一种Ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法

本发明属于锻造领域。

背景技术：

1、轻量化结构设计与整体制造是满足现代航空航天器高速度、高强度等指标的重要技术途径。ω形件作为航天飞行器关键储油承力构件，由u形弯曲的腹板、腹板两侧的法兰以及沿腹板分布的加强筋组成，结构形式复杂。对于此种构件，采用方坯机械加工制造会造成材料的巨大浪费，并严重耗费机械加工工时；普通的单向加载模锻成形的方法则极难成形厚度较大的法兰和弯曲的加强筋，且锻件难以脱模。由于ω形件在两个互相垂直方向上都具有较为明显的特征，故采用多向模锻的方法更有利于其成形。

2、目前，多向模锻工艺通常用于多通管类构件的成形，其结构特点突出，工艺设计思路较为成熟，但对于筋板类构件的多向模锻成形工艺则少见报道。多通管类锻件多向模锻的形式主要为无飞边的开式挤压，其成形相对载荷较小；而ω形件的外形特征决定了其更适合采用有飞边的开式模锻形式进行成形，载荷相对较大，由于侧压力缸的最大载荷通常小于上压力缸，侧向载荷的不足尤为明显，因此，传统的上下—左右两步简单加载路径难以满足成形载荷需求。此外，ω形件在开口方向上的对称性较低，在多向模锻时这种不对称性会在模具上产生较大的垂直于加载方向上的偏载力，造成模具损伤，为减小偏载力，对于ω形件多向模锻模具结构必须进行合理设计。

技术实现思路

1、本发明要解决现有ω形件多向模锻成形载荷过高和模具偏载力较大的问题，进而提供一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法。

2、一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，它是按以下步骤进行：

3、一、模具设计：

4、根据ω形件设计多向模锻与分流降压复合成形模具；

5、所述的ω形件由u形弯曲腹板、法兰以及ω形加强筋组成，u形弯曲腹板开口两侧设置法兰，沿u形弯曲腹板及法兰外表面均布设置多个ω形加强筋；

6、所述的多向模锻与分流降压复合成形模具由上垫板、下垫板、一对侧垫板、上模、下模、一对侧向模、下顶块、一对侧垫块及下模压板组成；所述的下顶块设置于下模中间，上模的冲头、下模、一对侧向模及下顶块合围形成ω形件型腔，且法兰型腔位于一对侧向模上，ω形加强筋型腔位于下模、一对侧向模及下顶块上；

7、所述的上模和一对侧向模在ω形件的法兰上表面进行分模，分模面平行于上模运动方向；设分模面到侧向模法兰型腔最深处的垂直距离为b6f，设侧向模u形弯曲腹板型腔表面到法兰型腔最深处的垂直距离为b6w，b6f:b6w＝(0.5～0.9):1；

8、一对侧向模在ω形件长度方向的两端均设有导向块，下模在导向块对应位置设有导向槽；所述的下模在沿ω形件长度方向的型腔前后两端侧壁上表面中间位置均设有一个压板槽，压板槽用于放置下模压板；

9、二、成形：

10、①将铝合金坯料和多向模锻与分流降压复合成形模具进行润滑并加热；

11、②打开一对侧向模，将加热后的铝合金坯料置于下模及下顶块合围形成的型腔内，上模以速度v1压下到位；

12、③一对侧向模以速度v2进给，直至压力机的侧向压力缸载荷为(0.7～0.9)f6，所述的f6为压力机的侧向压力缸的最大载荷极限；

13、④一对侧向模回退至侧向无载荷，上模抬起，将下模压板置于压板槽内，上模压下，直至上模沿ω形件长度方向的冲头前后两端侧壁下表面与下模压板接触，此时上模的冲头下端与成形件底部的上表面垂直距离为h，且压力机的上压力缸载荷≤0.5ft且≥0.3f6，所述的ft为压力机的上压力缸的最大载荷极限；

14、⑤一对侧向模继续以速度v2进给，直至压力机的侧向压力缸载荷为(0.7～0.9)f6；

15、⑥一对侧向模回退至成形件u形弯曲侧壁表面与侧向模u形弯曲腹板型腔侧壁表面垂直距离为b，将上模抬起，将下模压板取出，然后上模继续以速度v1压下至压力机的上压力缸载荷达到(0.7～0.9)ft或侧向压力缸载荷达到(0.7～0.9)f6，设⑤完成后成形件u形侧壁的壁厚为t，b＝(0.05～0.15)t；

