一种大波幅波瓣混合器波瓣的成形方法与流程

本发明属于航空发动机制造领域，涉及一种大波幅波瓣混合器波瓣的成形方法。

背景技术：

波瓣混合器使涡扇发动机外涵的风扇空气和内涵的燃气充分混合，能够降低发动机的噪声，增加发动机的推力，降低耗油率，并抑制发动机排气系统的红外辐射。波瓣混合器具备这些特性，其根本原因是扇形波瓣的尾缘增大了内、外涵气流的初始剪切接触周长，同时在波瓣尾缘处产生了沿流动方向发展的流向涡、正交涡及马蹄涡，这些旋涡大幅增强了内、外涵气流的对流混合作用，使两股气流在短距离内实现充分混合。

航空发动机的圆形通道采用环形排列的波瓣混合器，其外形好似菊花状，如图1所示。这种形状的波瓣混合器具有很好的掺混特性，但是它的几何型面过于复杂，结构的刚性比常用的无波环形混合器差，机械制造的难度大，波瓣成形时很容易产生褶皱和壁厚过度减薄缺陷，很难获得壁厚合格且型面圆滑的合格波瓣。目前为止，波瓣混合器所采用的制造工艺很不成熟，产品质量较低，因而实现工程应用难度较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大波幅波瓣混合器波瓣的成形方法，解决了成形过程中波瓣壁厚过度减薄和型面转接区剧烈褶皱的问题，能够成形出壁厚合格且型面圆滑的波瓣零件。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种大波幅波瓣混合器波瓣的成形方法，包括以下步骤；

步骤一，将板料切割成规定形状尺寸，切割后的板料分为两部分，前半部分为矩形，后半部分为异形多边形，矩形的一条侧边作为连接边，与异形多边形连接，异形多边形的两条倾斜边前端与矩形连接边的两个角连接，两个倾斜边末端通过连接段连接，连接段分为三段；连接段的中间段与矩形连接边平行，位于两个倾斜边中间位置，连接段与矩形连接边的相对距离，大于倾斜边末端与矩形连接边的相对距离，中间段两端与两个倾斜边末端直线连接；将切割后的板料沿其中心线弯曲，中心线与矩形连接边垂直，形成截面为u型的预制件；

步骤二，将u形预制件的槽口向外进行翻边；

步骤三，将板料前端沿垂直于中心线的方向压弯；

步骤四，切除工件的周边余量，得到波瓣，波瓣截面前半部分为矩形，后半部分为u型槽，截面与矩形连接边平行，槽深由波瓣前端至末端逐渐加深，u型槽两边存在向外的翻边。

优选的，步骤二中，将u形预制件的槽口向外进行逐步翻边，翻边次数至少为三次。

优选的，翻边后，波瓣前半部分翻边角度为90°，槽深为零。

优选的，步骤一中，板料前端矩形连接边的相对边作为镜像边，将板料镜像设置，形成一体式两部分的板料；

步骤四中，将工件沿镜像边分割成两部分，切除工件两部分的周边余量，得到两个波瓣。

进一步，板料的矩形长度至少为20mm，长度方向与矩形连接边垂直。

优选的，对板料最大宽度处边沿进行削边处理，削边方向与波瓣排气方向平行，削边后板料末端保留不小于10mm的修边余量。

优选的，板料每条边保留不小于10mm的修边余量。

优选的，步骤二中，使用翻边模进行翻边。

优选的，步骤一中，板料的矩形与倾斜段圆弧过渡。

优选的，步骤三中，采用一次冲压，压弯板料前端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过先将板料折弯成u形，能够使壁厚保持均匀，解决了波瓣槽太深，采用其它方法成形时槽底壁厚减薄过量的问题；之后对u形采用先翻边、后压弯的方法，减小了弯曲段的弯曲厚度，避免了弯曲过程中型面转接过渡区失稳起皱现象。

进一步，对u形槽口边沿进行多次逐步翻边，解决了波瓣前段槽深为零，一次翻边u型槽壁开口变形幅度太大容易失稳起皱的问题。

进一步，通过镜像复制，一次对称成形两件波瓣，两个波瓣前端对接，将波瓣前段弯曲过程中截面的压应力转化成了拉应力，彻底消除了成形过程中型面转接过渡区的起皱问题。

附图说明

图1为本发明的波瓣混合器结构示意图；

图2为本发明的波瓣结构示意图；

图3为本发明的板料尺寸设计示意图；

图4为本发明的波瓣横截面曲线示意图；

图5为本发明的u型波瓣尺寸设计示意图；

图6为本发明的三次翻边示意图；

图7为本发明的板料结构示意图；

图8为本发明的板料弯折后示意图；

图9为本发明的一次翻边示意图；

图10为本发明的二次翻边示意图；

图11为本发明的三次翻边示意图；

图12为本发明的压弯后结构示意图；

图13为本发明的成型后修边余量示意图。

其中：1-波瓣；2-矩形；3-倾斜边；4-中间段；5-中心线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，航空发动机的圆形通道采用环形排列的波瓣混合器，其外形好似菊花状，这种形状的波瓣混合器具有很好的掺混特性。由于波瓣混合器波幅大、型面复杂、壁厚很小，故采用板料成形工艺制造。而波瓣混合器前缘周长与尾缘周长差异太大，不能进行整体成形，只能成形出单个波瓣1，然后拼焊成整环。

