薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法与流程

本发明涉及薄壁网格筋锥环构件的精密塑性成形，更具体地说，涉及一种薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法。

背景技术：

薄壁网格筋锥形环件在航空、航天领域应用十分普遍，其特点是蒙皮薄、筋条在锥面上纵、横交错布置，这有利于实现装备轻量化、高刚度、高强度。目前，主要采用电化学加工和机械铣削加工技术制造薄壁网格筋锥形环件。电化学加工和机械铣削加工技术可以制造复杂形状的整体构件，但其加工效率低、材料利用率低，且不能形成连续的金属流线，严重削弱构件的力学性能。塑性成形技术的特点是材料利用率高、加工效率高、成本低和性能优异，是国际高端装备高性能制造的重要发展趋势。然而，采用模锻技术存在无法从模具中取出构件的瓶颈难题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法，可以实现薄壁网格筋锥形环件顺利脱模，实现了薄壁网格筋锥形环件高性能、高效率、低成本成形制造。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法，所述薄壁网格筋锥形环件包括锥形的蒙皮，蒙皮的外表面设有网格筋，包括以下步骤：

s1、组装薄壁网格筋锥形环件的挤压成形装置，挤压成形装置包括工作台、环形底座、芯轴和n个扇形约束模，所述环形底座同轴安装在环形工作台上，芯轴与环形底座的内锥面配合连接，n个扇形约束模垂直安装在环形底座上，n个扇形约束模沿环形底座的圆周方向均匀分布，共同组成一个封闭的环形约束模，扇形约束模与环形底座滑动连接，套筒与n个扇形约束模组成的外圆周面配合连接，套筒固定在环形工作台上；扇形约束模的上端设有环形压板，所述环形压板内部设有冲头，所述冲头顶部与环形压板之间设置有第一液压缸，所述环形压板顶部还与第二液压缸连接；

s2、将环形毛坯套在芯轴上；

s3、第二液压缸驱动环形压板竖直向下运动，直到环形压板的下端面与n个扇形约束模的上端面接触并施加压边力；位于芯轴底部的液压缸开始工作，使芯轴与底座之间产生预紧力；

s4、第一液压缸驱动冲头竖直向下运动，并推动环形毛坯向下进给；在冲头、芯轴以及扇形约束模的作用下，金属逐渐填充扇形约束模内锥面上的型腔；

s5、当扇形约束模内锥面上的型腔被金属完全填充时，冲头停止进给并退回到其初始位置；随后，环形压板也退到其初始位置；

s6、位于芯轴底部的顶出机构开始工作，带动芯轴、挤压成形件、环形底座和n个扇形约束模一起向上运动，直到底座完全脱离套筒；随后，从环形底座上依次取下n个扇形约束模，再卸下套筒；

s7、位于芯轴底部的顶出机构带动芯轴、挤压成形件和环形底座一起向下运动，当环形底座重新接触环形工作台时，顶出机构继续带动芯轴向下运动一段距离，使挤压成形的薄壁网格筋锥形环件脱离芯轴；最后，从底座上取下薄壁网格筋锥形环件。

上述方案中，所述顶出机构包括顶块和第三液压缸，所述顶块安装在芯轴底部的卡槽内，所述第三液压缸与顶块连接。

上述方案中，所述环形底座的内表面为圆锥面，圆锥面的最小直径等于目标薄壁网格筋锥形环件蒙皮的最大直径，其锥角不小于15°，环形底座的外径大于环形工作台内径，n个方形滑槽沿圆周方向均匀分布在环形底座的上端，滑槽底面的拔模斜度等于目标薄壁网格筋锥形环件的横筋倾斜度。

上述方案中，所述芯轴为变截面的异形回转体，芯轴上端为圆柱体、下端为锥台；芯轴上端圆柱体的直径等于目标薄壁网格筋锥形环件蒙皮的最小内径，芯轴上端圆柱体的高度大于环形毛坯轴向高度；芯轴下端锥台的最大直径等于环形底座内锥面的最大直径，锥台的轴向高度等于目标薄壁网格筋锥形环件与环形底座的轴向高度之和，锥台的锥度等于环形底座内表面的锥度。

