CN103551472A - 一种空心叶片推弯成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心叶片推弯成形工艺，首先依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面；依据模具型腔曲面加工模具，模具上形成一两边开口的模腔通道；依据叶片榫头形状设计夹头；将夹头和模具固定在热压机上；在模具型腔内表面及叶片毛坯表面涂覆高温润滑剂；将叶片毛坯安装在夹头上；热压机动作，模具关闭，夹头带动叶片向着模具运动，将叶片从模腔通道一端推入模具腔中，叶片在模具型腔内表面的作用下受迫弯曲，发生扭转变形；保持一定时间后，模具打开，拆下成形完成的叶片。本发明能够将平板空心叶片坯料成形出复杂的扭转形态，使其具备所需的扭转角，成形过程平稳便捷，速度可控，各部分变形分布均匀，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种空心叶片推弯成形工艺，其用于成形带有复杂扭转角的叶片，特别是空心叶片。
背景技术
各类航空发动机使用的压气机叶片为了满足其气动外形的要求，叶片外形常常带有复杂的扭转角。这种扭曲的曲面外形给叶片的加工制造带来了巨大的困难。特别是对于具有空心减重结构的叶片，其减重部位内部中空，外部面板为小厚度薄板。面板仅在局部区域有加强筋的支撑，大部分处于悬空状态。这类叶片在弯扭成形过程中由于其结构特点，一方面扭转刚度在实心空心交界处发生突变，另一方面其内部的加强筋在扭转变形中阻碍了面板材料的流动。空心叶片在扭转中非常容易产生成形缺陷。
为了成形出叶片上的复杂扭角，目前最广泛使用的工艺是使用扭转夹具进行弯扭成形。其中单夹头弯扭成形使用一对夹头，分别夹住叶片的榫头以及叶尖部位，通过给予两夹头相对转动角度，将叶片扭转成形。这种方法对于等厚度实心叶片效果尚可，对于变厚度空心叶片，在空心和实心交汇区域，叶片的扭转刚度发生突变，靠近叶根部位的实心区域扭转刚度大，厚度厚，受扭转力矩产生的扭转角度很小；叶片中部与实心区域临近的空心区域，由于扭转刚度发生突变，且相比于叶根部位厚度较薄，扭转刚度低，抵抗扭矩能力差，在成形中大部分扭转变形集中于此，导致此处叶片面板受扭失稳严重。因此在成形空心叶片时，单夹头扭转得到的工件，扭转角度分布很不均匀，成形缺陷多，质量不稳定。多夹头弯扭工艺在单夹头弯扭工艺的基础上，在叶片中部增加了若干辅助扭转的夹持头，通过赋予各夹头不同的扭转速度与角度来扭转叶片到所需角度。但是多夹头扭转设备由于增加了内部辅助夹头，结构复杂，使得扭转成形设备体积增大，造价提高。通常来说，叶片的成形一般需在加热状态下进行，以提高材料的可加工性。多夹头弯扭设备结构复杂，且在热态下的工件的装拆十分不便，因此生产效率低下，需要改进。
发明内容
本发明提供一种新的空心叶片推弯成形工艺，其克服了现有的空心叶片扭转成形工艺效果不稳定、设备复杂、成形后缺陷多的问题，大大改善了产品质量，提高了生产效率；同时本发明空心叶片推弯成形工艺能够将平板空心叶片坯料成形出复杂的扭转形态，使其具备所需的扭转角，成形过程平稳便捷，速度可控，各部分变形分布均匀，生产效率高。本方法可以应用于各类空心叶片或者实心叶片的弯扭成形。
本发明采用如下技术方案：一种空心叶片推弯成形工艺，其包括如下步骤：
步骤一：依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面；
步骤二：依据得到的模具型腔曲面加工模具，所述模具上形成一个两边开口的模腔通道，其中一个开口用于将叶片推入；
步骤三：依据叶片榫头形状设计用于夹持叶片的夹头；
步骤四：将夹头和模具固定在热压机上；
步骤五：在模具型腔内表面涂覆高温润滑剂，在空心叶片毛坯表面涂覆高温润滑剂；
步骤六：将空心叶片毛坯安装在夹头上；
