CN112387819A - 一种gh4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，具体步骤如下：选用GH4169镍基高温合金材料，并进行落料；40°V型面成形：将板料水平放置在V面成形模具上进行冲压，得到带有40°V面的板料；120°弯曲成形：将带有40°V面的板料放置在曲面成形模具上进行冲压，得到带有40°V形面的卡圈。本发明通过进行两步冲压成形，易于控制冲压变量，提升了工件精度，并且冲压工序分散，使得不存在复合模具中的“最小壁厚”问题，因而模具强度相对较高，寿命较长；此外，易于实现自动化，减少人力成本，可将回弹进行多步释放并进行校正，降低了残余应力，保证了工件使用寿命。

Description

一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法

技术领域

本发明涉及高温合金冲压成型技术领域，具体为一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法。

背景技术

卡箍是飞机上应用较为广泛的一种标准件，用于飞机、发动机上各种管路的连接、固定与支撑，电线、电缆的捆扎、固定与安装。与飞机上其他部件相比，卡箍结构较为简单，但是其作用是对飞机各系统固定连接，让其重要性不言而喻，且关系到飞机的飞行安全。

国内现有的燃油、空调系统导管连接卡箍(HB6521)刚性连接，质量大，难以满足第四代飞机燃油系统质量轻、便于安装、安装有余度设计、安装后可扰动、维修性佳等要求。因此，研究一种新型高温合金卡箍就迫在眉睫。

卡箍的使用性能是由卡箍的成形质量决定的，因此卡箍的成形工艺研究显得十分重要。卡箍由组合箍带、卡圈、铆钉、厚螺母和薄螺母等零件组成，其中卡圈是极其重要的部件。工作原理是箍带箍紧三块卡圈，依靠卡圈40°V形面锁紧凸缘接头，保证了高温高压下的密封性能。故对卡圈的材料状态，V形面的几何尺寸要求较高。因具有批量生产成本低、零件一致性好以及生产效率高等特点，冲压成型技术被广泛地应用于汽车、仪器仪表、航空航天等领域。缺点在于冲压过程中，板料容易出现开裂、起皱和回弹等诸多缺陷，其中由于外力卸载后，成型件内部应力重新调整平衡，板料弹性变形小导致的回弹，是影响成形件精度的重要影响因素，需要优先解决。随着航空航天、汽车、仪器仪表等工业的大力发展，冲压件的应用随之变广，成型精度要求随之变高，导致回弹问题的解决迫在眉睫。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法。通过两步成形可将回弹进行多步释放并进行校正，降低残余应力，易于控制冲压变量，提高零件精度。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，具体步骤如下：

(A)选用GH4169镍基高温合金材料，并进行落料；

(B)40°V型面成形：将板料水平放置在V面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的板料；

(C)120°弯曲成形：将带有40°V面的板料放置在曲面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的卡圈。

进一步地，步骤(B)中V面成形模具包括带有凸起的一号上模具、带有凹槽的一号下模具，凸起与凹槽相适配。

进一步地，所述凸起以及凹槽的两侧为40°斜边。

进一步地，步骤(C)中曲面成形模具包括带有圆弧凹槽及与圆弧凹槽两端相连的定位凹槽的二号上模具、带有圆弧凸起的二号下模具，圆弧凹槽与圆弧凸起相适配。

进一步地，所述圆弧凹槽以及圆弧凸起的圆弧角度为120°，所述定位凹槽的两侧为40°斜边。

本发明的有益效果是：

本发明通过进行两步冲压成形，易于控制冲压变量，提升了工件精度，并且冲压工序分散，使得不存在复合模具中的“最小壁厚”问题，因而模具强度相对较高，寿命较长；此外，易于实现自动化，减少人力成本，可将回弹进行多步释放并进行校正，降低了残余应力，保证了工件使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明中V面成形模具的结构示意图；

图2为本发明中曲面成形模具的结构示意图；

图3为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的应力云图；

图4为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的应力极值柱状图；

图5为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的等效塑性应变云图；

图6为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的应变极值柱状图；

图7为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的回弹量云图；

图8为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的回弹量柱状图；

图9为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的材料单元厚度变化云图；

图10为本发明V面成形模具冲压过程中V型面不同冲压速度下的材料单元厚度变化极值柱状图；

图11为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的应力云图；

图12为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的应力极值柱状图；

图13为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的等效塑性应变云图；

图14为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的应变极值柱状图；

图15为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的单元厚度变化云图；

图16为本发明120°曲面成形模具冲压过程中不同冲压速度下的材料单元厚度变化极值柱状图。

图中：1、一号上模具；11、凸起；2、一号下模具；21、凹槽；3、二号上模具；31、圆弧凹槽；32、定位凹槽；4、二号下模具；41、圆弧凸起。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1至图2所示，一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，具体步骤如下：

