复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252012Vol33No．5912-919ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：i000—6893(2012)05—0912-08复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究朱宇1，万敏1’’，周应科1，刘青海2，李又春2，郑南松2，皮克松21．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京1001912．中国南方航空工业(

2、集团)有限公司，湖南株洲412002摘要：液压成形技术是成形薄壁零件的一种有效的解决方法。针对具有异形截面结构的某型发动机高温合金薄譬环形件，提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法，依据塑性力学方法和增量理论对成形过程进行了应力应变特征分析，并建立了有限元模型。基于有限元模拟和工艺试验，研究了筒坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键下艺参数对零件成形结果的影响，探讨了成形过程中壁厚过度减薄、材料堆积“折叠”、形状不对称等失效形式，提出了优化的工艺参数。结果表明，提出的工艺方法可实现复杂异形截

3、面薄壁环形件的整体精确成形，采用优化的简坯成形区高度和液压加载路径可获得壁厚分布均匀、成形质量较好的零件。关键词：液压成形；动模；异形截面；薄壁环形件；加载路径；壁厚；整体成形中图分类号：V261．7；TG394文献标识码：A液压成形(Hydroforming)足利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术。较传统工艺，其优势主要体现在：省去一半模具费用和加工时间，可成形复杂结构零件。且改善零件表面质量和提高尺寸精度；液体作为传力介质具有实时可控性，可以按给定曲线精确控制压力，大大提高

4、工艺柔性[1]。随着航空航天、汽车等制造领域零部件结构整体化、轻量化和复合成形技术的需要，以及低塑性、难成形材料和复杂形状结构的使用，液压成形技术作为一种先进的柔性成形方法，得到了长足的发展和广泛的应用[z-43，逐渐成为薄壁零件制造的主流技术之一Is-9]。近年来，对环形壳体金属零件成形工艺的研究主要集中在金属波纹管等制造领域。与机械成形、焊接成形、电化学成形等工艺方法相比，液压成形可获得综合性能较好、成形质量较高的波纹管零件：Lee应用有限元技术研究了波纹管胀形、合模及回弹的成形过程，并分析

5、了关键工艺参数的影响规律n叫；Kang等提出了单步液压成形方法，成形出不同截面形状的波纹管，并分析了润滑条件对成形效果的影响¨u；Faraji等分别基于数值模拟和工艺试验对波纹管的成形过程进行了研究，两者具有较好的一致性[121；Wang等首次开发了利用氩气的压力胀形和轴向加载的复合超塑性工艺成形技术制造钛合金波纹管的新工艺，并成形了Ti一6A1—4V钛合金双波波纹管Ll“，同时基于响应面法一复合设计法实现了关键工艺参数的稳健设计并验证了其可行性[1“。但目前对其他类型薄壁环形件尤其是异形截面环

6、形件成形方法的研究则鲜有报道。高温合金异形截面薄壁环形件，是某型发动机的关键钣金零件：截面微小、形状复杂，壁厚超收稿日期：2011-08·05；退修日期：2011-09—09；录用日期：2011—10-14：网络出版时间：2012-01．2609：38网络出版地址：v¨tcw．∞kinet／kcms／detail／111929V．20110126．0938000．hl

7、nIDOI：CNKI：11·1929／V20110126．0938．000*通讯作者．Tel．：010-82338788E-ma

8、il：rowan@buaa．edu．∞萼l擂格武fz啪Y．WanM·ZhouYKtetal÷Hydroform／ngofcomplicatedthin-walledcircularpartswithirregularsectionbyusingmovingdies，ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012，33(5)：912-919．来字，万敏，周应稃．等囊杂异彤截面薄譬环形俘萄模液压成形研究．航空学报．2812．33(5)：9’2-919．朱宁等：复杂异

9、形截面薄壁环形件动模液压成形研究薄仅0．2lTlm，需要较高的形状尺寸精度和表面质量，且要求零件壁厚减薄控制在10％以内，应用传统工艺成形质量很难保证，目前国内尚无针对该类零件的专用设备和生产能力。本文针对某型发动机高温合金异形截面薄肇环形件的成形进行研究，提出了液压成形和动模轴向加载的复合成形工艺方法，基于理论分析、有限元模拟和试验，分析影响其成形过程和成形质鼍的关键因素，实现零件一次整体精确成形，为该方法在异形截面薄壁环形件生产中的应用起到推动作用。1工艺分析与方案设计某型发动机的异形截面薄