[发明专利]提高薄壁高筋构件高筋成形极限的复合成形方法

说明书

本发明涉及一种提高薄壁高筋构件高筋成形极限的复合成形方法，用于制造具有薄底座和窄高环筋的薄壁高筋构件，成形方法包括以下步骤：S1、预成形件设计：用于成形目标薄壁高筋构件的预成形件包括薄底座和宽矮环筋；S2、包络‑柔性生长复合成形模具设计：包络‑柔性生长复合成形分为包络预成形和柔性生长成形两个工序，包络预成形模具包括摆动锥模、包络凹模和顶出环组成，柔性生长成形模具包括下模板、制约模、辗压模和脱模顶杆；S3、预成形件包络预成形；S4、柔性生长成形装置拼装；S5、辗压模辗压路线规划与柔性生长成形；S6、目标构件脱模。本发明将包络成形工艺和柔性生长成形工艺相结合，能够有效提高薄壁高筋构件高筋成形极限。

技术领域

本发明涉及薄壁高筋构件成形制造领域，更具体地说，涉及一种提高薄壁高筋构件高筋成形极限的复合成形方法。

背景技术

当前我国资源能源逐渐匮乏，环境污染日益严重，为此航空、航天、航海、高铁、汽车等装备制造领域提出了运载装备轻量化的迫切需求。为了同时满足运载装备的性能需求和轻量化需求，运载装备中大量采用薄壁高筋构件。薄壁高筋构件不仅底座厚度极薄，而且筋窄且高，导致其制造难度极大。目前薄壁高筋构件广泛采用两类工艺制造，焊接工艺和切削加工工艺。焊接工艺是先将薄底座和窄高筋单独制造，再通过焊接技术将二者连接成一个构件，属于非整体式制造，难以制造出组织性能均匀的薄壁高筋构件。切削加工工艺虽然能够实现薄壁高筋构件整体制造，但由于该工艺需要切除大量金属，切削效率低，材料利用率低，并且无法获得连续金属流线，因此该工艺难以实现薄壁高筋构件高效优质制造。相比上述两种工艺，近净塑性成形工艺具有制造效率高、材料利用率高和产品质量优等优点，是实现薄壁高筋构件高效优质制造的重要途径，然而目前尚未提出有效的薄壁高筋构件近净塑性成形工艺。

包络成形工艺是一种先进的连续局部塑性成形工艺，该工艺是通过摆动锥模的多循环辗压运动和凹模的约束作用迫使坯料发生轴向减薄变形，十分适用于成形薄板类构件，但该工艺成形高筋的能力有限，因此难以实现薄壁高筋构件塑性成形。柔性生长成形工艺是通过制约模限制金属径向流动，同时通过辗压模的局部辗压运动迫使坯料发生径向减薄和轴向长高变形，十分适用于成形具有窄高筋的构件，但无法成形薄板类构件。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高薄壁高筋构件高筋成形极限的复合成形方法，其将包络成形工艺和柔性生长成形工艺相结合，能够有效提高薄壁高筋构件高筋成形极限。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高薄壁高筋构件高筋成形极限的复合成形方法，用于制造具有薄底座和窄高环筋的薄壁高筋构件，成形方法包括以下步骤：

S1、预成形件设计：用于成形目标薄壁高筋构件的预成形件包括薄底座和宽矮环筋；保持窄高环筋轴截面外侧壁轴截面轮廓不变，作为宽矮环筋外侧壁轴截面轮廓，将目标构件窄高环筋轴截面内侧壁轮廓向内偏移，获得宽矮环筋轴截面内侧壁轮廓；以上述所建立的宽矮环筋轴截面轮廓为基准，将目标构件窄高环筋转换成具有相同体积的预成形件宽矮环筋；预成形件薄底座尺寸与目标构件薄底座尺寸一致，窄高环筋和宽矮环筋的厚度之比必须保证在目标构件柔性生长成形过程中从窄高环筋内侧壁到窄高环筋外侧壁均发生塑性变形；

S2、包络-柔性生长复合成形模具设计：包络-柔性生长复合成形分为包络预成形和柔性生长成形两个工序，包络预成形模具包括摆动锥模、包络凹模和顶出环组成，柔性生长成形模具包括下模板、制约模、辗压模和脱模顶杆；包络凹模型腔由预成形件宽矮环筋型面和薄底座下表面组合所得；摆动锥模为锥型体，其锥体母线与预成形件薄底座上表面匹配；顶出环为多边形环体，其轴截面形状与宽矮环筋轴截面形状相同；制约模为具有通孔型腔的等轴截面体，其通孔型腔轴截面轮廓与目标构件窄高环筋外侧壁轴截面轮廓相同；辗压模为柱形体，其轴截面轮廓最大曲率半径不大于窄高环筋轴截面内侧壁轮廓最小曲率半径；下模板为光滑平板；