[发明专利]一种大截面比三角形截面薄壁扭曲管的成形方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机制造领域，涉及钣金成形方法，具体涉及一种大截面比三角形截面薄壁扭曲管的成形方法。

背景技术

新型航空发动机高压涡轮导向器内冷气导管材料为镍基高温合金，参见图1，壁厚为0.2mm，导管长度约为67mm，其形状沿长度方向存在弯曲和扭转。其横截面呈近似三角形，三角形截面最小锐角仅为24°，最小转接圆弧半径仅为1.1mm。其横截面尺寸变化较大，最大截面边长约为30×23×14mm，周长66mm，最小截面边长约为16×13×9mm，周长37.5mm，最大、最小截面周长之比为1.76。

由于该导管尺寸小，横截面尺寸变化大，并带弯曲和扭转，成形非常困难。对于变截面的细小管件，一般采用圆管进行内高压胀大成形。由于该导管最大、最小截面尺寸差异大，若按最小截面尺寸确定圆管直径，最大截面处会因胀量太大而破裂。

为了减小最大截面处的胀量，选用比最大截面尺寸小、而比最小截面尺寸大的一个比较适中圆管，胀形前就需要对管坯进行缩径加工，使管坯截面周长均小于零件对应截面周长。但是，由于管壁太薄，而最小截面尺寸也太小，缩径量很大，缩径时容易产生失稳起皱或破裂，难于获得变截面的圆形管坯。

如果采用其它结构的预制坯，都应该通过预成形使预制坯形状接近零件形状，因为预制坯的圆角半径与零件要求的圆角半径差别较大时，就很难通过胀大达到零件要求的圆角半径。在胀大时，较小的内压力就会使圆角两个边贴模，一旦贴模就会形成接触摩擦，接触摩擦将阻碍材料向角部流动。按一般认识，内压越大，圆角半径应该越小，但是根据有关资料的研究结果，摩擦作用将产生极限圆角半径，当内压增大到一定值时，圆角半径将不再减小。如果内压继续增大，零件就会在圆角过渡处破裂。那么，采用何种形状的预制坯、预制坯圆角半径多大、以及如何获得需要形状尺寸的预制坯是能否获得合格零件的关键，也是该零件制造的最大难点。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种大截面比三角形截面薄壁扭曲管的成形方法，解决了小锐角三角形截面因极限圆角制约而导致的圆角成形不到位问题，解决了截面变化率大而导致的截面胀量差异大、成形破裂的难题，成形出合格零件，并提高了生产效率。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案为：包括以下步骤：

1)对板料折弯后沿纵向切割焊缝，并纵向焊接得到三棱锥管，所述三棱锥管的横截面圆角半径小于等于成品零件对应横截面的圆角半径，三棱锥管的焊缝在焊接面的中分线上，采用直焊缝，三棱锥管的大端头增加胀大时用的工艺压边段和焊接引弧段，在小端头增加形状过渡段和焊接收弧段；

2)采用预成形模将三棱锥管锻压成与成品零件形状接近的预成形件，预成形件产生弯曲和扭转，并使三棱锥管的大端口部扩成锥形；

3)对预成形件退火后进行胀大成形，胀大成形模采用阴模和阳模，阳模与预成形件性状相同，且胀大成形前将阳模深入预成形件的管腔内，胀大成形后开模切除两端工艺段，即得到成品零件。

所述步骤1)中板料的形状为共斜边的两个梯形拼接，且两个梯形沿共斜边对称，该共斜边为板料的中折弯线。

所述步骤1)中板料的两端梯形上分别设有弯折线，弯折线向外分别设焊缝切割线，焊缝切割线分别向外增加切割焊缝的切割余量。

所述步骤1)中对板料切割焊缝采用线切割。

所述步骤2)中预成形模的上、下模合模后，采用水平的扩口型块顶入三棱锥管的大端口部内，将大端口部扩成锥形。

所述步骤2)中预成形前在三棱锥管内灌注石蜡。

所述步骤3)中胀大成形时在预成形件的大端口部加装内压边圈。

所述步骤3)中阳模采用聚氨酯软阳模。

所述步骤3)中阴模采用左右对开分瓣式。

所述步骤3)中胀大成形模由大于100吨的单轴四柱液压机驱动。

与现有技术相比，本发明将薄板板料预制成三棱锥管进行内压胀大成形，预制件结构简单，容易制造，使预制件三角形截面的转接圆弧半径按成品零件对应转角的最小圆弧半径设计，减小了胀大成形时的极限圆角限制，保证了零件的形状要求，同时按对应截面周长近似相等原则，对预制件截面三角形的边长进行优化设计，减小了胀量，降低了破裂风险。本发明解决了新型航空发动机制造方面的一个技术难题，保证了新型航空发动机的研制要求，对国防建设具有重大的现实意义，本发明使冷气导管的成形合格率大幅提高，而单台发动机所需的冷气导管数量大，所用高温合金材料价格高，合格率的提高能够大幅降低生产成本，用于批产能够产生很大的经济效益。