薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法技术

本发明专利技术涉及一种薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，包括以下步骤：S1、装配约束模、环形毛坯、驱动芯辊和顶出环；S2、驱动芯辊在环形毛坯内表面作多道次多边形进给运动：首先驱动芯辊由初始中心位置移动到约束模内表面拐角对应位置，然后驱动芯辊沿径向进给至第一道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；随后，驱动芯辊沿径向进给至第二道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；驱动芯辊重复上述进给路径，直至获得目标多边形环类构件；S3、成形完成后，顶出环推动目标多边形环类构件与约束模分离。本发明专利技术有效地解决了大型薄壁复杂环状构件高性能、高效率、低成本制造难题。

【技术实现步骤摘要】
薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法
本专利技术涉及薄壁多边形环类构件成形制造领域，更具体地说，涉及一种薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法。
技术介绍
薄壁多边形环类构件在航空、航天、舰船、武器装备、风电、石油化工等领域具有十分广泛的应用，其制造技术是国际高端装备制造技术研究的前沿。薄壁多边形环类构件不仅壁厚薄，而且其轴截面为复杂的多边形，因此该类构件无法通过传统的环件轧制方法制造。现阶段该类构件的主要加工方法为切削加工和焊接。切削加工方法是在厚壁环坯的基础上切除大量多余金属获得薄壁多边形环类构件，该方法材料利用率低、效率低、成本高，且不能细化晶粒、切断金属流线，因此难以制造高性能薄壁多边形环类构件。焊接方法是采用焊接技术将多个薄板构件焊接成一个薄壁多边形环类构件，该方法严重地削弱了薄壁多边形环类构件强度和承载能力。因此，现有的加工方法均难以实现薄壁多边形环类构件高性能、高效率、低成本制造。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，一种薄壁多边形环柔性生长成形方法，有效地解决了大型薄壁复杂环状构件高性能、高效率、低成本制造难题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，包括以下步骤：S1、装配薄壁多边形环类构件柔性生长成形装置，其包括约束模、环形毛坯、驱动芯辊和顶出环；环形毛坯放置于约束模内部，环形毛坯外表面与约束模内表面相切；驱动芯辊放置于环形毛坯内部，其轴线与环形毛坯轴线平行；顶出环位于环形毛坯下端面，且与约束模内表面贴合；约束模为环形构件，其内表面与目标多边形环类构件外表面形状完全一致；约束模固定在基座上，成形过程中保持固定不动；驱动芯辊为实心棒，其外表面与目标多边形环类构件内表面形状匹配，其直径不大于目标多边形环类构件内表面拐角圆弧直径；顶出环外表面为多边形，其外表面轮廓略小于目标多边形环类构件外表面轮廓；顶出环内表面为环形，其内径略小于目标多边形环类构件内表面内接圆直径；S2、驱动芯辊在环形毛坯内表面作多道次多边形进给运动：首先驱动芯辊由初始中心位置移动到约束模内表面拐角对应位置，并与环形毛坯内表面贴合，然后驱动芯辊沿径向进给至第一道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；随后，驱动芯辊沿径向进给至第二道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；驱动芯辊重复上述进给路径，直至获得目标多边形环类构件；驱动芯辊在成形过程中绕自身轴线被动自转，同时在环形毛坯内表面沿预定路径作进给运动；通过约束模和驱动芯辊的共同作用，使得环形毛坯金属主要沿周向流动，环形毛坯周长不断扩大，截面轮廓不断成形，但轴向高度基本不变；当环形毛坯外表面与约束模内表面完全贴合后，驱动芯辊继续进给，环形毛坯外表面周长保持不变，轴向高度不断增加；S3、成形完成后，位于约束模内的顶出环推动目标多边形环类构件向上运动，直至目标多边形环类构件与约束模分离。上述方案中，所述环形毛坯的几何尺寸按公式(1)计算；其中，H0为环形毛坯高度，D0为环形毛坯外圆直径，d0为环形毛坯内圆直径；H为目标多边形环类构件高度，D为目标多边形环类构件外表面内接圆直径，d为目标多边形环类构件内表面内接圆直径；r1为目标多边形环类构件外表面拐角圆弧半径，r2为目标多边形环类构件内表面拐角圆弧半径，λ为轴向高度生长率。上述方案中，所述步骤S2中，当驱动芯辊到约束模内表面最短距离大于S0时，驱动芯辊每道次进给量较小，当驱动芯辊到约束模内表面最短距离小于S0时，驱动芯辊每道次进给量较大，S0按公式(2)计算；其中，r0为芯辊半径。实施本专利技术的薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，实现了多边形环类构件成形制造；具有材料利用率高、生产效率高等优点；(2)薄壁多边形环类构件通过多次连续轧制，可以细化组织晶粒、获得良好的金属流线，从而显著提升使构件的力学性能。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为薄壁多边形环类构件和环形毛坯主视图；图2为薄壁多边形环类构件和环形毛坯剖视图；图3为薄壁多边形环类构件柔性生长成形装置示意图；图4为薄壁多边形环类构件柔性生长成形模具示意图；图5为薄壁多边形环类构件柔性生长成形过程主视图；图6为薄壁多边形环类构件柔性生长成形过程剖视图；图7为薄壁多边形环类构件柔性生长成形过程有限元仿真示意图；图8为薄壁多边形环类构件柔性生长成形驱动芯辊进给路径示意图；图9为薄壁多边形环类构件柔性生长成形顶出环示意图；图10为薄壁多边形环类构件柔性生长成形脱模示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。