一種等壁厚曲母線零件精確成形方法與流程
2023-07-05 21:15:16 2
本發明涉及精確塑性加工技術領域，尤其涉及一種等壁厚曲母線零件精確成形方法。
背景技術：
曲母線零件是機械製造中的一種常見零件，隨著科學技術的發展其應用日益廣泛，涉及航空、航天、壓力容器等諸多應用領域。
目前，曲母線零件的加工製造方法大多是卷焊獲得錐筒後再通過脹形（鈑金衝壓、內高壓等）完成，該工藝主要存在以下不足： (a)加工過程中零件強化較少，產品強度相對較低，尤其是焊縫處強度削弱較為嚴重；(b)焊縫處存在焊接應力和焊接變形，產品精度較低；(c)焊縫檢測較為繁瑣，往往成為後續測試及使用的潛在風險隱患；(d)工序較多，效率較低，產品一致性也較差。
旋壓是一種精確塑性成形加工工藝，採用旋壓工藝成形曲母線零件的報導已經有很多，如封頭類零件的旋壓成形，但由於旋壓工藝的工藝特性，通常獲得的零件為變壁厚零件，若有等壁厚要求，需要通過後續的機加工獲得。
比如申請號為201410039773.0，發明名稱為「一種成形直筒- 擴張段複合的鈦合金等壁厚曲母線薄壁迴轉體構件的模具和方法」，該專利申請是採用旋壓-擠壓工藝獲得等壁厚零件，而且零件的等壁厚特徵是通過擠壓工藝獲得；，並且該專利申請屬於熱成形領域。
技術實現要素：
本發明的目的就在於提供一種等壁厚曲母線零件精確成形方法，以解決上述問題。
為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的：一種等壁厚曲母線零件精確成形方法，包括以下步驟：
1）採用機械加工工藝獲得變壁厚錐形坯料；
2）採用強力冷旋壓工藝完成零件前部分成形；
3）採用強普熱旋壓工藝完成零件後部分成形；
4）依據圖紙要求，完成後續機械加工。
作為優選的技術方案：步驟1）中，所述坯料長度在通過塑性變形體積不變原理計算獲得的基礎上加30～40mm的餘量。坯料熱處理狀態為廠家可直接供貨的退火態；通過產品強度要求確定道次減薄率，從而計算確定錐形坯料小端壁厚，大端壁厚通過坯料材料極限減薄率反算確定。
作為優選的技術方案：步驟2）中，零件前部分對應坯料厚度與正弦率計算壁厚偏差小於15%，零件後部分對應坯料厚度與正弦率計算壁厚偏差大於15%。即待加工零件前後部分的分界以分界點處對應坯料壁厚與正弦率計算壁厚的偏差不超過15%為界。
作為優選的技術方案：步驟3）中, 零件前部分對應坯料厚度與正弦率計算壁厚偏差小於15%，零件後部分對應坯料厚度與正弦率計算壁厚偏差大於15%。
作為優選的技術方案：步驟3）中, 採用火焰槍或感應線圈對坯料後半部分進行加熱，通過多道次普旋對坯料進行收口，最終通過一道次強旋進行精整貼模成形。整個過程僅需一套模具，生產效率高，製造成本低。
作為優選的技術方案：步驟4）中,主要針對成形零件端頭餘料進行機械加工。加工難度極低，效率極高。
本發明首次將旋壓工藝應用到等壁厚曲母線零件製造領域，可以解決採用旋壓工藝獲得等壁厚曲母線零件的核心技術問題。
與現有技術相比，本發明的優點在於：本發明利用旋壓方法成形等壁厚曲母線零件，具有產品強度高、精度高、操作簡單、生產效率高、產品一致性好以及成形後零件的組織和機械性能得到改善等諸多優點。
附圖說明
圖1為某等壁厚曲母線零件示意圖
圖2為某等壁厚曲母線零件旋壓坯料示意圖
圖3為某等壁厚曲母線零件旋壓成形示意圖
圖4為某等壁厚曲母線零件旋壓芯軸示意圖
圖5為某等壁厚曲母線零件旋壓旋輪示意圖
