[发明专利]一种薄壁多环高筋构件空间包络成形方法

权利要求书

1.一种薄壁多环高筋构件空间包络成形方法，薄壁多环高筋构件包括腹板、内圈高筋和外圈高筋，其特征在于，包括以下步骤：

S1、坯料设计：坯料为圆盘料，圆盘料的底面直径为薄壁多环高筋构件的最大外圆直径；

S2、预制坯热锻成形：将S1中的圆盘料加热至950℃～1150℃，放入预制坯凹模中，在压力机的加载下将圆盘料锻打成预制坯形状；预制坯的外圈高筋高于内圈高筋，并且预制坯底面中部带有用于预制坯在空间包络成形的终锻凹模中精确定位和容纳多余金属的凸台；完成预制坯热锻成形后，预制坯凹模内均匀分布的第一顶出杆上行，将预制坯顶出预制坯凹模型腔；

S3、预制坯软化与润滑处理：将S2所得预制坯进行退火处理、喷丸去氧化皮处理和磷皂化处理；

S4、空间包络成形：将预制坯放入空间包络成形的终锻凹模型腔内，预制坯底面与终锻凹模型腔底面接触，预制坯外圈高筋的外侧面与终锻凹模的内壁接触，定位凸台型面与终锻凹模底部的定位槽型面接触；包络模为带有内凸台和外凸台的锥体，预制坯在终锻凹模的推动下向包络模靠近，使得预制坯的高筋型面与作旋转包络运动的包络模发生接触；在包络模的空间包络运动下，预制坯发生连续局部塑性变形，迫使金属向包络模的内圈高筋、外圈高筋型腔中流动，包络模内凸台和外凸台之间的间隙用来成形构件内圈高筋，包络模外凸台与凹模之间的间隙用来成形构件外圈高筋，从而成形终锻件的高筋型面；包络模内外凸台顶部和凹模底部用来成形构件腹板；终锻件的高筋型面和腹板完全成形后，多余金属从外圈高筋流出终锻凹模形成飞边；

S5、开模与脱模：完成S4后，包络模继续保持旋转包络运动，终锻凹模开始反向运动，终锻件随终锻凹模下行至初始位置；此后设在终锻凹模内的均匀分布的第二顶出杆向上顶出终锻件，完成终锻件的脱模；

S6、高筋端面机加工：以S5所得终锻件的底面和外圈高筋外侧面为定位基准，将终锻件置入定位座内，并由推杆沿轴向压在高筋型面的底面中部区域，在定位座和推杆的作用下将终锻件固定在车床上；车床带动终锻件旋转，车刀沿终锻件的径向进给，切除高筋端面的斜飞边和预设的加工余量，获得薄壁多环高筋构件。

2.根据权利要求1所述的薄壁多环高筋构件空间包络成形方法，其特征在于，薄壁多环高筋构件的终锻件设计方法为：薄壁多环高筋构件的内、外圈高筋顶部均增高3mm～5mm；终锻件的分模面为增高后的外圈高筋顶部所在平面；在终锻件外圈高筋的外侧面顶部设有斜飞边，飞边斜度为45°～60°。

3.根据权利要求1所述的薄壁多环高筋构件空间包络成形方法，其特征在于，薄壁多环高筋构件的预制坯设计方法为：预制坯的外圈高筋高度为终锻件外圈高筋高度的60％～70％，预制坯的内圈高筋高度为终锻件的内圈高筋高度的20％～30％；预制坯的内、外圈高筋厚度单边小于终锻件内、外圈高筋厚度0.5mm；预制坯上不设计飞边；将内、外圈高筋的高度和厚度上所减少的金属补偿到预制坯底面上，保证预制坯和终锻件具有相等的体积。

4.根据权利要求1所述的薄壁多环高筋构件空间包络成形方法，其特征在于，包络模的包络锥顶点P选取在薄壁多环高筋构件轴线与高筋型面的交点处；以包络锥顶点P为原点，薄壁多环高筋构件轴线为z轴，任一薄壁多环高筋构件的径向为x轴建立直角坐标系；

将z轴在xz平面内绕包络锥顶点P向+x轴方向旋转γ角，获得旋转后的z′轴线；在xz平面内获取一条由坐标原点向+x轴方向延伸的高筋型面的径向轮廓线l；将径向轮廓线l绕z′轴旋转一周即可获得用于成形高筋型面的包络模。

5.根据权利要求1所述的薄壁多环高筋构件空间包络成形方法，其特征在于，用于终锻件脱模的第二顶出杆的轴线与终锻件轴线之间的距离R由公式(1)计算所得；第二顶出杆的直径d由公式(2)计算所得；

R＝(D₁+D₂-t₁-t₂)/4 (1)

d＝(D₂-D₁-t₂+t₁)/2 (2)

其中，D₁为内圈高筋的外侧面直径，D₂为外圈高筋的外侧面直径，t₁为内圈高筋的厚度，t₂为外圈高筋的厚度。