本实例的目标薄壁多边形环类构件如图1所示，该构件为六边形环类构件，其主要尺寸参数如表1所示。本实例所采用的坯料为环形毛坯2，如图1所示。环形毛坯2几何尺寸按公式(1)计算，其主要尺寸参数如表1所示。其中，H0为环形毛坯2高度，D0为环形毛坯2外圆直径，d0为环形毛坯2内圆直径；H为目标多边形环类构件高度，D为目标多边形环类构件外表面内接圆直径，d为目标多边形环类构件内表面内接圆直径；r1为目标多边形环类构件外表面拐角圆弧半径，r2为目标多边形环类构件内表面拐角圆弧半径，λ为轴向高度生长率，取λ＝1.09。表1六边形薄壁环形结构柔性生长成形有限元模型参数装配薄壁多边形环类构件柔性生长成形装置，包括约束模4、环形毛坯2、驱动芯辊1和顶出环3，如图3所示。环形毛坯2放置于约束模4内部，环形毛坯2外表面与约束模4内表面相切；驱动芯辊1放置于环形毛坯2内部，其轴线与环形毛坯2轴线平行；顶出环3位于环形毛坯2下端面，且与约束模4内表面贴合。模具形状与运动设计：图4为薄壁多边形环类构件柔性生长成形模具示意图。约束模4为环形构件，其内表面与目标多边形环类构件外表面形状完全一致；约束模4固定在基座上，成形过程中保持固定不动。驱动芯辊1为实心棒，其外表面与目标多边形环类构件内表面形状匹配，其直径不大于目标多边形环类构件内表面拐角圆弧直径。驱动芯辊1在成形过程中绕自身轴线被动自转，同时在环形毛坯2内表面沿预定路径作进给运动。通过约束模4和驱动芯辊1的共同作用，环形毛坯2首先进入径向变形阶段，金属主要沿周向流动，环形毛坯2周长不断扩大，截面轮廓不断成形，但轴向高度基本不变；当环形毛坯2外表面与约束模4内表面完全贴合，驱动芯辊1继续进给，环形坯料进入轴向变形阶段，环形毛坯2外表面周长保持不变，轴向高度不断增加；当驱动芯辊1进给量达到预定值时，驱动芯辊1不再进给，但按预定路径至少继续运动一周，直至获得目标多边形环类构件。图5和图6为薄壁多边形环类构件柔性生长成形过程示意图，图7为薄壁多边形环类构件柔性生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、装配薄壁多边形环类构件柔性生长成形装置，其包括约束模、环形毛坯、驱动芯辊和顶出环；环形毛坯放置于约束模内部，环形毛坯外表面与约束模内表面相切；驱动芯辊放置于环形毛坯内部，其轴线与环形毛坯轴线平行；顶出环位于环形毛坯下端面，且与约束模内表面贴合；约束模为环形构件，其内表面与目标多边形环类构件外表面形状完全一致；约束模固定在基座上，成形过程中保持固定不动；驱动芯辊为实心棒，其外表面与目标多边形环类构件内表面形状匹配，其直径不大于目标多边形环类构件内表面拐角圆弧直径；顶出环外表面为多边形，其外表面轮廓略小于目标多边形环类构件外表面轮廓；顶出环内表面为环形，其内径略小于目标多边形环类构件内表面内接圆直径；/nS2、驱动芯辊在环形毛坯内表面作多道次多边形进给运动：首先驱动芯辊由初始中心位置移动到约束模内表面拐角对应位置，并与环形毛坯内表面贴合，然后驱动芯辊沿径向进给至第一道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；随后，驱动芯辊沿径向进给至第二道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；驱动芯辊重复上述进给路径，直至获得目标多边形环类构件；/n驱动芯辊在成形过程中绕自身轴线被动自转，同时在环形毛坯内表面沿预定路径作进给运动；通过约束模和驱动芯辊的共同作用，使得环形毛坯金属主要沿周向流动，环形毛坯周长不断扩大，截面轮廓不断成形，但轴向高度基本不变；当环形毛坯外表面与约束模内表面完全贴合后，驱动芯辊继续进给，环形毛坯外表面周长保持不变，轴向高度不断增加；/nS3、成形完成后，位于约束模内的顶出环推动目标多边形环类构件向上运动，直至目标多边形环类构件与约束模分离。/n...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁多边形环类构件柔性生长成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、装配薄壁多边形环类构件柔性生长成形装置，其包括约束模、环形毛坯、驱动芯辊和顶出环；环形毛坯放置于约束模内部，环形毛坯外表面与约束模内表面相切；驱动芯辊放置于环形毛坯内部，其轴线与环形毛坯轴线平行；顶出环位于环形毛坯下端面，且与约束模内表面贴合；约束模为环形构件，其内表面与目标多边形环类构件外表面形状完全一致；约束模固定在基座上，成形过程中保持固定不动；驱动芯辊为实心棒，其外表面与目标多边形环类构件内表面形状匹配，其直径不大于目标多边形环类构件内表面拐角圆弧直径；顶出环外表面为多边形，其外表面轮廓略小于目标多边形环类构件外表面轮廓；顶出环内表面为环形，其内径略小于目标多边形环类构件内表面内接圆直径；
S2、驱动芯辊在环形毛坯内表面作多道次多边形进给运动：首先驱动芯辊由初始中心位置移动到约束模内表面拐角对应位置，并与环形毛坯内表面贴合，然后驱动芯辊沿径向进给至第一道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；随后，驱动芯辊沿径向进给至第二道次进给量位置，并按照目标多边形环类构件内表面多边形轮廓运动一周；驱动芯辊重复上述进给路径，直至获得目标多边形环类构件；
驱动芯辊在成形过程中绕自身轴线被动自转，同时在环形毛坯内表面沿预...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，庄武豪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42