(A)选用GH4169镍基高温合金材料，并进行落料；

(B)40°V型面成形：将板料水平放置在V面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的板料；

(C)120°弯曲成形：将带有40°V面的板料放置在曲面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的卡圈。

作为本发明的进一步改进，采用GH4169高温合金，具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能。

作为本发明的进一步改进，步骤(B)中V面成形模具包括带有凸起11的一号上模具1、带有凹槽21的一号下模具2，凸起11与凹槽21相适配。

作为本发明的进一步改进，所述凸起11以及凹槽21的两侧为40°斜边。

V面成形模具冲压过程：将板料水平放置在一号下模具2上，通过液压机带动一号上模具1向下冲压到一号下模具2上，得到带有40°V型面的板料。

作为本发明的进一步改进，步骤(C)中曲面成形模具包括带有圆弧凹槽31及与圆弧凹槽31两端相连的定位凹槽32的二号上模具3、带有圆弧凸起41的二号下模具4，圆弧凹槽31与圆弧凸起41相适配。

作为本发明的进一步改进，所述圆弧凹槽31以及圆弧凸起41的圆弧角度为120°，所述定位凹槽32的两侧为40°斜边。

曲面成形模具冲压过程：将带有40°V型面的板料倒扣放置在二号下模具4上，通过圆弧凸起41定位，二号上模具3冲压前要求保证定位凹槽32与带有40°V型面的板料对应后再进行冲压，得到带有40°V型面的卡圈。

本发明通过两套模具分两步进行冲压成形，一方面，易于控制冲压变量，提升了工件精度，另一方面，将回弹进行多步释放并进行校正，降低了工件残余应力。

本发明通过仿真分析，计算两套模具对卡圈进行成型冲压过程中应力的变化，以此来证明本方法能够降低卡圈残余应力。

在仿真过程中，分别设置了分析步时间T＝0.1s、T＝0.01s、T＝0.001s，对应冲压速度分别为0.07m/s、0.7m/s、7m/s，研究冲压速度对其应力应变的影响。

V型面冲压：

应力

如图3所示，为V型面不同冲压速度下的应力云图，图3中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图3可知，在第一步V型面冲压过程中，不同冲压速度下板料的应力分布较为均匀，板料两侧应力均较低，三种速度下应力极大致与极小值分布位置相似，均出现在曲率较大处。最大应力出现在冲压时间为0.001s时，为1785.63MPa，随着冲压速度的降低，应力呈现下降趋势，如图3中(a)所示，表明在实际冲压过程中，低速冲压对加工较为有利。

如图4所示，为不同冲压速度下的应力极值柱状图，由图4可知，在0.001s、0.01s、0.1s这三个冲压时间内，应力极大值与极小值均随着冲压速度的降低而降低。因此可以得出冲压时间越长，越不容易出现应力极大值与极小值，对实际冲压加工的越有利。

应变

经过仿真分析，得到了不同冲压速度下的等效塑性应变云图，如图5所示，图5中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图5可知，在第一步V型冲压过程中，三种速度下，等效应变均在0～0.53范围内(量纲为1)速度为0.001s时与0.1s时最大与最小等效塑性应变产生位置相似，分布在板料几何中心同侧。冲压速度为0.1s时最大等效塑性应变最低，为0.5，表明低速冲压对加工有利。

如图6所示，为不同冲压速度下的材料单元厚度变化极值柱状图，由图可知，冲压时间为0.1s时最大应变值最小，且应变极值差最小，故此冲压速度适合实际加工。

回弹

经过仿真分析，得到了不同冲压速度时回弹量云图，如图7所示，图7中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图7可知，在第一步V型面冲压应力释放过程中，不同冲压速度下卡圈的应力释放回弹量不同，在低速冲压后应力释放回弹量较低；综合三种情况，可知两端回弹量分布不均匀，而三种冲压速度下回弹量均小于1.12mm，随着冲压速度的降低，回弹量也减小，表明在实际冲压过程中，为了降低回弹量释放，应选择低速冲压。

