[发明专利]一种环形外筋筒形件剪切成形方法

说明书

本发明属于金属塑性加工技术领域，公开了一种环形外筋筒形件剪切成形方法，基于筒形件旋压成形工艺，采用环形背压模具对筒形件坯料施加径向约束，并选用剪切旋轮同时改变剪切旋轮的工作角度，使剪切旋轮的剪切工作面与筒形件坯料之间呈装配面方式接触，对筒形件坯料剪切旋压直至形成环形外筋。本发明根据材料剪切分离和剪切变形原理，并结合局部成形工艺的特点，解决了传统工艺当中外筋结构成形困难的问题，可实现对薄壁环形外筋筒形件的高维度精确成形。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，涉及环形外筋筒形件的成形工艺,具体地说是一种环形外筋筒形件剪切成形方法。

背景技术

随着航空航天和先进武器装备等领域的迅速发展，带筋结构件的需求量也日益增加。其中，针对薄壁环形外筋筒形件，由于其自身结构的特殊性，致使现有工艺在对薄壁环形外筋筒形件成形时存在很大局限性。目前，工程上成形薄壁环形外筋筒形件时最常采用焊接技术将外筋与筒体连接，但以该种方式成形的薄壁环形外筋筒形件难以避免会存有焊缝，这不仅降低了外筋筒形件的精度，一定程度上还影响了外筋筒形件的安全性和可靠性。因此，迫切需要开发适用于薄壁环形外筋筒形件的高维度精确成形工艺。

一、以能够直接从平板坯料上成形出筒形件为目的，(李萍,代光旭,杨卫正,等.铲旋工艺的有限元分析及试验研究[J].上海交通大学学报,2019(6).)中提出了一种借助旋轮的进给作用对平板坯料施加压应力的特种旋压技术——铲旋，即通过旋轮对平板坯料施加应压力，发生材料堆积进而实现内壁筒的制造。但是，该工艺在成形过程中平板坯料底部难以发生塑性变形，导致平板坯料底部容易出现不平整的现象，最终形成的构件质量往往较差。并且，该工艺主要针对含法兰盘的双筒形零件内筒的制造，并不适用于薄壁环形外筋筒形件的成形。

二、以通过一个工序实现凸缘结构的成形和整体构件壁厚差异化分布为目的，申请公布号为CN 113020516 A的中国专利申请文件中，提出了一种板材锻造工艺：先对板料进行拉深预成形将板料成形为筒形坯料，然后通过凸模外侧模具的运动剪挤筒形坯料外侧，使得材料发生剪切变形，形成带凸缘的筒形件，最后成形出带外筋的结构件。该工艺结合了拉深工艺和凸模的剪挤作用，对筒形件坯料的厚度有严格的要求。

综上所述，现有技术中的筒形件塑性成形工艺均存在一定局限性，难以适用于对薄壁环形外筋筒形件的高维度精确成形。

发明内容

本发明旨在提供一种环形外筋筒形件剪切成形方法，以解决传统塑性成形工艺中环形外筋结构件成形困难的问题，进而实现对薄壁环形外筋筒形件高维度精确成形的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种环形外筋筒形件剪切成形方法，基于筒形件旋压成形工艺，采用环形背压模具对筒形件坯料施加径向约束，选用剪切旋轮同时调整剪切旋轮的工作角度，使剪切旋轮的剪切工作面与筒形件坯料之间呈装配面方式接触，对筒形件坯料剪切成形直至形成环形外筋。

作为本发明的限定，环形背压模具为分瓣组合拼装式的环状结构，并且，环形背压模具的其中一端面为侧挡面；当环形背压模具安装至数控旋压机后，所述侧挡面位于临近剪切旋轮的一侧。

作为本发明的进一步限定，环形背压模具侧挡面的高度大于环形外筋预计成形高度的15～30mm。

作为本发明的另一种限定，基于筒形件旋压成形工艺，该方法包括以下步骤：

S1、制作筒坯：对原始筒形件端部进行机加工，制备一端带有压肩的筒形件坯料；

S2、安装模具：将筒形件坯料装夹至数控旋压机的芯轴处，再利用环形背压模具对筒形件坯料施加径向约束，并调整剪切旋轮使其剪切工作面与筒形件坯料之间呈装配面方式接触；

S3、剪切旋压：启动数控旋压机，设定芯轴旋转速度ω，令筒形件坯料在芯轴带动下周向旋转；同时，设定剪切旋轮剪入量x、轴向进给速度v，控制剪切旋轮进行轴向进给运动，直至达到轴向进给距离y的设定值，制备形成环形外筋筒形件；