步骤七：热压机动作，模具关闭，夹头带动叶片向着模具运动，将叶片从模腔通道一端推入模具腔中，叶片在深入模腔的过程中，在模具型腔内表面的作用下受迫弯曲，发生扭转变形；
步骤八：保持一定时间后，模具打开，叶片夹头回程，将完成推弯成形的叶片移出模具，拆下成形完成的叶片，完成一个工作循环。
所述模具为开合设计的两个半模。
所述步骤四中第一半模水平安装在热压机压头上，第二半模水平安装在热压机工作台面上。
所述步骤四中第一半模直立安装在热压机工作台面上并固定，第二半模直立安装在热压机工作台可移动滑块上，夹头安装在热压机压头上并固定。
所述第一半模和第二半模的材质相同，所述模具结构上带有定位导正装置。
所述高温润滑剂为氮化硼高温润滑剂或者石墨。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明空心叶片推弯成形工艺使用推弯模配合热压机来推弯成形出空心叶片所需的扭转角，替代了原有使用扭转设备来扭转成形空心叶片的工艺，相比于之前的工艺，推弯工艺克服了由于空心叶片扭转刚度各部分差异较大而引起的变形集中，以及其导致的扭转后叶片面板凹陷过大等问题，成形效果明显改善；
（2）推弯过程中叶片与模具间接触面积大，接触区域不断转移，不易发生面板压凹等缺陷，在润滑正常的情况下，成形过程平稳，叶片各部位变形量分布均匀，成形缺陷小，产品质量稳定；
（3）采用推弯模进行推弯，工艺参数易于控制，通过调整两模面之间的间隙，可方便的控制推弯效果，推弯成形速度可通过控制热压机运行参数来调节；
（4）推弯工艺采用的推弯模具结构简单，便于设计，在热态下工件装卸更换容易；
（5）推弯工艺易于在生产中实现自动化，可大大提高带有复杂扭转角的空心叶片的生产效率。
附图说明
图1为成品空心叶片外形示意图。
图2为待成形空心叶片毛坯外形示意图。
图3为推弯模具截面示意图。
图4为推弯模具示意图。
其中，1-第一半模，2-第二半模，3-夹头，4-叶片；5-模具型腔通道。
具体实施方式
请参照图1至图4所示，本发明空心叶片推弯成形工艺包括如下步骤：
步骤一：依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面；
步骤二：依据得到的模具型腔曲面加工模具，所述模具上形成一个两边开口的模腔通道，其中一个开口用于将叶片推入；
步骤三：依据叶片榫头形状设计用于夹持叶片的夹头；
步骤四：将夹头和模具固定在热压机上；
步骤五：在模具型腔内表面涂覆高温润滑剂，在空心叶片毛坯表面涂覆高温润滑剂；
步骤六：将空心叶片毛坯安装在夹头上；
步骤七：热压机动作，模具关闭，夹头带动叶片向着模具运动，将叶片从模腔通道一端推入模具腔中，叶片在深入模腔的过程中，在模具型腔内表面的作用下受迫弯曲，发生扭转变形；
步骤八：保持一定时间后，模具打开，叶片夹头回程，将完成推弯成形的叶片移出模具，拆下成形完成的叶片，完成一个工作循环。
下面列举两种实施例来具体的阐述本发明空心叶片推弯成形工艺。
第一实施例：
1.依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面。
2.依据得到的模具型腔曲面加工模具。
3. 第一半模1水平安装在热压机压头上，第二半模2水平安装在热压机工作台面上，叶片4安装在水平设置的夹头3上。
4.推弯成形过程如下：
（1）成形空心叶片毛坯安装在夹头3上，送入炉内加热；
（2）热压机压头下行，第一半模1和第二半模2合上；
（3）夹头3向模具运动，将叶片4从模具型腔通道5一端推入模具，叶片在模具作用下扭转弯曲成形；
（4）热压机压头回程，模具打开；
（5）夹头回程，将推弯成形结束的叶片拉出模具，完成一个工作循环。
第二实施例：
1.依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面。
2.依据得到的模具型腔曲面加工模具。
