[发明专利]碗型薄壁件的偏心成形装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工工程金属塑性成形技术领域，特别涉及一种碗型薄壁件的偏心成形装置及方法。

背景技术

碗型薄壁回转体零件在航空航天等领域有着重要应用。基于金属在室温下塑性差、强度高，弹性模量小，导热率低，变形抗力大等特点，使得这类零件成形吨位大，金属回弹严重，壁厚控制困难，对生产设备要求高。因此就目前而言，此类零件多采用自由锻成形，零件加有较大余量，材料被大量浪费，后续机加工费用昂贵。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种低载荷、成形精准的碗型薄壁件的偏心成形装置及方法。

实现本发明的技术方案如下：

碗型薄壁件的偏心成形装置，包括水平放置的凹模，以及处于凹模上方呈倾斜布置的凸模，所述凸模的轴心线与凹模的轴心线之间形成夹角γ，所述凹模、凸模围绕各自的轴心线自转，所述凹模的轴心线与凸模的轴心线之间具有偏移距离L，所述凸模沿着偏移距离L后的竖直轴线与凹模进行下降合模或上升分模运动；当凸模下降与凹模靠近合模时，凸模下方处于凹模模腔中并配合对模腔中的预制坯进行局部接触连续成型加工。

所述凹模的轴心线与凸模的轴心线之间具有偏移距离L为1—200mm。偏移距离L越大，成形载荷越小。

碗型薄壁件的偏心成形方法，包括如下步骤，

S1，将圆棒分段锯成饼坯；

S2，对饼坯进行加热到锻造温度并进行1—4小时的保温；

S3，将饼坯在预制模具中制成锥形预制坯；

S4，将锥形预制坯水平放置于凹模中，锥形预制坯的锥形部分处于上方，凹模绕自身的轴心线进行转动，凸模沿着与凹模轴心线偏移距离L的竖直轴线方向下降与凹模进行合模；待凸模与锥形预制坯接触后，凹模带动预制坯绕凹模轴心线旋转，预制坯带动凸模沿其轴心线进行旋转，以对预制坯进行局部接触连续成型加工获得碗型薄壁件；预制坯在成型过程金属做螺旋线运动，有利于预制坯金属的径向和弦向流动，以保证精准成形以及避免对金属组织的破坏。

S5，成形结束后，凸模上升复位，将成形的碗型薄壁件从凹模中取出，再经过精加工，便获得碗型薄壁件成品。

所述锥形预制坯是上表面为平面，上部周围形成锥面的锥形体。在连续局部加载成形过程中，凸模与工件接触区更易发生弦向和径向金属塑性变形，容易出现“蘑菇效应”，即加工过程中工件上方容易出现蘑菇头的形态，导致成形精度差的问题；而将饼坯预制成锥形坯能使轴向、弦向和径向流动速度均衡，避免“蘑菇效应”；同时凸模与坯料开始接触阶段接触面积减小，有利于减小模具与工件坯料间的摩擦，提高模具寿命。

所述凸模下降合模的进给量为2—20mm/rad。避免因凸模进给量较大大，需要增加克服金属变形阻力所需的大载荷。

获得的碗型薄壁件的外径与壁厚比值为10—40。

采用了上述技术方案，即连续偏心局部加载成形，实现了低载荷条件下的大型碗型薄壁件精确成形。连续偏心局部加载成形指的是：在成形过程中，凸模轴心与凹模轴心偏移一定距离后互成一定夹角，凸模与工件形成的投影面局部接触，凸模、凹模和坯料自转使得局部接触区域不断发生变化；当接触区旋转一周，即完成一个加载卸载周期，通过多个周期循环加载，从而实现工件整体成形。就其特点而言，单边余量可控制在1—4mm，极大地提高了材料利用率，降低了生产成本，提高了零件成形精度，其成形载荷仅为传统方法的1/15—1/30，为普通连续局部加载方法的1/2—1/5；并且能细化晶粒，具有优异的性能。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明专利采用了连续偏心局部加载方法，能够实现额定载荷1600t压机上生产开口直径500—1500mm的薄壁碗型件，成形载荷仅是传统工艺的1/15—1/30，是普通连续局部加载方法的1/2—1/5。

(2)本发明制备的薄壁碗型件的尺寸精确，单边余量控制在1—4mm，解决了因回弹严重而导致的壁厚难控制的技术难题，尤其适合生产钛合金、合金钢类大型碗型薄壁件。

(3)本发明的方法适用于大口径(500—1500mm)薄壁碗型件的制备，成形过程中有较大的变形量，能有效细化晶粒，并且能够避免大变形时出现的裂纹、折叠、过热等缺陷。

附图说明

图1为本发明的偏心成形装置结构示意图；

图2为本发明中锥形预制坯的结构示意图；

图3为本发明成形的预制坯在偏心成形装置中变形量30％时的状态示意图；