[发明专利]复杂带筋曲面构件径轴向包络辗压成形方法

说明书

本发明涉及复杂带筋曲面构件径轴向包络辗压成形方法，将毛坯置于凹模中，通过辗压模成形复杂带筋曲面构件，包括以下步骤：S1、毛坯设计：所述毛坯为平面板料，其形状与待成形复杂带筋曲面构件外轮廓形状一致，且其外轮廓尺寸大于复杂带筋曲面构件外轮廓尺寸；S2、辗压模锥角设计；S3、径轴向包络辗压中心O′确定；S4、辗压模形状设计；S5、径轴向包络辗压初始阶段；S6、径轴向包络辗压成形阶段；S7、径轴向包络辗压成形结束阶段；S7、径轴向包络辗压成形结束阶段；S8、构件顶出。本发明通过径轴向包络辗压成形方法制造的复杂带筋曲面构件，构件回弹减小，成形精度高，有效解决了传统切削加工回弹大的难题。

技术领域

本发明涉及复杂带筋曲面构件制造技术领域，更具体地说，涉及一种复杂带筋曲面构件径轴向包络辗压成形方法。

背景技术

复杂带筋曲面构件广泛用于制造火箭、飞机舱体、储箱箱体等，其力学性能直接影响舱体、箱体的承载能力和服役寿命。目前复杂带筋曲面构件的制造方法有两种。一种是切削加工方法，即将坯料切削成复杂带筋曲面构件，该方法材料利用率低，制造周期长，并且制造过程中构件的金属流线被切断，降低构件力学性能，影响舱体和箱体的服役寿命。另一种是将切削的复杂带筋平面构件弯曲成曲面构件，该方法弯曲工艺复杂，构件回弹严重，筋板精度难以保证，并且筋板易于失稳甚至折断，且筋板和底板容易产生应力集中，严重影响构件可靠性和服役寿命。综上，现有制造方法不能满足复杂带筋曲面构件高性能、高效率、低成本制造要求，复杂带筋曲面构件高性能、高效率、低成本制造技术已成为国际重大装备制造技术研究的前沿。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种成形精度高、工件性能优异、制造效率高的复杂带筋曲面构件径轴向包络辗压成形方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种复杂带筋曲面构件径轴向包络辗压成形方法，将毛坯置于凹模中，通过辗压模成形复杂带筋曲面构件，包括以下步骤：

S1、毛坯设计：所述毛坯为平面板料，其形状与待成形复杂带筋曲面构件外轮廓形状一致，且其外轮廓尺寸大于复杂带筋曲面构件外轮廓尺寸；

S2、辗压模锥角设计：所述辗压模为锥体，其锥角由公式(1)确定：

式中：α是旋转角，复杂带筋曲面构件绕转动轴旋转α角后的几何形状和旋转前完全重合；m₀是正整数，并且m₀需要满足条件保证径轴向空间包络成形结束后，辗压模在退出过程中不和复杂带筋曲面构件的筋板发生干涉；

S3、径轴向包络辗压中心O′确定：径轴向包络辗压中心O′是复杂带筋曲面构件的转动轴和辗压模轴线的交点，距离复杂带筋曲面构件底板上表面的垂直距离为h；

S4、辗压模形状设计：辗压模是由多个凸台组成的锥体，凸台顶部用来成形构件曲面底板，凸台之间的间隙用来成形构件复杂筋板；辗压模几何形状按公式(2)设计；

式中：坐标系z轴为复杂带筋曲面构件转动轴，坐标原点O为z轴和复杂带筋曲面构件底板上表面交点，ρOθ平面为经过坐标原点并垂直z轴的平面；(ρ,θ,z)为复杂带筋曲面构件表面任意点的极坐标，(ρ′,θ′,z′)为锥形辗压模对应点的极坐标；

S5、径轴向包络辗压初始阶段：将加热后的毛坯放入预热的凹模上方，凹模带动毛坯绕自身轴线以转速n₁做匀速旋转运动，锥形辗压模位于凹模一侧，其绕自身轴线以转速n₂做匀速旋转运动，同时可沿凹模轴线做上下直线运动，沿凹模径向做水平直线运动；凹模轴线和辗压模轴线位于同一平面内；预热的锥形辗压模从凹模外侧移动到毛坯上方指定位置，此时径轴向包络辗压中心O′位于点O″位置，点O″的坐标(ρ₀,θ₀,H)由公式(3)设计；