[发明专利]一种异形截面锥体弧段滚压加工工艺

说明书

一种异形截面锥体弧段滚压加工工艺，属于塑性变形滚压加工技术领域。本发明提供了一种异形截面锥体弧段的滚压加工方法。本发明包括如下步骤：步骤一：C边无余量平直滚压，实现C边无余量成形，省掉后续极其繁琐、困难的车加工去除余量工序；步骤二：在线排冲叶形孔，将三维空间叶型孔转换成二维平面状态，达到高效的在线平面冲切目的；步骤三：在线锥台滚压成形，将平直的C型条带进行水平侧弯，形成扇形，再进行卷曲，形成异形截面锥体，之后下线切断，即获得锥体弧段。

技术领域：

本发明涉及一种塑性变形滚压加工工艺，特别涉及一种航空发动机使用的高温合金异形截面锥体弧段滚压加工工艺。

技术背景：

滚压成形（Cold Roll Forming）是通过顺序配置的多道次成型轧辊，把卷材、带材等金属板带不断地进行横向弯曲，以制成特定端面型材的工艺技术。塑性弯曲和任何一种塑性变形一样，都伴随有弹性变形。外加弯矩卸去以后，板料产生弹性恢复，消除一部分弯曲变形的效果，使弯曲件的形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，这种现象称之为回弹。回弹使工件形状、尺寸与模具的形状尺寸不一致，影响弯曲件的尺寸精确性。因此，回弹成为弯曲工艺设计中的一个非常重要的问题。影响回弹的因素较多：有材料的机械性能、相对弯曲半径、弯曲角、弯曲条件等。

本技术方案所采取滚压成形工艺实际上就是渐进的连续弯曲，其显著特点是参与变形的毛料较普通弯曲工艺明显增加，且在约束状态下连续变形，是从改善弯曲条件着手控制回弹，主要研究滚压成形工艺过程的技术措施，替代原有的多序冲压弯曲、非传统工艺加工孔、以及效率低下的余量去除加工。

航空发动机高压压气机静子封严护罩，简称C型件，其结构如图1所示。C型件材料为厚度0.71mm的带材，镍基高温合金Incone 625，室温σ_b≥830MPa，弹性模量205GPa，变形抗力大，冲压成形后回弹严重。图2是其截面图，图中尺寸单位为英寸。由图2可以看出C型件为锥台扇形段，其成形弹性回复状况非常复杂，控制难度较大。军机相似件采用多次冲压弯曲工艺，并需手工校正配合，C边余量需车加工去除，产品一致性较差，尤其生产效率较低。

发明内容：

针对C型件结构特点和现有加工工艺存在的问题，本发明提供一种滚压加工工艺，可以解决航空发动机使用的高温合金异形截面锥体弧段的加工效率低、产品质量不稳定等问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种异形截面锥体弧段滚压加工工艺，包括如下步骤：

步骤一：C边无余量平直滚压；

根据成形道次数N与形状因子函数Ф1＝Fnt的关系，经过工艺计算，需5道次。考虑C型件所用材料Incone 625的屈服强度数倍于普通碳钢，将滚压C型截面道次确定为9次。并据此制作各道次辊轮，完成平直C型截面滚压。重要的，通过计算和对滚轮组调试，精准确定毛料幅宽，并订购该幅宽带材，实现C边无余量成形。省掉后续极其繁琐、困难的车加工去除余量工序； 这里的形状因子函数Ф1，是断面总弯曲数n、板厚t及左右立边长度之和F之积Fnt定义的断面形状表示值。形状因子函数不包括底部腹板宽，这是由于考虑底部腹板只送断面型材，不参与弯曲；

步骤二：在线排冲叶形孔；C型件曲面上的叶形孔是法向均布排列的，一般是在冲压成形曲面后再采用非传统加工方式，如激光切割，完成三维孔形加工。这就涉及二次定位带来偏差，并需较复杂定位工装在五坐标机床加工；首先将曲面零件进行钣金展开，获得平面排列的叶形孔二维图，使排孔冲切成为可能；其次，在滚压线上布置读码器，滚过指定长度时辊轮驱动电机暂停，同时开启线上冲切模完成一次冲程，之后驱动电机再次运转，如此往复，完成空间形孔的二维平面冲切。而设计要求的空间位置则通过后续的锥台滚压一并实现；

步骤三：在线锥台滚压成形；

在线锥台滚压成形是通过两组滚轮完成的：先将平直的C型条带进行水平侧弯，形成扇形，之后再进行卷曲，获得异形截面锥体。过程示意如图3。之后下线切断，即为锥体弧段。