用于形成环形部件的方法和设备的制造方法
【专利说明】用于形成环形部件的方法和设备
[0001]本发明涉及用于形成环形部件的方法和设备。唇口蒙皮是飞行器机舱的进口开口周围的机械部件。机舱通常具有覆盖飞行器的喷气式发动机的薄的、符合空气动力学形状的金属蒙皮。唇口蒙皮通常由单个构件或多个扇区组成，且唇口蒙皮的主要特征是平滑的外侧后缘，该外侧后缘必须没有不规则性和不连续性，以减少阻力并避免形成紊流。内侧进口缘将气流引入发动机，而前缘或唇缘提供外侧后缘与内侧进口缘之间的平滑过渡。
[0002]唇口蒙皮的与材料选择相关的复杂三维复曲率形状通常需要复杂的多阶段成型工艺，常常需要中间热处理。通常通过多阶段的深拉延(deep drawing)或旋压成型工艺制造唇口蒙皮，这需要复杂且昂贵的模具。由于对空气动力学的考虑，特别希望扩展唇口蒙皮的外侧后缘，称之为扩展后缘，其中该唇口蒙皮的外侧后缘的轴向长度大于内侧进口缘的轴向长度。公知的深拉延工艺不适合于这种扩展后缘的制造。
[0003]本发明的目的是提供用于形成具有扩展外部的环形部件的方法和设备，以增大机舱外表面上的层流范围，并因此消除任何流动中断。
[0004]因此，本发明提供了一种用于形成环形部件的设备，包括:具有成型端部的冲头、用于夹紧预型件的大直径端部的夹紧装置、用于可调整地夹持预型件的小直径端部的夹持装置、以及致动装置，所述致动装置用于促进仅在冲头、夹紧装置和夹持装置之间的相对同轴运动，冲头具有成形为与环形部件的形状相对应的形状的外部表面。
[0005]尽管复合材料可用于环形部件的许多部分，但环形部件通常须由金属制成，诸如铝、钛、或不锈钢。在环形部件是唇口蒙皮的情况下，这些材料有助于能够承受对其前缘或其唇缘的冲击。鉴于近来法律规定的严格除冰的要求，在机舱前缘需要更高的温度，钛也是有用的。
[0006]理想地，预型件是金属坯板。
[0007]优选地，预型件是金属合金坯板。
[0008]优选地，预型件是圆锥形坯板。
[0009]优选地，预型件是截头圆锥形坯板。
[0010]理想地，预型件是对称的。
[0011 ]优选地，预型件是非对称的。
[0012]理想地，预型件在单个成型工艺中形成为环形部件。
[0013]优选地，冲头的成型端部具有环形形状。
[0014]理想地，致动装置能够产生设备沿中心线/托架(carriage)的同轴运动。该中心线/托架形成针对所有设备部件定位和运动的基线。
[0015]优选地，冲头具有外部表面，该外部表面成形为提供环形部件的内部表面的形状。
[0016]理想地，环形部件是唇口蒙皮。
[0017]理想地，冲头的外部表面针对回弹被优化。
[0018]优选地，冲头和/或冲模的外部表面具有高表面光洁度。有利地，所述高表面光洁度减少了成型期间的摩擦。
[0019]理想地，通过抛光实现冲头和/或冲模的外部表面的高表面光洁度。
[0020]此外，在成型工艺期间应用减少摩擦的润滑剂。
[0021]理想地，致动装置是线性致动系统。液压或机电线性致动系统耦接至冲头、夹紧装置和夹持装置，以引起冲头、夹紧装置和夹持装置沿中心线的相对同轴运动。
[0022]优选地，冲头机械地耦接至线性致动系统。
[0023]理想地，夹紧装置包括两个可分离的后向和前向夹紧组件构件。
[0024]理想地，后向和前向夹紧组件构件是环形夹紧构件。
[0025]优选地，后向和前向夹紧组件构件能打开且能闭合以夹紧预型件。后向和前向夹紧组件构件二者的运动与中心线对准。
[0026]优选地，预型件包括具有最少一个接头的单个片材或几个片材。
[0027]理想地，利用摩擦搅拌焊接工艺来实现接头，但也可使用线性摩擦和维持成型性的其他焊接技术来形成预型件。
[0028]可替换地，通过挤压、旋压、浇铸、冲压或用于形成圆锥形或截头圆锥形预型件的任何适当的制造工艺来形成预型件。
[0029]优选地，预型件是一体式预型件。
[0030]有利地，在均匀一体式预型件中不需要焊缝。
[0031]理想地，预型件是圆锥形或截头圆锥形一体式预型件。
[0032]理想地，夹持装置包括形成为与冲模可操作地接合的预型件保持件。
[0033]理想地，预型件保持件是圆锥形的或截头圆锥形的。
[0034]理想地，冲模是圆锥形的或截头圆锥形的。
[0035]优选地，预型件保持件是对称的。