上述方案中，所述环形工作台的内径大于芯轴下端锥台的最大直径，环形工作台的外径至少大于其内径200mm。

上述方案中，所述扇形约束模的圆心角为360°/n，n为目标薄壁网格筋锥形环件的纵筋个数，扇形约束模内表面的上侧为圆柱面，其直径等于环形毛坯外径，圆柱面的轴向高度等于芯轴上端圆柱体的轴向高度；扇形约束模块内表面的下侧为锥面，锥面与目标网格筋锥形环件的蒙皮外锥面相匹配，锥面上设有纵横交错的型腔，型腔与目标网格筋锥形环件的网格筋相互匹配。

上述方案中，所述环形毛坯的厚度等于目标网格筋锥环的蒙皮厚度，环形毛坯的内径等于目标网格筋锥环内锥面的最小直径，环形毛坯的轴向高度根据塑性等体积原则确定。

上述方案中，所述套筒为法兰环件，套筒的内径等于扇形约束模的外径。

上述方案中，所述环形压板为杯型体，环形压板的内径大于扇形约束模内侧圆柱面的直径2～3mm，环形压板的外径等于扇形约束模板的外径。

上述方案中，所述冲头为杯型体，冲头的内径等于芯轴上端圆柱体的直径，冲头的外径等于环形毛坯的外径。

实施本发明的薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法，具有以下有益效果：

1、本发明通过设置分体式的扇形约束模，共同组成一个封闭的环形约束模，约束模内锥面上的型腔用于成形网格筋，挤压成形效果好，可以实现薄壁网格筋锥形环件高性能、高效率、低成本成形制造。

2、本发明薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法，采用分体式扇形约束模设计，配合顶出机构、芯轴和环形底座等部件，可以实现薄壁网格筋锥形环件顺利脱模，避免构件与模具发生干涉。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为目标薄壁网格筋锥形环件的结构示意图；

图2为环形毛坯的结构示意图；

图3为芯轴的结构示意图；

图4为芯轴的另一角度的示意图；

图5为环形底座的结构示意图；

图6为图5中的a-a剖视图；

图7为扇形约束模的结构示意图；

图8为约束模、芯轴、底座、工作台和环形毛坯之间的装配示意图；

图9为挤压初始阶段整个挤压装置的纵截面示意图；

图10为挤压结束时整个挤压装置的纵截面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1-图10所示，本发明的薄壁网格筋锥形环件的挤压成形方法包括以下步骤：

s1，在本发明的一个优选实例中，如图1所示，目标薄壁网格筋锥形环件14的材料为高强铝合金，其蒙皮厚度等于该材料的最小挤压厚度，内表面锥角α＝15°，蒙皮上设有5个横筋和16个纵筋。通过墩粗、铸造或车削的方法获得如图2所示的环形毛坯9，环形毛坯9的壁厚等于目标薄壁网格筋锥环件14的蒙皮厚度，环形毛坯9的内径等于目标薄壁网格筋锥环件14内锥面的最小直径，环形毛坯9的轴向高度根据等体积原则确定。

s2，如图5-6所示，环形底座6的内表面为圆锥面，圆锥面最小直径等于目标薄壁网格筋锥形环件14蒙皮的最大直径，锥角为15°，环形底座6的外径大于环形工作台3内径100mm，n个方形滑槽沿圆周方向均匀分布在环形底座6的上端，滑槽底面的拔模斜度等于目标薄壁网格筋锥形环件14的横筋倾斜度。

s3，如图3所示，芯轴7为变截面的异形回转体，芯轴7上端为圆柱体、下端为锥台。芯轴7上端圆柱体的直径等于目标薄壁网格筋锥形环件14蒙皮的最小直径，芯轴7上端圆柱体的高度大于环形毛坯9轴向高度20mm。芯轴7下端锥台的最大直径等于环形底座6内锥面的最大直径，锥台的轴向高度等于目标薄壁网格筋锥形环件14与环形底座6的轴向高度之和，锥台的锥度为15°。锥台的底部中央设有方向卡槽，用于连接方形顶块2。方形顶块2的边长等于芯轴7的卡槽边长。

s4，如图8所示，环形工作台3的内径大于芯轴7下端锥台的最大直径，环形工作台3的外径大于其内径200mm，环形工作台3的外侧设有沿圆周方向均匀分布的4个螺纹孔，螺纹孔到环形工作台3外圆周面的距离为20mm。

s5，如图7所示，扇形约束模8的圆心角为22.5°，扇形约束模8内表面的上侧为圆柱面，其直径等于环形毛坯9的外径，圆柱面的轴向高度等于芯轴7上端圆柱体的轴向高度。扇形约束模8内表面的下侧为锥面，锥面与目标网格筋锥形环件14的蒙皮外锥面相匹配，锥面上设有纵横交错的型腔，型腔与目标网格筋锥形环件14的网格筋相互匹配，其中，横向型腔的数量为5，纵向型腔数量为1。另外，扇形约束模8的下端面外侧设有异形凸台，凸台与环形底座6上的卡槽完全匹配。扇形约束模8上端面的中部设有吊耳孔，用于安装和卸载扇形约束模8。除内表面之外，扇形约束模8的其它面粗糙度均为0.3μm。

s6，如图9所示，套筒4为法兰环件，套筒4的内径等于扇形约束模8的外径，法兰面设有4个通孔，其布置方式与环形工作台3上的螺纹孔完全相同。套筒4的轴向高度不能小于芯轴7的轴向高度。套筒4内表面的粗糙度为0.3μm。

s7，如图9所示，环形压板11为杯型体，环形压板11的内径大于扇形约束模8的内径2mm，环形压板11的外径小于扇形约束模8的外径2mm，环形压板11的底面两侧分别连接第一液压缸12和第二液压缸13。

s8，如图9所示，冲头10为杯型体，冲头10的内径等于芯轴7上端圆柱体的直径，冲头10的外径等于环形毛坯9的外径，冲头底部连接第一液压缸12，第一液压缸12又与环形压板11的底部相连，冲头10内外圆周面的粗糙度均为0.3μm。

s9，将环形底座6同轴安装在环形工作台3上，芯轴7与环形底座6的内锥面配合连接，方形顶块2套在芯轴7底部的方形卡槽中并与第三液压缸1相连。

s10，将16个扇形约束模8垂直安装在环形底座6上，16个扇形约束模8沿环形底座6的圆周方向均匀分布，共同组成一个封闭的环形约束模，扇形约束模8与环形底座6滑动连接。

s11，套筒4与16个扇形约束模组成的外圆周面配合连接，并用4个螺钉5将套筒4固定在环形工作台3上，再将环形毛坯9套在芯轴7上。

s12，第二液压缸13带动环形压板11竖直向下运动，直到环形压板11的下端面与16个扇形约束模8的上端面接触并施加足够大的压边力，防止环形毛坯9变形过程中扇形约束模8产生轴向窜动。此时，位于芯轴7底部的第三液压缸1开始工作，使芯轴7与环形底座6之间产生足够大的预紧力，保证环形毛坯9变形时芯轴7不会上下窜动。

s13，液压驱动冲头10竖直向下运动，并推动环形毛坯9不断向下进给。在冲头10、芯轴7以及扇形约束模8的作用下，金属逐渐填充扇形约束模8内锥面上的型腔。

s14，当冲头10进给量达到预设值且扇形约束模8内锥面上的型腔被金属完全填充时，冲头10停止进给并退回到其初始位置。随后，环形压板11也退到其初始位置。

s15，第三液压缸1开始工作，带动方形顶块2、芯轴、挤压成形件14、环形底座6和16个扇形约束模8一起向上运动，直到环形底座6完全脱离套筒4。随后，从环形底座6上依次取下16个扇形约束模8，卸下连接在环形工作台3上的4个螺钉5，再将套筒4撤出环形工作台3。

s16，第三液压缸1重新进入工作状态，带动方形顶块2、芯轴7、挤压成形件14和环形底座6一起向下运动，当环形底座6重新接触环形工作台3时，第三液压缸1继续带动方形顶块2和芯轴7向下运动一段距离，使挤压成形的薄壁网格筋锥形环件14脱离芯轴7。最后，从环形底座6上取下薄壁网格筋锥形环件14。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。