[发明专利]一种φ400mm变半锥角大型弧形薄壁壳体的旋压成形方法

说明书

一种φ400mm变半锥角大型弧形薄壁壳体的旋压成形方法属于精密塑性成形技术领域，目的在于解决现有技术存在的工件尺寸精度差、拉薄效应明显、易出现褶皱、开裂等问题。本发明采用“板料——热普旋预成形——机加——多道次剪切+普旋复合旋压成形”的工艺进行成形，毛坯采用等壁厚板料，采用多个旋程进行成形，第一旋程采用热普旋成形，第二旋程至最后旋程全部采用“剪切旋压+普强复合旋压”成形工艺。在毛坯厚度小于剪切旋压理论厚度要求的部位，采用热普旋成形，第一旋程后所有部位的厚度均大于等于剪切旋压理论要求的厚度。对于大于剪切旋压理论要求厚度的相应部位，进行机械加工，机械加工的工序可在第一旋程后的任一旋程进行。

技术领域

本发明属于精密塑性成形技术领域，具体涉及一种φ400mm变半锥角大型弧形薄壁壳体的旋压成形方法。

背景技术

随着高新制造技术的不断发展以及工业转型不断升级，高端装备也向着绿色制造的方向发展，以实现优质、高效、低耗和低成本生产。我国作为制造大国，尚未摆脱高投入、高消耗、高排放的发展方式，对先进加工工艺的需求极为迫切，通过打破制约装备创新发展的瓶颈技术，构建科技含量高、资源消耗低、环境污染少的绿色制造体系，加快推动我国工艺技术体系高质量发展。

弧形薄壁结构具有较好的气动外形，薄而轻，空气阻力小，广泛应用于兵器、航空航天、船舶、新能源汽车等国防及国民经济领域的核心关键结构件中。采用大量轻量化和整体化设计结构是实现轻质、高效、高可靠和绿色环保的有效技术途径。

弧形薄壁结构的半锥角最大变化区间为0°至90°，成形难度大。目前弧形薄壁结构件主要采用棒料机械加工的方式，存在材料利用率低、加工效率低等问题，无法满足高效绿色制造需求，而焊接、铸造等工艺无法满足产品的高性能要求，因此对大型弧形薄壁壳体的先进整体制造技术提出了需求。

旋压成形是一种节能、节材、高效的先进塑性成形工艺，它利用旋轮等作为成形工具，通过对旋转坯料施加外力使其产生连续的局部塑性变形，最终获得高性能空心回转体零件。旋压过程中可最大限度地提升其结构强度，同时可以获得较好的型面轮廓度和尺寸精度。

采用板料直接多道次旋压成形的难点主要是精度控制，旋压道次之间需要进行去应力热处理或者完全退火，以恢复材料塑性，避免旋压硬化导致坯料开裂，由于变形温度和形变的协同效应，必然对工件的尺寸精度产生影响；同时随着旋压件环向直径增大，板料初始厚度已经达不到旋压件相应位置的轴向长度要求，也就是说达不到旋压件相应位置的剪切强力旋压理论厚度，此时需要采用普旋工艺成形，但势必会引发拉薄效应，越接近大端口部位置，拉薄效应愈发显著，同时褶皱、开裂等旋压缺陷出现的概率也将会增大，剪切旋压与普旋工艺的交替变化，如何保证工件壁厚精度是难点，甚至出现不满足技/战术指标而导致构件直接报废的情况出现，而旋压缺陷的产生也会直接导致工件报废。

发明内容

本发明的目的在于提出一种φ400mm变半锥角大型弧形薄壁壳体的旋压成形方法，解决现有技术存在的工件尺寸精度差、拉薄效应明显、易出现褶皱、开裂等问题。通过采用多道次普旋、强-普旋、多道次剪切旋压、冷-热旋相结合的成形工艺，采用板料精确设计成形轨迹，实现弧形壳体的整体成形，提高了旋压件的成形质量和壁厚精度，实现了整体箱底旋压件高质量成形，Φ400mm旋压件同一环向壁厚差≤0.1mm，整体壁厚差≤0.3mm，内型面与理论样板的差值≤0.2mm。

本发明的一种φ400mm变半锥角大型弧形薄壁壳体的旋压成形方法包括以下步骤：

步骤一：设计大型弧形薄壁壳体成形路线，所述成形路线包括n个旋程，其中第一旋程为热普旋成形，第二旋程-第n旋程为均为两段旋压，均包括第一段剪切旋压以及第二段普强复合旋压；

步骤二：选择旋压毛坯，所述旋压毛坯为等壁厚板料；

步骤三：计算获得各旋程旋压件尺寸，包括各旋程旋压件的壁厚以及各旋程旋压前的工件的内表面形状和外表面形状，各旋程工件的内表面形状作为旋压芯模的外表面形状；