3.将第一半模1直立安装在热压机工作台面上并固定，第二半模2直立安装在热压机工作台可移动滑块上，夹头3安装在热压机压头上并固定，叶片4直立安装在叶片夹头3上。
4. 推弯成形过程如下：
（1）将待成形空心叶片毛坯安装在夹头3上，送入炉内加热；
（2）热压机工作台滑块移动，第一半模1和第二半模2合上；
（3）热压机压头下行，带动叶片向着模具运动，将叶片从模具型腔通道一端推入模具，叶片在模具作用下扭转弯曲成形；
（4）工作台滑块移动，模具打开；
（5）热压机压头回程，将推弯成形结束的叶片拉出模具，完成一个工作循环。
在上述第一实施例和第二实施例中叶片推弯的变形温度为700℃-800℃。
在上述第一实施例和第二实施例中在模具型腔表面涂覆高温润滑剂，在叶片表面涂覆高温润滑剂，将模具以及叶片加热至750℃，保温一段时间达到均温。
在上述第一实施例和第二实施例中采用的高温润滑剂为氮化硼高温润滑剂或者石墨。
由于叶片扭转角度大，推弯成形到位后，叶片具有了近似模腔形状的复杂扭转角，在退回的过程中会与模具发生干涉，无法直接抽出成形后的叶片。因此上述第一实施例和第二实施例中使用的模具设计为可开合的两个半模，可在叶片推弯到位之后打开，以取出推弯成形完成的叶片。
本发明第一实施例和第二实施例中，两个半模材质相同，分开制造。模具结构上带有定位导正装置。
在上述第一实施例和第二实施例中，对于模具型腔曲面的获得，有下述两种方法：
1.提取成品叶片外部叶型曲面，将曲面边界向外延伸一定距离得到延伸后的叶型曲面。固定一个延伸后曲面位置不变，将另一个延伸曲面向外偏移一定距离作为模具间隙。本发明两个实施例中，固定叶背侧曲面位置不变，将叶盆曲面向外偏移10mm，得到两个模具型腔曲面；
2.依据成形叶片外形，绘制出近似成品外形的规则扭转曲面作为模具型腔内表面。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种空心叶片推弯成形工艺，其特征包括如下步骤：
步骤一：依据成品空心叶片外形曲面生成模具型腔曲面；
步骤二：依据得到的模具型腔曲面加工模具，所述模具上形成一个两边开口的模具型腔通道，其中一个开口用于将叶片推入；
步骤三：依据叶片榫头形状设计用于夹持叶片的夹头；
步骤四：将夹头和模具固定在热压机上；
步骤五：在模具型腔内表面涂覆高温润滑剂，在空心叶片毛坯表面涂覆高温润滑剂；
步骤六：将空心叶片毛坯安装在夹头上；
步骤七：热压机动作，模具关闭，夹头带动叶片毛坯向着模具运动，经开口将叶片从模腔通道一端推入模具腔中，叶片在深入模腔的过程中，在模具型腔内表面的作用下受迫弯曲，发生扭转变形；
步骤八：保持一定时间后，模具打开，叶片夹头回程，将完成推弯成形的叶片移出模具，拆下成形完成的叶片，完成一个工作循环。
2.根据权利要求1所述的空心叶片推弯成形工艺，其特征在于：所述模具为开合设计的两个半模。
3.根据权利要求2所述的空心叶片推弯成形工艺，其特征在于：所述步骤四中第一半模水平安装在热压机压头上，第二半模水平安装在热压机工作台面上。
4.根据权利要求2所述的空心叶片推弯成形工艺，其特征在于：所述步骤四中第一半模直立安装在热压机工作台面上并固定，第二半模直立安装在热压机工作台可移动滑块上，夹头安装在热压机压头上并固定。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种空心叶片推弯成形工艺，其特征在于：所述第一半模和第二半模的材质相同，所述模具结构上带有定位导正装置。
6.根据权利要求5所述的一种空心叶片推弯成形工艺，其特征在于：所述高温润滑剂为氮化硼高温润滑剂或者石墨。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150909 Termination date: 20201025 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |