两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法技术

本发明专利技术提供一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，属于金属成形技术领域，包括：制备直壁筒形件，根据目标锥形舱体的小端端框所在的舱体的壁厚c及对应的外半径r、直壁筒形件的中心面半径r

【技术实现步骤摘要】
两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法


[0001]本专利技术属于金属成形
，具体涉及一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法。

技术介绍

[0002]航空航天高端装备的发展不仅对科技和经济带动作用巨大，更是涉及国家战略安全的关键。轻量化是提升装备性能的途径之一，已经成为航空航天领域重要的发展方向。舱体类构件是箭体结构的重要组成部分和主要承力构件，不仅轻量化需求迫切，且作为承力构件，对其力学性能及其均匀强韧性提出了较高的要求。镁合金具备高的比强度和刚度，良好的电磁屏蔽性能，已经成为航空航天等诸多领域的较佳用材。
[0003]当前，反挤压成形技术是舱段类构件成形应用最为广泛的成形工艺，这种成形技术具有生产效率高、工艺简捷易操作、模具简单等优点，但是反挤压只能成形直壁舱段，而且不能直接成形出端框。目前主流的薄壁锥形舱段带有端框，反挤压成形只能成形厚壁壳体，后续需要通过大量车削形成样件结构，不仅材料浪费严重，导致材料利用率低，而且车断流线会降低端框的承载能力，出现力学性能小难以满足服役条件等问题，基于前述不足，专利技术人在先申请了一种带端框锥形舱体的挤压成形模具及方法（专利申请号为CN202210978109）中给出了一种采用相应的模具对环形直壁筒件进行反挤压形成具有一端端框的直壁筒件后，进一步进行缩口工艺最终形成一端具有端框的锥形舱体，客观上讲，可以通过采用在先申请中的挤压成形模具及方法实现将直壁筒件成形为具有上下端框锥形舱体的技术目的，但是，专利技术人在具体应用过程中发现，由于缺少必要的壁厚控制策略，导致成形的舱体在尺寸上与最终的设计尺寸偏差较大，例如，为了保证成形的舱体端框厚度达到设计高度，选择的直壁筒件的壁厚则相对较大，在形成舱体后再根据端框的设计高度进行必要的机加工操作（例如车削），去除的材料较多，材料利用率低；而反之，如果直壁筒件的壁厚相对较小时，则不能够形成符合设计尺寸的端框，因此，在成形锥形舱体之间合理地确定直壁筒件的壁厚显得尤其重要，基于此提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术提供一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，能够解决现有技术中带有上下端框的锥形舱体的挤压成形对直壁筒件的壁厚选择不够合理，导致材料利用率低或者端框尺寸不符合设计尺寸的技术问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，包括如下步骤：制备直壁筒形件，根据目标锥形舱体的小端端框所在的舱体的壁厚c及对应的外半径r、直壁筒形件的中心面半径r
u
、舱体的缩口角a及舱体减径缩口过程中外壁所承受的摩擦系数μ确定所述直壁筒形件的壁厚c0；形成大端端框，将制备的直壁筒形件置于空芯坯料挤压模具中，所述空芯坯料挤
压模具包括第一上模组件及第一下模组件，控制所述第一上模组件与所述第一下模组件相向挤压所述直壁筒形件形成所述大端端框；形成增加小端端框的锥形舱体，将具有大端端框的直壁筒形件上下翻转后置入缩口镦粗模具中，控制缩口镦粗模具的第二上模组件施力下压于所述直壁筒形件的大端端框所在的端面上，直至缩口的所述直壁筒形件的小端处形成小端端框，且所述小端端框的厚度达到预设的c时停止下压。
[0006]在一些实施方式中，所述c0、c、r、r
u
、a及μ符合如下关系：、k=r
u
/r，其中e为自然常数。
[0007]在一些实施方式中，在制备直壁筒形件步骤中，还根据形成后的等效舱体的体积V
缩
以及舱体的等效直筒件底面积S
直
确定所述直壁筒形件的轴向高度h0。
[0008]在一些实施方式中，；S
直
=π(R
02
‑
R2)；h0=V
缩
/S
直
，其中h1为目标锥形舱体的轴向高度，r1为所述等效舱体的小端外半径，r2为所述等效舱体的小端内半径，R1为所述等效舱体的大端内半径，R0为所述等效舱体的大端外半径，R 为直壁筒形件内半径。
[0009]在一些实施方式中，壁厚c0、轴向高度为h0的所述直壁筒形件采用如下方式制备：下料棒材坯料；将所述棒材坯料置于镦粗反挤压制坯模具中先镦粗至目标尺寸后再反挤压使镦粗的棒材沿着镦粗反挤压制坯模具的轴向流动形成具有底部端板的直壁筒形件坯料；对直壁筒形件坯料的底部端板冲底处理并进行机加工处理形成所述直壁筒形件。
