[发明专利]一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法

权利要求书

1.一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法，其包括按顺序进行的下列步骤：

1)选择微沟槽，根据金属薄壁件性能要求，通过流体软件进行仿真，选择减阻效果最好的微沟槽形状、尺寸和位置；

2)微沟槽成形仿真，通过有限元软件进行仿真，试验件为金属薄壁件，选取渐进成形工具，分析仿真结果，选择尺寸和形状精度最好的工艺参数；

3)纳米梯度结构试验，选择最小晶粒尺度达到纳米级的工艺参数组合；

4)数控渐进成形试验，选择使形状和尺寸精度最高的工艺参数组合；

5)形表一体数控渐进成形工艺参数选择；

6)进行形表一体数控渐进成形，以步骤5)中工艺参数组合进行形表一体数控渐进成形，同时得到纳米梯度结构和薄壁件尺寸外形，然后换用步骤2)中成形工具，并以其中工艺参数成形出设计的微沟槽，获得兼具纳米梯度结构和微沟槽的高精度金属薄壁件；

步骤3)中纳米梯度结构试验，试验件为平板，工具轨迹在同一平面上且平行平板，工具碾压材料积累塑性变形使晶粒细化，对试验件进行微观表征，选择最小晶粒尺度达到纳米级的工艺参数组合，包括工具直径、工具速度、步进距离、压下量、加工道次，步骤3)中所述工艺参数的范围如下：工具直径5～10mm、工具速度1000～10000mm/min、步进距离0.01～3mm、压下量为厚度的0.1％～1％、加工道次1～1000次。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当金属薄壁件外形平缓时，步骤2)中微沟槽成形仿真时，在渐进成形工具头部开微沟槽作为模具，尺寸形状与步骤1)中选择的微沟槽相同，工具挤压材料流入模具形成微沟槽，分析仿真结果，选择尺寸和形状精度最高的工艺参数组合，包括工具微沟槽数量、工具直径、工具速度、压下量、步进距离，步骤2)中所述工艺参数范围为：工具微沟槽1～10个、工具直径1～20mm、工具速度5000～10000mm/min、压下量0.001～0.1mm、步进距离大于微沟槽宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中数控渐进成形试验：在不同工艺参数组合下，数控渐进成形金属薄壁件，对成形件进行精度测量，选择使形状和尺寸精度最高的工艺参数组合，包括工具直径、工具速度、步进距离，步骤4)中所述工艺参数的范围如下：工具直径5-20mm、工具速度5000～10000mm/min、步进距离0.1～10mm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5)中形表一体数控渐进成形工艺参数选择：采用灰色关联度分析，以薄壁件形状精度和尺寸精度，微沟槽形状精度、尺寸精度和位置精度，微观纳米梯度结构评价指标最小晶粒尺寸为目标，通过标准化处理、关联度分析，将其转化为取最大关联度系数的单目标问题，获得最优工艺参数组合，步骤5)中最优工艺参数组合为：工具上开1个微沟槽，微沟槽的尺寸、形状与步骤1)中相同，工具直径10mm、工具速度5000mm/min、步进距离0.8mm、压下量35μm、加工道次10次。

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述微沟槽形状为V形、锯齿形、梯形或弧形，微沟槽特征尺寸为0.05～1mm；步骤3)中平板试验件材料厚度与所述金属薄壁件相同，长宽为100mm×100mm。

6.一种金属薄壁件，其特征在于，使用权利要求1-5任一项的方法制备，在金属薄壁件成形的同时，制备出具有纳米梯度结构和表面微沟槽的高精度金属薄壁件。