[发明专利]一种燃气涡轮排气道支承壁用钣金件流体成形方法

说明书

本发明提供了一种燃气涡轮排气道支承壁用钣金件流体成形方法，其特征在于，包括下列步骤实现：选择加工支承壁钣金件的设备；成形毛坯料设计；设计流体成形所用的工装；毛坯料装夹定位；充液胀形；成形件余量切除。根据支承壁所用材料屈服强度及结构形式，计算胀形所需设备吨位及充液压力，选择胀形液体介质。

技术领域

本发明涉及大型钣金件的流体成形加工工艺，特别是涉及一种燃气涡轮排气道支承壁用钣金件流体成形方法，属于钣金成形领域。

背景技术

大型燃气涡轮动力装置因具有加速和启动快、功率大等特点而广泛应用于航空、军事、船舶、发电等行业。燃气涡轮动力装置通过燃气发生器加装一个自由涡轮，采用后轴输出功率时，工作后的燃气需要安装排气系统，采用排气蜗壳或排气道形式。排气系统不像压气机和涡轮部件对燃气轮机性能有直接影响，但会间接影响燃气轮机的工作状态。根据文献“周亚峰等,航改燃气轮机总体性能与排气装置的一体化设计,航空发动机, 2008,1(34):7-9]”，燃气轮机的气动性能与排气系统有密切关系。因此，燃气涡轮的排气道根据燃气气动性能及内部流动损失要求设计为变截面曲面形回转体结构件。同时，对于大型排气道设计，既要考虑高温隔热，还需考量结构刚性，因此在排气道设计上需增加加强筋结构，如图1所示。

根据排气道系统设计要求，此类结构需采用耐热高强不锈钢材料加工，且对产品的成形精度要求较高，实现气动力学性能及较小的气体流动损失。同时，考虑排气道本身的工作环境，对于产品成形过程中的材料减薄要求较高，如2mm耐热不锈钢，最小减薄量不大于15％，即产品成形减薄不小于1.7mm。

此类零件的传统成形方式一般有两种。一种是旋压成形，根据产品结构形式，通过设计不同的芯轴及旋轮工具，通过多道次的碾压成形，最终成形。一种是采用拉深方式，设计不同的凸凹模及压边圈，在大型压力机上进行拉深成形。采用旋压成形方式，材料在旋轮与芯轴之间经过多道次碾压，易造成产品材料厚度减薄超差，且大型结构件的芯轴加工制造费用高昂，对于小批次试制难以承受，同时，旋压成形难以实现排气道内加强筋的加工，只能采用后期焊接装配实现；采用拉深成形方式，一方面材料在压边圈与凹模圆角处减薄严重，通常达到30-40％，易超差，另一方面对于排气道喇叭大口处的材料流动阻力较大，成形困难，产品成形工艺性较差，同时对于大型结构件需配套较大吨位的压机及大型的凸凹模，生产上难以实现，而且，拉深成形也无法实现内部加强筋结构的整体成形，只能采用后道焊接装配实现。

总之，传统的两种成形方式均难以满足排气道支承壁高精度、材料减薄少、刚性好的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种成形曲面回转体及加强筋特征的钣金件的流体胀形方法，同时满足高精度的产品型面尺寸及较小的材料厚度减薄率。

本发明的技术解决方案是：一种燃气涡轮排气道支承壁用钣金件流体成形方法，包括下列步骤实现：

(1)选择加工支承壁钣金件的设备；

(2)成形毛坯料设计；

(3)设计流体成形所用的工装；

(4)毛坯料装夹定位；

(5)充液胀形；

(6)成形件余量切除。

进一步，所述步骤(1)中，根据支承壁所用材料屈服强度及结构形式，计算胀形所需设备吨位及充液压力，选择胀形液体介质。

进一步，所述步骤(2)中，流体成形毛坯料设计包括合理的毛坯料尺寸、毛坯料的结构形式以及毛坯料的预加工。

进一步，毛坯料采用板材拼焊形成，截剖面成渐变的锥形。