[0010]在一些实施方式中，所述棒材坯料的材质为镁合金。
[0011]在一些实施方式中，在形成大端端框的步骤之后、形成缩口及小端端框之前还包括：对形成的所述大端端框进行机加工处理。
[0012]在一些实施方式中，在制备直壁筒形件之后、形成大端端框的步骤之前还包括：将制备的所述直壁筒形件，所述空芯坯料挤压模具中的第一上模组件、第一下模组件，所述缩口镦粗模具中的第二下模组件及第二上模组件加热至预设成形温度并保温。
[0013]在一些实施方式中，所述预设成形温度为440℃～450℃。
[0014]在一些实施方式中，所述空芯坯料挤压模具为促流型空芯坯料反挤压模具。
[0015]本专利技术提供的一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，在制备直壁筒形件时，根据c、r、r
u
、a及μ的具体取值对直壁筒形件的壁厚c0实现准确选择，保证在缩口镦粗模具内形成的小端端框能够达到目标厚度c，从而可以在舱体的上下端框成型完毕后对其进一步机加工处理过程中仅需去除较少的材料即可达到设计尺寸，提高了坯料材料的利用率，有效避免现有技术中直壁筒形件的壁厚过大导致后续大量的材料切削导致的较低材料利用率或者直壁筒形件的壁厚过小导致后续成形的小端端框尺寸不足的现象发生。需要说明的是，本专利技术中的大端端框（也即下端框）以及小端端框（也即上端框）分别采用空芯坯料挤压模具及缩口镦粗模具实现促流反挤压和缩口减径镦粗以实现对锥形舱体的挤压成形，成形过程中能够促使金属材料充分流动产生大应变量，进而使晶粒细化，与传统的锥形件
成形工艺依靠机加工来切削锥形件形成端框的方式相比较，本专利技术形成的端框具有更高的力学性能（强度、韧性），更能够满足舱体的服役要求。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法的步骤图；图2为本专利技术另一实施的两端具有端框的锥形舱体的工艺流程图示意；图3为本专利技术实施例采用的空芯坯料挤压模具结构示意图；图4为本专利技术实施例采用的缩口镦粗模具结构示意图；图5为本专利技术实施例采用的镦粗反挤压制坯模具结构示意图；图6为本专利技术实施例中端框形成前的直壁筒形件与形成后的舱体的结构尺寸对比示意图；图7为本专利技术实施例中忽略端框后的成形后等效舱体（等效的空心圆台）结构尺寸示意图；图8为本专利技术实施例中忽略端框的直壁筒形件的结构尺寸示意图。
[0017]附图标记为：1、空芯坯料挤压模具； 11、第一下模板；12、第一垫块；13、凹模；14、垫圈；15、芯轴；16、环形凸模；17、第一上模板；2、缩口镦粗模具；21、缩口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：制备直壁筒形件（100）：根据目标锥形舱体的小端端框（101）所在的舱体的壁厚c及对应的外半径r、直壁筒形件（100）的中心面半径r
u
、舱体的缩口角a及舱体减径缩口过程中外壁所承受的摩擦系数μ确定所述直壁筒形件（100）的壁厚c0；形成大端端框（102）：将制备的直壁筒形件（100）置于空芯坯料挤压模具（1）中，所述空芯坯料挤压模具（1）包括第一上模组件及第一下模组件，控制所述第一上模组件与所述第一下模组件相向挤压所述直壁筒形件（100）形成所述大端端框（102）；形成增加小端端框（101）的锥形舱体：将具有大端端框（102）的直壁筒形件（100）上下翻转后置入缩口镦粗模具（2）中，控制缩口镦粗模具（2）的第二上模组件施力下压于所述直壁筒形件（100）的大端端框（102）所在的端面上，直至缩口的所述直壁筒形件（100）的小端处形成小端端框（101），且所述小端端框（101）的厚度达到预设的c时停止下压。2.根据权利要求1所述的两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，其特征在于，所述c0、c、r、r
u
、a及μ符合如下关系：、k=r
u
/r，其中e为自然常数。3.根据权利要求1或2所述的两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，其特征在于，在制备直壁筒形件（100）步骤中，还根据形成后的等效舱体的体积V
缩
以及舱体的等效直筒件底面积S
直
确定所述直壁筒形件（100）的轴向高度h0。4.根据权利要求3所述的两端具有端框的锥形舱体的挤压成形方法，其特征在于，；S
直
=π(R
02
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：赵熹，张治民，任贤魏，李国俊，陈凯，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：