[发明专利]一种航空发动机异形封严环3D液压成形方法

权利要求书

1.一种航空发动机异形封严环3D液压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定毛坯送料方式：

将毛坯（1）两端卡在前模（6）和后模（7）的限位台阶槽（3）里，所述毛坯（1）与所述限位台阶槽（3）保持紧密贴合、相对静止，同时毛坯（1）经预胀形紧靠在所述前模（6）和所述后模（7）的唇口区域（2），在液压与轴向进给作用下，依靠所述毛坯（1）与所述限位台阶槽（3）和所述唇口区域（2）产生静摩擦力，传递轴向载荷，能够推进所述毛坯（1）鼓胀变形，最终成形为封严环；

S2：设计成形装置的密封结构：

通过O型圈（4）配合密封沟槽（5）的挤压密封结构，安装时压缩所述O型圈（4）使其产生初始压力P₀，成形时所述O型圈（4）的压力P_m为：

P_m=P₀+K·P (1)

式中，K为液室压力传递给所述O型圈（4）压力的系数，P为液室压力，密封沟槽（5）的深度h与宽度b相等，深度h与宽度b都小于所述O型圈（4）的直径；

所述O型圈（4）能够承受100MPa以上的液体压力，O型圈（4）为聚氨酯橡胶材料；

S3：确定毛坯尺寸：

毛坯（1）为环形，半径为r，毛坯高度l通过式（2）计算：

(2)

式中，h_f为毛坯成形区高度，通过在三维软件中展开封严环并计算截面线长度确定，s为密封距离，b为密封沟槽宽度，Δ为毛坯端部露出密封沟槽（5）的长度；

S4：确定加载路径与开模高度：

加载路径分为预胀形、合模进给、高压整形三个阶段：

预胀形阶段，在所述前模（6）、所述后模（7）中间放置毛坯（1），保持所述前模（6）和所述后模（7）静止使初始开模间距不变；液室压力逐渐升高，对所述毛坯（1）进行预胀形，使坯料发生塑性鼓胀变形；

合模进给阶段，液室压力不变，所述前模（6）和所述后模（7）推进送料，最终与中模（8）闭合；在液压、前模（6）、后模（7）的联合作用下，所述毛坯（1）填充到模腔内并贴靠模具型腔，本阶段已经成形基本封严环形状；

高压整形阶段，所述前模（6）和所述后模（7）保持不动，液室压力逐渐升高并到达最高值，最终毛坯（1）完全贴靠模腔，成形为所需的截面形状；

根据毛坯（1）的材料与直径，计算合模进给阶段的最小液室压力p_min与高压整形阶段的最大液室压力p_max，具体地，

合模进给阶段的最小液室压力计算公式为：

(3)

式中，t₀为毛坯厚度，σ_s为材料屈服强度，r为毛坯半径；

高压整形阶段的最大液室压力p_max计算公式为：

(4)

(5)

式中，σ_b为材料抗拉强度，n为封严环截面宽度，r为毛坯半径，Δl为封严环截面高度；

根据计算出的合模进给阶段的最小液室压力p_min与高压整形阶段的最大液室压力p_max，设计加载路径，同时根据毛坯高度l设计开模高度；通过有限元软件模拟不同加载路径和开模高度组合下的封严环成形结果，根据封严环的起皱堆叠、型面对称和尺寸超差情况，选取使缺陷最少、成形质量最高的加载路径和开模高度作为最终加载路径和开模高度；

S5：异形封严环3D液压成形：

所述3D液压成形封严环模具包括前模方向（9）、后模方向（10）、液压方向（11）三个方向，首先将板料焊接成半径为r环形毛坯坯料并去应力退火，利用数控线切割机切割毛坯，将毛坯（1）放入所述前模（6）和所述后模（7）中间，根据液压成形设备的运动速度和液室压力加压速度，将最终加载路径拆解为位移—时间加载曲线和液室压力—时间加载曲线，采用PLC控制伺服电机，实现封严环液压成形的所述前模方向（9）、所述后模方向（10）的高精度运动控制；采用PLC控制液压系统，实现所述液压方向（11）的高精度控制；3D液压成形结束后，利用数控线切割机切除余量，最终得到合格的异形封严环。