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CN109201883B - 一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置及成形方法 - Google Patents

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明提供了一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置及成形方法，其技术要点在于：包括装置本体，装置本体包括单面模具，单面模具上设置有装夹定位毛坯的定位块，模具内均匀设置有预热模具的加热棒，模具的顶部设置有单面榫头压弯模具，单面榫头压弯模具的一侧设置有高温合金辊；本发明能够显著减小材料性能损失，缩短了结构在高温下的停留时间，阻止了晶粒的长大，提高成形后结构的性能，成形精度高，采用高温合金辊通过截面渐次成形，避免了扭转过程自由变形区域的应变集中产生的减薄，采用的工装设备结构简单，工艺流程短，仅需单套模具，降低了模具成本，采用高温合金辊对板材进行滚压，使其贴合单面模具。

Description

一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置及成形方法
技术领域
本发明涉及热成型技术领域，特别是涉及一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置及成形方法。
背景技术
宽弦空心风扇叶片外形为复杂弯掠空间曲面，由叶尖到叶身根部为变截面结构。为减轻叶片结构重量，叶片中部为空心桁架结构。宽弦叶片具有以下优点：(1)使风扇和压气机空气动力学特性得到改善，流量增大，效率显著提高；(2)使风扇抗外物损伤能力、抗疲劳特性和失速裕度得到提高；(3)使风扇叶片数减少，降低生产与制造费用。
现有技术中的宽弦空心风扇叶片主要采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺，如图5所示。叶片制造过程包括毛坯封装、扩散连接、预成型、超塑成形和数控加工，其中预成型是在超塑成形前毛坯由平板状态到复杂曲面外形的塑性变形过程。本专利的技术方案主要针对预成型阶段，现有方法中预成型由扭转和校形两个独立的热循环过程组成，扭转是将毛坯加热至成形温度，夹持毛坯根部，使叶尖绕旋转轴扭转至特定角度，获得扭转角，但由于扭转过程只夹持毛坯两端，中间部分材料为自由变形区域，形状尺寸无法精确控制，扭转后需要将毛坯重新加热至成形温度，通过校形过程使用模具将中间自由变形区域压合成形至理想形状。
近几年备受关注的金属板材渐进成形技术可以成形复杂曲面形状的工件，其主要是根据工件形状的几何信息，在数控设备上控制成形工具头沿特定轨迹对板料进行局部的塑性加工，使板料逐渐成形为所需工件。渐进成形不需要专用的模具，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的工件。渐进成形分为负成形与正成形。负成形可以成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单的夹具，板料由夹具夹紧，然后成形工具头按设定好的程序实现分层加工，每加工一层，成形工具头便下降一定距离，进行第二层的加工，如此直至结束，在加工过程中夹具夹紧板料始终不动。正成形法适用于形状复杂的零件，在正成形方法中，需要支撑模型，支撑模型的形状要与所成形的零件的形状一致，但是这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别，支撑模型的精度要求不是很高。在这种成形方法中，首先加工支撑模型，支撑模型加工完毕后再放上板料，以后的加工步骤与负成形基本相同，不同的是正成形中成形工具头每走完一层的路径，托板都要带动板料下降，工具头由边缘向心部逐层碾压板材，直至成形完成。
现有技术中采用扭转校形的预成型方法中叶片经历扭转和校形两个热循环过程，材料组织和力学性能有所降低，工序周期长；另一方面从成形精度的角度考虑，扭转过程由于涉及大塑性变形，容易在局部截面引起应变集中，产生厚度减薄，造成成形精度下降。此外，现有的金属板材渐进成形技术，不需要模具，对于内部为空心桁架结构的薄壁叶片，成形精度难以控制，金属板材渐进成形过程中易发生拉裂、起皱等一些复杂的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置及成形方法。
一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，包括装置本体，装置本体包括单面模具，单面模具上设置有装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒，单面模具的顶部设置有单面榫头压弯模具，所述单面榫头压弯模具与所述单面模具顶部一端对应，单面榫头压弯模具水平方向的右侧设置有高温合金辊。
进一步地，装置本体还设置有关节臂，所述关节臂连接所述高温合金辊并控制所述高温合金辊移动。
进一步地，单面榫头压弯模具的整体形状为倒漏斗形。
进一步地，加热棒的数量为1个以上。
进一步地，单面模具为高温合金材料。
一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，包括如下步骤：
第一步，设计单面模具，根据超塑成形前的榫头叶背侧型面设计单面榫头压弯模具，单面模具上设置装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒；
第二步，设计使工件产生滚压变形的高温合金辊及辊进给控制系统；
第三步，将预成型前的平板毛坯在单面模具上装夹定位，单面模具加热到成形温度；
第四步，榫头压弯至最终形状，保持夹紧；
第五步，控制高温合金辊移动，使高温合金辊沿叶片弦向自毛坯榫头一端滚压毛坯叶背面，使对应截面的材料与单面模具型面贴合；
第六步，沿叶片展向自毛坯榫头端向叶尖端逐步移动高温合金辊，实现叶片毛坯的逐个截面依次成形。
进一步地，平板毛坯的板材为带有止焊剂图形的三层结构件，空心结构件材料为TC4钛合金，加热棒的加热温度为700℃-900℃，高温合金辊施加的应力为3Mpa-4Mpa，滚压速度为0.8-1.0m/min。
