[发明专利]一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法

说明书

本发明属于塑性加工技术领域，具体公开了一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，为旋压芯模旋转带动筒形坯料转动，流动旋压旋轮对筒形坯料先径向进给再轴向进给，在未变形区域继续径向进给再轴向进给，至筒形坯料所有区域完成变形，流动旋压旋轮换为异型截面筋旋挤旋轮，对不等厚筒形坯料的厚壁区轴向挤压成形得到异型截面筋，异型截面筋旋挤旋轮换回流动旋压旋轮，对不等厚筒形坯料的薄壁区先径向进给再轴向进给，对不等厚筒形坯料的薄壁区减薄，获得异型截面筋筒形件。本发明减小了挤压荷载，提高了工艺柔性，使得大直径薄壁的异型截面筋筒形件整体成形，而且工序简单，操作方便。本发明适用于异型截面筋筒形件的整体成形。

技术领域

本发明属于塑性加工技术领域，具体地说是一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法。

背景技术

重型运载火箭和空间飞行器等航空航天装备作为国家国际竞争的制高点，是国家科技水平的重要标志，这就要求这些高端装备要具有大运力、远射程、低能耗、长寿命的特点，进而，其关键构件也要具有高性能、高可靠性、轻量化和高功效的特点，因此，采用轻质高强材料，加工为复杂、薄壁、整体化、轻量化的跨尺度复杂结构成为必然的选择。具有异型截面筋的高强铝合金筒形件就是其中一类典型的代表，其外部设计有异型截面筋，能大幅提高该类构件的强度和刚度，并减轻构件重量。但是，大直径薄壁异型截面筋筒形件筒体的大直径和薄壁，以及局部极端复杂型面的结构复合，使得传统塑性成形工艺难以协同二者变形而整体成形。大直径薄壁异型截面筋筒形件整体成形的困难有三方面：一是如何实现大直径薄壁极端尺寸筒体成形，即“成筒”难题；二是如何成形出异型截面筋局部极端复杂结构，即“成筋”难题；三是如何使筋、筒两种不同极端复杂结构的变形协调，即“筋筒结构的变形协调”问题。

现有的机械铣削纯机加工通过减材虽然可以实现整体制造，但是机械加工去除量大、周期长、材料利用率低，而且铣削会切断金属流线并产生复杂残余应力，导致形状畸变与微裂纹，进而影响构件服役性能。分块成形蒙皮和桁条、隔框、型材等部块再铆接/焊接的组装制造方法非整体成形，还带来铆钉/焊缝的无效增重和局部应力集中导致的服役隐患，并且存在工序多、流程长等问题。由此可见，现有铣削纯机加和分块成形+铆/焊接组装制造方法均无法满足大直径薄壁异型筋筒跨尺度构件的高性能高效整体成形需求。若采用传统的整体加载成形内外筋结构，不但存在成形载荷大等问题，更缺乏调控筋与筒变形的工艺柔性，而且受模具结构与脱模限制，成形这些极端复杂结构的难度非常大甚至不可能。例如，锻造、轧制、摆辗等工艺，其适合加工筋板构件，但难以适用于筋筒/环类构件的成形；而采用挤压成形整体加载方式，其塑性成形工艺主要涉及到的都是矩形、梯形等较简单的规则截面筋结构，还难以拓展应用于异型截面筋复杂结构的成形。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，以实现大直径薄壁异型截面筋筒形件的整体成形。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，包括以下步骤：

S1、尾顶机构将筒形坯料固定在旋压芯模上，在筒形坯料的两侧设置流动旋压旋轮，旋压芯模旋转，并带动筒形坯料转动；

S2、筒形坯料转动过程中，将流动旋压旋轮移动至待变形区域的起旋位置，流动旋压旋轮对筒形坯料先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量进行轴向进给，形成厚壁区和薄壁区，将流动旋压旋轮旋出并移动至未变形区域；

S3、重复步骤S2至筒形坯料所有区域完成变形，得到不等厚筒形坯料；

S4、将流动旋压旋轮更换为异型截面筋旋挤旋轮，异型截面筋旋挤旋轮对不等厚筒形坯料的厚壁区进行轴向挤压成形，得到异型截面筋；

S5、将异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮，流动旋压旋轮对不等厚筒形坯料的薄壁区先进行径向进给下压至第二预定减薄量，再进行轴向进给，对不等厚筒形坯料的薄壁区进行减薄，获得异型截面筋筒形件。