塑性变形区以达到一个可靠的范围，进而减少零件成形后的收缩变形。

可选地，如图2和图3所示，进行步骤“驱使一序拉伸凸模30下行直至待成形坯料60拉伸到位后成形出一序预成形件70”时，通过控制压边滑块90的压力大小及一序拉伸凸模30的冲力大小进而改变充形溶液的压力，使一序预成形件70有效型面(b-e)段的厚度t1相比待成形坯料60的厚度t减少(0.035～0.09)t。通过控制压边滑块90的压力大小及一序拉伸凸模30的冲力大小进而改变充形溶液的压力时，可使一序预成形件70的有效型面(b-e)段的厚度t1相比待成形坯料60的厚度t减少(0.035～0.09)t，该一序预成形件70有效型面(b-e)段厚度t1的减少量远小于现有技术中一序操作所得一序预成形坯料厚度的减少量，进而有利于减少零件成形后的收缩变形，进而提高零件成形质量。

优选地，如图2所示，完成步骤“将待成形坯料60的表面清理干净”后，且在进行步骤“将待成形坯料60放到一序凹模20的上表面并定位”之前，还包括步骤：在待成形坯料60的下表面上、以及在待成形坯料60上表面上用于与压边滑块90抵接的部位分别涂上润滑油，以用于进一步减小待成形坯料60与一序凹模20和压边滑块90之间的摩擦力，进而进一步增强待成形坯料60受力时的流动性，使待成形坯料60变形均匀，进一步减少零件成形后的收缩变形，最终提高零件成形质量。

可选地，如图4-6所示，步骤“合模胀形”具体包括以下步骤：

将一序预成形件70清理干净后放入二序凹模40的成形模腔内；

驱使二序压紧凸模50下行至将一序预成形件70的压边压紧于二序凹模40的上表面为止，同时使二序压紧凸模50密封二序凹模40成形模腔的开口；

向一序预成形件70的空腔内注满胀形溶液并开启增压器使胀形溶液的压力逐渐增加至p2后保持，以使一序预成形件70在液体压力p2的作用下胀形并紧贴二序凹模40的内壁，进而成形出具有成形回转件10有效型面(b’-e’)段的二序成形件80；

泄掉液体压力p2，并驱使二序压紧凸模50回程至初始位置后取出二序成形件80。

具体地，步骤“将一序预成形件70清理干净后放入二序凹模40的成形模腔内”中，采用清洁布等将一序预成形件70的表面擦拭干净。向一序预成形件70的空腔内注满胀形溶液并使胀形溶液的压力达到p2时，控制胀形溶液的加压速度，使一序预成形件70的外形轮廓由二序凹模40成形模腔的口部至底部方向贴膜，加压到液体压力p2时，保持压力不变。泄掉液体压力p2时，泄出胀形溶液以泄掉一序预成形件70空腔内的液体压力p2。

可选地，液体压力p2介于p1～300mpa之间，通过该公式可获取合适的液体压力p2，该液体压力p2使二序成形件80的有效型面段胀形均匀，且使二序成形件80的变形进入塑性变形区以达到一个可靠的范围，进而减少零件成形后的收缩变形，使零件成形达到可控的公差范围。通过控制液体压力p2，使二序成形件80的有效型面(b’-e’)段的厚度t2相比一序预成形件70有效型面(b-e)段的厚度t1减少(0.09-0.11)t1。通过控制液体压力p2，可使二序成形件80有效型面(b’-e’)段的厚度t2相比一序预成形件70有效型面(b-e)段的厚度t1减少(0.09-0.11)t1，该二序成形件80有效型面(b’-e’)段的厚度t2的减少量远小于现有技术中二序操作所得二序成形坯料厚度的减少量，进而有利于减少零件成形后的收缩变形，进而提高零件成形质量。

可选地，充形溶液由一序凹模20的底部注入一序凹模20的成形模腔内；

胀形溶液由一序预成形件70的顶部开口注入一序预成形件70的空腔中。

可选地，如图2所示，一序拉伸凸模30的成形模头31的形状根据成形回转件10的外形轮廓设计，一序凹模20的成形模腔的设计只需使成形模腔的容积大于一序拉伸凸模30成形模头31的体积即可，而无需如现有技术方式中对一序凹模的内腔进行精确设计，以使一序凹模的内腔与一序拉伸凸模的成形模头进行匹配，使两者之间的间隙成形出一序预成形坯料，本发明方法中，一序拉伸凸模30和一序凹模20的结构设计简单，无需对一序凹模20的成形模腔进行精确设计，只需使成形模腔的容积大于一序拉伸凸模30成形模头31的体积即可，从而降低工人的劳动强度，并提高零件成形效率和零件成形质量。

可选地，如图4所示，二序压紧凸模50的压紧模板的设计只需能密封二序凹模40的成形模腔的开口即可，二序凹模40的成形模型根据回弹仿真分析获取的补偿量设计，且二序凹模40的成形模腔的补偿量为回弹仿真分析获取成形回转件10补偿量的一半。同样的，无需如现有技术方式中对二序凹模和二序挤压凸模进行精确设计，以使二序凹模的内腔与二序挤压凸模的成形模头进行匹配，进而使一序预成形坯料在二序挤压凸模的挤压作用下形变后成形为二序成形坯料，本发明方法中，二序压紧凸模50的压紧模板呈板状，容易设计成形；二序凹模40成形模腔的补偿量为回弹仿真分析获取成形回转件10补偿量的一半，该二序凹模40成形模腔的补偿量容易实现，进而可降低工人的劳动强度，并提高零件成形效率和零件成形质量。

可选地，如图4所示，二序凹模40的成形模腔包括相连的有效型面(b’-e’)段及补充型面(d’-f’)段；补充型面(d’-f’)段由有效型面(b’-e’)段的顶端逐渐往二序凹模40的成形模腔的回转轴线方向收口，且收口的幅度大小根据一序预成形件70的厚度变化相关。通过增设补充型面(d’-f’)段，不仅使一序预成形件70上变形较大段转移至补充型面(d-f)段上，进而使一序预成形件70的有效型面(b-e)段的减薄量变小，还均横一序预成形件70的变形，不使一序预成形件70上某处过渡减薄，从而使成形出的二序成形件80回弹均匀，最终提高成形回转件10成形后质量。

本发明方法为回转体类零件精确成形提供一种复合补偿回弹充液的成形方法，提高了零件的成形精度和稳定性，且通过充液拉伸工序和模具合理的补充工艺型面的结合使有用坯料轮廓变形均匀，使材料变形进入塑性变形区，达到一个可控的范围，减小零件成形后的收缩变形，且预先通过对模具的合理补偿，使零件成形达到可控的公差范围，该发明方法通过合理的补充工艺型面和预补偿模具的复合，克服以往实际制件中通过反复修模具达到成形精度，不需要修模即可达到零件需要的精度，大大节约了成本和提高了生产效率，本发明方法适合材料有不锈钢、高温合金、铝合金、钛合金以及非金属塑性良好的材料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。