[发明专利]一种热辅助多旋轮旋压成形高筋薄壁筒形件的方法

说明书

本发明属于金属塑性加工技术领域，公开了一种热辅助多旋轮旋压成形高筋薄壁筒形件的方法，该方法基于筒形件热旋成形工艺，首先采用流动旋轮对筒形件坯料进行分段式减薄；再采用剪切旋轮对筒形件坯料堆积处施加局部剪切变形实现材料分离，并通过与剪切旋轮同步轴向进给的流动旋轮对筒形件坯料施加径向约束，直至形成高筋薄壁筒形件。本发明通过对热辅助流动旋压和剪切成形进行有效结合，解决了高筋结构和筒形件基体一体化成形困难（尤其是镁合金、钛合金等室温塑性变形能力差的材料），改善了剪切成形当中的外筋结构，极大程度地提高了材料的利用率，有利于推动复杂构件高性能精确成形制造的进步、满足航空航天运载装备对先进成形制造技术的需求。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，具体涉及一种热辅助多旋轮旋压成形高筋薄壁筒形件的方法。

背景技术

高筋薄壁筒形件因其整体化、轻量化、高性能等特性，已被广泛应用于航空、航天等领域。近年来，国内外学者通过创新性的改革，成功实现了筋部结构的塑性成形，提高了基体与筋部结构的连接精度，保证了成形后高筋薄壁筒形件结构的可靠性。

目前，适用于高筋薄壁筒形件塑性成形的方式主要有：锻造成形和包络成形两种。

一、锻造成形：申请公布号为CN 113020516 A的中国专利申请文件中，公开了一种带凸缘结构的不等厚金属件板锻造方法及模具：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，实现了高筋薄壁筒形件的一体化成形。但是该工艺对于设备和坯料厚度的要求较高。

二、包络成形：申请公布号为CN 110918843 A的中国专利申请文件中，公开了一种薄壁高筋散热构件空间包络成形制造方法：通过包络模做空间包络运动，在约束模具的共同作用下，发生连续增量塑性变形，实现了薄壁板和筋部材料的协调变形。但包络成形对于其模具的要求较高，而且由于高筋薄壁筒形件因其自身结构特性，在镦挤成形方面受到了很大的限制。

综上所述，现有技术中用于成形高筋薄壁筒形件的工艺均因无法摆脱构件尺寸对模具的依赖而存在一定的局限性，并且不能保证筒形件基体与高筋结构一体化成形后的构件质量。

发明内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本发明旨在提供一种热辅助多旋轮旋压成形高筋薄壁筒形件的方法，以达到针对高强度、室温条件下塑性变形能力差的材料，仍能实现高筋结构和薄壁筒形件基体的高质量一体化成形的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种热辅助多旋轮旋压成形高筋薄壁筒形件的方法，基于筒形件热旋成形工艺，首先采用流动旋轮对筒形件坯料进行分段式减薄；其次采用剪切旋轮对筒形件坯料堆积处施加局部剪切变形，并同时控制流动旋轮与剪切旋轮同步轴向进给对筒形件坯料施加径向约束，直至形成高筋薄壁筒形件。

作为本发明的限定，剪切旋轮包括两者之间夹角为90°的上剪切工作面和下剪切工作面，并且，上剪切工作面和下剪切工作面之间通过外凸型圆弧剪切角过渡连接。

作为本发明的进一步限定，流动旋轮包括通过圆弧工作面过渡连接的第一倒角面和第二倒角面，并且，倒角面与流动旋轮侧工作面之间通过退出角过渡连接。

作为本发明的再进一步限定，基于筒形件热旋成形工艺，采用反旋方式，该方法包括以下步骤：

S1、制备筒坯，对原始筒形件端面机加工，制备形成一端带有轮齿形的筒形件坯料；

S2、安装模具：将筒形件坯料以凹凸配合方式装夹至数控旋压机的芯轴处；再将剪切旋轮、流动旋轮装配于数控旋压机的旋轮架上；最后，将火焰喷枪装配于数控旋压机上，并使火焰喷枪的喷嘴与筒形件坯料塑性变形区域相对应；