如图8所示，为不同冲压速度下的回弹量柱状图，由图8可知，随着冲压速度的降低，回弹量也在降低。但冲压时间的改变是倍数关系(0.001s、0.01s、0.1s)，而回弹量呈现先上升后下降的趋势，在冲压时间为0.1s时最大回弹量最小，实际加工时应选择此加工速度。

单元厚度

经过仿真分析，得到了不同冲压速度下的材料单元厚度变化云图,如图9所示，图9中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图9可知，在在第一步V型面冲压过程中，三种速度下，材料单元厚度变化极值分布情况各不相同，在冲压时间T＝0.1s时，如图9中(c)所示，极值分布在板料中心同侧，且极值较小，对板料整体冲压效果有利，故在实际加工时，应选择此冲压速度。

如图10所示，为不同冲压速度下的材料减薄率柱状图，由图10可知，各冲压速度下材料单元厚度变化柱状图无明显变化。

120°弯曲成形冲压：

应力

经过仿真分析，得到了不同冲压速度下的应力云图，如图11所示，图11中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图11可知，在第二步120°冲压过程中，不同冲压速度下卡圈的应力分布情况不同，图11(a)、(b)，卡圈两侧应力均较低，最大应力均出现在曲率较大处。图11(c),应力极值分布较为均匀，且极值较小。

总体来说，随着冲压速度的上升，应力呈现上升趋势，最大应力出现在冲压时间为0.001s时，为2089.17MPa，如图11(a)所示，表明在实际冲压过程中，有破坏的趋势。故实际加工时，考虑到应力，因采取低速加工。

如图12所示，为不同冲压速度下的应力极值柱状图，如图12可知，在0.001s、0.01s、0.1s这三个冲压时间内，应力极大值与极小值、均值均随着冲压速度的降低而降低。且高速冲压时，应力极大值与极小值远远大于另外两种情况。因此可以得出冲压时间越长，越不容易出现应力极大值与极小值，对实际冲压加工的越有利。

应变

经过仿真分析，得到了不同冲压速度下的等效塑性应变云图，如图13所示，图13中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图13可知，在第二步120°型冲压过程中，三种速度下，等效应变均在0～1.04范围内(量纲为1)三种速度的最大与最小等效塑性应变产生位置相似，分布在板料几何中心同侧。

如图14所示，为不同冲压速度下的应变极值柱状图，由图14可知，冲压时间为0.1s时最大应变值最小，且应变极值差最小，故此冲压速度适合实际加工。

单元厚度

经过仿真分析，得到了不同冲压速度下的单元厚度变化云图,如图15所示，图15中(a)对应T＝0.001s，(b)对应T＝0.01s，(c)对应T＝0.1s。由图15可知，在在第二步120°冲压过程中，三种速度下，单元厚度变化极值分布情况基本相同，极值分布在板料中心同侧。

如图16所示，为不同冲压速度下的材料单元厚度变化极值柱状图，由图16可知，因为减薄率极大值分别为(1.78mm、1.52mm、1.51mm)，并且极大极小值之间差值小，表明低速冲压性能较优，故在实际冲压时选择低速冲压。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，其特征在于：具体步骤如下：

(A)选用GH4169镍基高温合金材料，并进行落料；

(B)40°V型面成形：将板料水平放置在V面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的板料；

(C)120°弯曲成形：将带有40°V面的板料放置在曲面成形模具上进行冲压，得到带有40°V型面的卡圈。

2.根据权利要求1所述的一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，其特征在于：步骤(B)中V面成形模具包括带有凸起(11)的一号上模具(1)、带有凹槽(21)的一号下模具(2)，凸起(11)与凹槽(21)相适配。

3.根据权利要求2所述的一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，其特征在于：所述凸起(11)以及凹槽(21)的两侧为40°斜边。

4.根据权利要求1所述的一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，其特征在于：步骤(C)中曲面成形模具包括带有圆弧凹槽(31)及与圆弧凹槽(31)两端相连的定位凹槽(32)的二号上模具(3)、带有圆弧凸起(41)的二号下模具(4)，圆弧凹槽(31)与圆弧凸起(41)相适配。

5.根据权利要求4所述的一种GH4169镍基高温合金卡圈冲压成型方法，其特征在于：所述圆弧凹槽(31)以及圆弧凸起(41)的圆弧角度为120°，所述定位凹槽(32)的两侧为40°斜边。

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