进一步地，高温合金辊在叶片上形成Z型压制运动轨迹。
进一步地，可采用电磁感应加热平板毛坯至成形温度，该成形温度为800℃-1000℃。
本发明的优点：
1、显著减小材料性能损失，缩短了结构在高温下的停留时间，阻止了晶粒的长大，提高成形后结构的性能；
2、成形精度高，采用高温合金辊通过截面渐次成形，避免了扭转过程自由变形区域的应变集中产生的减薄；
3、采用的工装设备结构简单，工艺流程短，仅需单套模具，降低了模具成本，采用高温合金辊对板材进行滚压，使其贴合单面模具。
附图说明
图1为本发明的主视结构示意简图；
图2为本发明的左视结构示意简图；
图3为本发明的带有关节臂的示意简图；
图4为本发明的俯视结构示意简图；
图5为现有空心风扇叶片成形过程的示意图。
附图中的标记为：
1、单面榫头压弯模具
2、高温合金辊
3、平板毛坯
4、加热棒
5、单面模具；
6、定位块；
7、关节臂。
具体实施方式
为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图以及实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
实施例1
如图1-4所示，一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，包括装置本体，装置本体包括单面模具，单面模具为高温合金材料，单面模具上设置有装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒，加热棒的数量为1个以上，单面模具的顶部设置有单面榫头压弯模具，单面榫头压弯模具与单面模具顶部一端对应，单面榫头压弯模具的整体形状为倒漏斗形，单面榫头压弯模具水平方向的右侧设置有高温合金辊，装置本体还设置有关节臂，关节臂连接高温合金辊并控制高温合金辊移动。
一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，包括如下步骤：
第一步，设计单面模具，根据超塑成形前的榫头叶背侧型面设计单面榫头压弯模具，单面模具上设置装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒；
第二步，设计使工件产生滚压变形的高温合金辊及辊进给控制系统，辊进给控制系统采用现有技术中的控制系统即可；
第三步，将预成型前的平板毛坯在单面模具上装夹定位，单面模具加热到成形温度，平板毛坯的板材为带有止焊剂图形的三层结构件，空心结构件材料为TC4钛合金，加热棒的加热温度为700℃-900℃，也可采用电磁感应加热平板毛坯至成形温度，该成形温度为800℃-1000℃；
第四步，榫头压弯至最终形状，保持夹紧；
第五步，控制高温合金辊移动，使高温合金辊沿叶片弦向自毛坯榫头一端滚压毛坯叶背面，使对应截面的材料与单面模具型面贴合，高温合金辊施加的应力为3Mpa-4Mpa，滚压速度为0.8-1.0m/min，高温合金辊在叶片上形成Z型压制运动轨迹；
第六步，沿叶片展向自毛坯榫头端向叶尖端逐步移动高温合金辊，实现叶片毛坯的逐个截面依次成形。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，包括装置本体，其特征在于：装置本体包括单面模具，单面模具上设置有装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒，单面模具的顶部设置有单面榫头压弯模具，所述单面榫头压弯模具与所述单面模具顶部一端对应，单面榫头压弯模具水平方向的右侧设置有高温合金辊。
2.如权利要求1所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，其特征在于：装置本体还设置有关节臂，所述关节臂连接所述高温合金辊并控制所述高温合金辊移动。
3.如权利要求1所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，其特征在于：单面榫头压弯模具的整体形状为倒漏斗形。
4.如权利要求1所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，其特征在于：加热棒的数量为1个以上。
5.如权利要求1所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形装置，其特征在于：单面模具为高温合金材料。
6.一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，其特征在于：包括如下步骤，第一步，设计
单面模具，根据超塑成形前的榫头叶背侧型面设计单面榫头压弯模具，单面模具上设置装夹定位毛坯的定位块，单面模具内均匀设置有预热单面模具的加热棒；
第二步，设计使工件产生滚压变形的高温合金辊及辊进给控制系统；
第三步，将预成型前的平板毛坯在单面模具上装夹定位，单面模具加热到成形温度；
第四步，榫头压弯至最终形状，保持夹紧；
第五步，控制高温合金辊移动，使高温合金辊沿叶片弦向自毛坯榫头一端滚压毛坯叶背面，使对应截面的材料与单面模具型面贴合；
第六步，沿叶片展向自毛坯榫头端向叶尖端逐步移动高温合金辊，实现叶片毛坯的逐个截面依次成形。
7.如权利要求6所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，其特征在于：平板毛坯的板材为带有止焊剂图形的三层结构件，空心结构件材料为TC4钛合金，加热棒的加热温度为700℃-900℃，高温合金辊施加的应力为3Mpa-4Mpa，滚压速度为0.8-1.0m/min。
8.如权利要求6所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，其特征在于：高温合金辊在叶片上形成Z型压制运动轨迹。
9.如权利要求6所述的一种扭曲发动机叶形的滚压成形方法，其特征在于：可采用电磁感应加热平板毛坯至成形温度，该成形温度为800℃-1000℃。
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