[0036]理想地，预型件保持件是非对称的。
[0037]优选地，预型件保持件和冲模设计成控制预型件的流动。有利地，预型件保持件和冲模的互相作用提供相对于冲头的轴向运动的拉延/ 二次拉延动作。
[0038]优选地，该设备具有控制装置，该控制装置用于控制施加在设备的至少一部分的表面与预型件之间的压力。
[0039]理想地，设备的至少一部分的表面与预型件之间的压力在整个成型工艺中是预定的或可调整的。
[0040]理想地，冲头的外部表面设计成与环形部件的出口表面匹配，如果需要允许回弹。
[0041]优选地，冲头内部表面设计成与环形部件的进口表面匹配，如果需要允许回弹。
[0042]理想地，后向夹紧组件构件的内部表面设计成与冲头的外部表面的一部分匹配，具有微小间隙。
[0043]优选地，后向夹紧组件构件具有夹持面，且该夹持面的表面优选是圆锥形的。夹持面的几何构型可根据冲头中非对称的严重程度而变化。
[0044]理想地，前向夹紧组件构件具有夹持面，该夹持面设计成与预型件的外部表面匹配。
[0045]优选地，后向夹紧组件构件夹持面的表面设计成与预型件的表面和前向夹紧组件构件夹持面的表面匹配。
[0046]理想地，后向夹紧组件构件夹持面和前向夹紧组件构件夹持面的几何构型设计成提供夹持，同时使预型件在成型期间断裂的任何可能性降至最小。
[0047]优选地，后向夹紧组件构件具有夹持面圆角半径。
[0048]理想地，该夹持面圆角半径与前向夹紧组件构件配合形成卡环组件(lock beadassembly，锁珠组件)的一部分。
[0049]优选地，针对所使用的材料对圆角半径进行优化以提供夹持，同时将滑移和部件故障可能性降至最小。
[0050]理想地，前向夹紧组件构件具有夹持面圆角半径。
[0051]优选地，该夹持面圆角半径的半径设计成提供一些小的材料流动。有利地，材料的流动性将预型件的故障可能性降至最小并确保预型件与冲头外部表面的形状的一致性。
[0052]理想地，前向夹紧组件构件夹持面的表面通常是圆锥形的。
[0053]优选地，前向夹紧组件构件夹持面的表面可根据冲头中非对称的严重程度而变化。
[0054]理想地，前向夹紧组件构件夹持面的表面设计成与预型件的表面和后向夹紧组件构件夹持面的表面匹配。
[0055]理想地，两个夹持面的几何构型设计成提供夹持，同时使预型件在成型期间断裂的任何可能性降至最小。
[0056]优选地，前向夹紧组件构件具有内部表面，以与冲头的外部表面匹配，具有用于预型件的微小间隙。
[0057]理想地，预型件保持件具有通常是圆锥形或截头圆锥形的外部表面。可替换地，预型件保持件的外部表面可根据冲头的外部表面和冲头的内部表面中非对称的严重程度而变化。
[0058]理想地，预型件保持件的外部表面的锥度角(taperangle)还设计成与冲模的内部表面的锥度角匹配。
[0059]优选地，冲模具有外部拉延面圆角半径。
[0060]理想地，对该外部拉延面圆角半径进行优化，以便在成型工艺的二次拉延阶段期间控制材料流动。
[0061]理想地，拉延面圆角半径的几何构型基于材料成型性和/或夹持力。
[0062]优选地，冲模具有光滑拉延面。
[0063]理想地，冲模具有内部表面，该内部表面通常具有圆锥形状或截头圆锥形状。可替换地，冲模的内部表面可根据冲头的外部表面和冲头的内部表面中非对称的严重程度而变化。
[0064]理想地，冲模具有外部表面，该外部表面设计成与冲头的内部表面匹配，具有用于预型件的微小间隙。预型件具有针对各个片材的一个接头/多个接头。通常使用摩擦搅拌焊接工艺来实现该一个接头/多个接头，但也可使用上文概述的其他工艺。
[0065]理想地，预型件是冷成型的。
[0066]可替换地，预型件被加热或最优选地被预热。
[0067]理想地，用于形成环形部件的设备的至少一部分具有用于加热与其可操作地结合的预型件的装置。
[0068]可替换地，成型工艺发生在加热的环境中，其中设备和预型件可定位在加热的环境中。
[0069]有利地，如果预型件的材料需要热量来促进预型件的令人满意的成型，那么就利用加热装置。
[0070]因此，本发明提供了一种用于形成环形部件的方法，该方法包括如下步骤:形成具有至少一个开口端部的圆锥形或截头圆锥形预型件；启动致动装置以引起仅在冲头、夹紧装置和夹持装置之间的相对同轴运动，从而在夹紧装