以波峰母线为焊接边剖分出的单个波瓣1如图2所示。波瓣1前端为圆弧曲线、末端为口部外翻的深u形曲线。在距前端约四分之一长度处，波瓣1型面从圆弧曲面急剧过渡到口部外翻的u形曲面，之后，u型曲面的槽深逐渐增大到末端处的最大值。

单个波瓣1的制造方法主要分为工艺设计和制造流程两方面。工艺设计能够对板料的形状和尺寸进行优化，使板料折弯后的u形槽各横截面处的槽深与波瓣1对应截面处的截面曲线长度协调一致。

一、工艺设计

1，板料尺寸设计

为了消除起皱和破裂缺陷，必须对板料尺寸进行精细计算。

1)首先在波瓣1的ug三维模型上，对波瓣1前端、末端、两翼边进行延伸，增加修边余量。

2)然后从前端开始，在型面变化剧烈处每间隔10mm，在型面比较平滑处每间隔20mm，做多个与波瓣1槽底母线垂直的横截面，截取多条横截面曲线。

3)测量每条横截面曲线的长度。

4)在与波瓣1对称面垂直、并过波瓣1槽底母线的平面上做波瓣1型面的展开图，按步骤3)测量的截面曲线长度确定展开图上对应截面线的长度。

5)将展开图中各条截面线的端头相连，即可获得板料形状轮廓，做出的二分之一波瓣1展开图如图3所示。

6)根据一次成形2件的需要，在前端增加2件之间的转接过渡段。

7)为了消除翻边时末端尖角被挤出现象，对板料最大宽度处边沿进行削边处理，削边方向与波瓣1排气边平行，并使波瓣1排气边保留不小于10mm的修边余量。

8)可以进行成形仿真，根据仿真结果对板料轮廓进行适当调整。还可以在成形试验后，根据实际变形情况对板料轮廓进行适当调整。

2，u型波瓣1尺寸设计

将板料折弯成u型之后才能进行翻边。u形波瓣1必须满足三个要求：一是截面简单、容易制造；二是尽量接近波瓣1最终型面，减小其与模具型面之间的间隙，增加翻边时u型壁面的刚性；三是能使u型波瓣1顺利装入翻边模中。按这三个要求，对u型波瓣1的截面进行专门设计，设计步骤如下：

1)首先将波瓣1型面的多条横截面曲线投影到垂直于波瓣1槽底母线的一个平面上，如图4所示。

2)在投影面上做多条投影曲线的最小内包络线，并参照最大翻边宽度，将此包络线两端沿槽壁切向延长，这样即可获得u型波瓣1的一条最长横截面曲线，如图4中所示。

3)在板料的每个横截面处复制一条u型波瓣1的最长横截面曲线。

4)修剪复制的每条横截面曲线，使其长度与板料对应截面处的截面线长度相等。

5)将修剪后的每条u形曲线的端头串接，即得u形波瓣1开口端边缘轮廓，如图5所示。

3，翻边步数设计

波瓣1的进气段无槽，翻边后必须完全展开。展开过程中，进气段的槽壁弯曲角度约为90°，一次翻边槽壁会严重失稳起皱，为此，必须进行分步翻边。以翻边时u型壁面不失稳起皱为原则，将翻边过程分为3步，如图6所示。

二、制造工艺过程

1，切割下料

一次成形两件。以过前端、并与波瓣1槽底母线垂直的平面为对称面，镜像复制板料模型，即可获得一次成形两件的板料轮廓，如图7所示。

板料中间为矩形2，矩形2两边为异形多边形，矩形2为单个波瓣1的前半部分，矩形2的两条相对边作为连接边，与异形多边形连接，单个异形多边形的两条倾斜边3前端与矩形2一条连接边的两个角连接，单个异形多边形的两个倾斜边3末端通过连接段连接，连接段分为三段；连接段的中间段4与矩形2连接边平行，位于两个倾斜边3中间位置，连接段与矩形2连接边的相对距离，大于同一侧倾斜边3末端与矩形2连接边的相对距离，中间段4两端与同一侧的两个倾斜边3末端直线连接，板料每条边保留不小于10mm的修边余量。

2，折弯u型

以垂直于板面、并过波瓣1槽底母线的铅垂面为对称面，即将板料沿其中心线5弯曲，中心线5与矩形2侧边垂直，中心线5即为波瓣1槽底母线，将板料折弯成两侧对称的u型，如图8所示。

3，第1次翻边

第1次翻边时，从u形槽底压料，对两翼翻边，同时精成形两侧型面。完成第1次扩口翻边的波瓣1如图9所示。

4，第2次翻边

从已翻边的末端型面压料，对未成形到位的区域进行局部扩口翻边，完成第2次扩口翻边后的波瓣1如图10所示。

5，第3次翻边

从已翻边的末端型面压料，对未成形到位的区域进行局部扩口翻边，完成第3次扩口翻边后的波瓣1如图11所示。

6，压弯小端

沿波瓣1槽底母线垂直方向，一次冲压压弯小端型面，如图12所示，。

7，切除料边

采用三维激光切割，切除波瓣1周边修边余量，即可获得合格的波瓣1零件，波瓣1截面为u型，截面与矩形2侧边平行，槽深由波瓣1前端至末端逐渐加深，两边存在向外的翻边，波瓣1前端为圆弧曲面。修边余量如图13所示。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。