16、⑦上模和一对侧向模回程，下顶块将成形件顶出，即完成一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法。

17、本发明的有益效果是：

18、本发明针对ω形件多向模锻成形载荷过高和模具偏载力较大的问题，设计了多向模锻与分流降压复合成形方法，当侧向模成形载荷接近最大值时，将上模抬起一定高度，使得上模和成形件之间产生空隙，随后侧向继续加载，变形金属一部分向法兰和筋部充填，另一部分会向上模和成形件之间的空隙处流动，达到分流降压的效果，降低侧向的成形压力；之后，当侧向载荷再次达到指定值时，将侧向模回退一小段距离，使得成形件和侧向模之间产生空隙，上模继续压下，将进入上模和成形件间隙的金属一部分压入成形件和侧向模之间的空隙中，一部分继续充填法兰和筋部，再次产生分流降压的作用，进一步提高充填质量。

19、本发明中，侧向模下方的侧垫块固定在下垫板上，可以起到支撑侧向模的作用，能够有效抵消侧向模所受的向下偏载；而针对ω形件多向模锻模具所受的向上偏载力较大的问题，设计了上模和侧向模的分模方法，减小侧向模法兰型腔上下表面在竖直方向的面积差，降低偏载力；同时，在侧向模和下模分别设置了导向块和导向槽，侧向成形时，导向块插入导向槽内，由导向块和导向槽承受向上的偏载力，避免了侧向模具根部及螺栓直接承受过大的弯矩而破坏；在上模抬起，侧向模继续进给前，在上下模之间添加下模压板，并令上模对下模压板施加一定的压力，避免了侧向模进给时由于两个侧向模吨位不相同产生的偏载作用于无载荷的上模，导致上模以及上模螺栓承受过大弯矩而破坏。

技术特征：

1.一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于它是按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤一中所述的上垫板(1)设置于上模(4)上端；步骤一中所述的下垫板(2)设置于下模(5)下端；步骤一中所述的一对侧垫板(3)设置于一对侧向模(6)外侧；所述的一对侧垫块(8)设置于下垫板(2)与一对侧向模(6)之间。

3.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤一中设ω形件沿u形开口宽度方向上的最大宽度为b1，设ω形件沿u形开口高度方向上的最大高度为h1，设ω形件的u形开口的最大宽度为b1u；所述的b1:h1＝(0.3～2):1，所述的b1u:b1＝(0.4～0.8):1。

4.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于设步骤一中导向块(61)的高度为h61，长度为l61，设步骤一中一对侧向模(6)的模具材料在锻件成形温度下的单向拉伸屈服强度为σ6，h61×l61×σ6≥0.2f6，其中h61的单位为mm，l61的单位为mm，σ6的单位为mpa，f6的单位为n。

5.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于设步骤一中导向槽(51)的深度为d51，d51≥l61+0.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于设步骤一中下模压板(9)的长度为lb，宽度为bb，设下模压板(9)的材料在室温下的单向拉伸屈服强度为σlb，lb×bb×σlb≥0.5ft，其中lb的单位为mm，bb的单位为mm，σlb的单位为mpa，ft的单位为n。

7.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤二①中将铝合金坯料和多向模锻与分流降压复合成形模具进行润滑并加热至420℃～480℃。

8.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤二④中h＝(0.02～0.2)h1。

9.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤二②及⑥中v1＝0.1mm/s～3mm/s。

10.根据权利要求1所述的一种ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，其特征在于步骤二③及⑤中v2＝0.1mm/s～1mm/s。

技术总结
一种Ω形件的多向模锻与分流降压复合成形方法，本发明属于锻造领域。解决现有Ω形件多向模锻成形载荷过高和模具偏载力较大的问题。方法：一、模具设计；二、成形。本发明用于Ω形件的多向模锻与分流降压复合成形。

技术研发人员：宗影影,王琪伟,王胜龙,邵斌,周小京,万升祥,单德彬,郭斌,郭晓琳,韩维群,张铁军
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1