圖6為某等壁厚曲母線零件旋壓尾頂示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步說明。
本實施例以某等壁厚曲母線零件製造方法為例，詳細闡述採用強普結合旋壓工藝獲得該類零件的核心技術問題：
本實施例目標產品材料為5A06，結構尺寸如圖1所示，其中壁厚要求δ=3±0.1mm，強度要求σs≥309Mpa、σb≥417MPa。總體而言，產品精度要求較高，產品強度也遠高於母材抗拉強度315Mpa這一指標；
本實施例確定的加工方案為「機械加工（鍛坯）-旋壓-機械加工（成品）」。其中，採購的鍛坯供貨狀態為5A06-O，原材料標準按GJB2351-1995執行。對鍛坯機械加工後，獲得旋壓前坯料如圖2所示，該坯料的設計過程為：1）首先，根據產品型面確定旋壓芯軸型面，根據旋壓芯軸端點處切線角度確定錐形坯料內型面錐度為7.89°；2）其次，通過產品強度要求，確定5A06的道次減薄率為30%左右，極限減薄率為50%左右，依次確定錐形坯料小端壁厚為4.25mm，大端壁厚為6.25mm；3）通過塑性成形體積不變原理計算坯料長度為765mm，預留加工餘量最終取坯料長度為802mm；
採用旋壓工藝成形等壁厚曲母線零件的難點之一在於旋壓毛坯的幾何狀態設計，若幾何狀態設計不合理，在旋壓成形過程中不均勻變形就會加劇，導致成形過程不穩定，甚至發生零件失穩、拉裂等缺陷，本發明通過大量實驗，很好地解決了這個問題；
本實施例中等壁厚曲母線零件旋壓成形模具關鍵部件及結構如圖3所示，包括旋壓芯軸1（圖4）、旋輪2（圖5）、尾頂盤3（圖6）。其中，旋壓芯軸1通過主軸法蘭盤與設備主軸連接，旋輪2通過旋輪軸與旋輪座連接，尾頂盤3通過尾頂安裝套與設備尾頂連接。本實施例使用的設備為CZX1500/2CNC數控旋壓機，設備採用西門子840D控制系統，通過伺服驅動主軸實現旋壓芯軸1的軸向進給運動及轉動，通過伺服驅動旋輪座實現旋輪2的徑向及軸向進給運動，通過驅動尾座液壓油缸實現尾頂盤3頂緊坯料；
將坯料裝上旋壓芯軸1後，驅動尾座液壓油缸通過尾頂盤3頂緊坯料。通過設備工裝，調整旋輪2端面軸線與旋壓芯軸1中心軸呈10°夾角。
通過計算對比坯料壁厚與標準正弦率壁厚差值確定850mm處為產品前後端分界點，成形過程為：1）產品前850mm長採用一道次強旋成形，成形過程中主軸轉速為50r/min，旋輪沿軸向進給速度為30mm/min；2）產品後半部分採用3道次普旋進行收口，後採用一道次強旋進行精整貼模旋壓，各道次間採用火焰槍對坯料進行加熱，加熱溫度控制在200℃±15℃，通過手持式紅外測溫儀檢測溫度變化；3）普旋收口階段各道次坯料大端下壓量分別為10mm，9mm，8mm，主軸轉速為80r/min，旋輪沿軸向進給速度為240mm/min；4）最終精整貼模旋壓過程中主軸轉速為50r/min，旋輪沿軸向進給速度為30mm/min。成形後產品壁厚控制在3±0.1mm；
最終根據圖紙要求，利用車床僅對零件兩端進行機械加工，獲得合格產品。
本實施例所得產品抗拉強度由原材料的315MPa左右提高至450MPa左右，屈服強度由155MPa左右提高至350MPa左右，壁厚公差控制在0.1mm內，型面整體偏差在0.5mm內，產品一致性好，與焊接脹形工藝相對，加工效率提高30%以上。
本發明未公開技術屬本領域技術人員公知常識。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。