一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法

本发明涉及航空发动机零部件成形技术，具体涉及一种适用于发动机进气唇口零件的板料拉深-电磁感应渐进滚压成形复合成形，以及校形的一体化方法。

背景技术：

1、发动机唇口零件是位于航空发动机或进气道前端的环形或异形关键结构件，其核心功能在于平顺地引导并整流进入发动机的气流，同时承受气动载荷、外物冲击、振动以及可能的防冰系统温度交变。该零件的气动外形精度直接决定了进气道的总压恢复系数和流场畸变程度，进而显著影响发动机的推力、燃油经济性和喘振裕度。典型的发动机唇口零件具有大曲率薄壁、环形中空等复杂几何特征，其外表面通常为符合特定翼型曲线的三维自由曲面，内表面则与支撑结构或防冰通道相配合。

2、为满足高推重比和严苛的服役环境，发动机唇口零件普遍采用高性能铝合金、钛合金等轻质但难变形的材料制造。这些材料在室温下塑性差、回弹显著，且对成形速度和温度历程极为敏感。

3、目前，发动机唇口零件的传统制造工艺主要包括：分段拉深成形后拼焊、分瓣-拼焊冷成形、双道次拉深成形及蠕变时效成形等。然而，上述方法在应对现代高性能唇口零件日益苛刻的结构与性能要求时，暴露出以下不足：

4、发动机唇口零件位于进气道前端，其截面常呈现内外双翻边的环形结构，对气动外形、尺寸精度和表面质量要求苛刻。唇口零件往往是小批量、多品种产品的研发成本和周期。分体焊接工序多、变形大，铸造组织性能难以满足轻量化要求，并且，拉深成形由于内外圈同时采用拉深工艺时内侧无压边或空间不足难以压边时非常容易产生褶皱影响零件质量，且如果分成两次成形则需要分别设计两套模具，成本高。而近年来出现的电磁感应渐进滚压成形工艺可实现内外翻边特征，但单独使用存在效率低的问题。至于蠕变时效成形则成形精度高、回弹可有效控制，但成形周期长、生产效率比电磁感应渐进滚压成形更低。

5、据此，本领域技术人员亟需一种能兼顾效率与精度的成形方案，精确、高效的制备出能够满足气动外形精度的发动机唇口零件。

技术实现思路

1、本发明针对以上问题，提出了一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，将拉深工艺与电磁感应辅助加热渐进滚压成形工艺集成在同一套模具上完成，并在成形后进行橡皮囊校形以提升零件精度。

2、本发明的技术方案为：该制造方法基于一体化模具实现，所述一体化模具包含唇口件凸模、校形盖板、压边模、组合模、内垫环、外垫环和凹模；

3、将凹模、唇口件凸模、压边模、组合模安装于压力机中用于拉深成形；

4、将唇口件凸模安装于薄壁构件局部加热渐进滚压成形滚压装备中用于翻边成形；

5、将凹模、组合模、校形盖板、内垫环、外垫环安装于压力机中，并置入橡皮囊用于橡皮囊校形；

6、按以下步骤进行制造：

7、步骤1、拉深成形：将平板板材覆盖于凹模之上，并利用压边模压紧，借助凹模四周的凹槽，将凹模固定安装在压力机的工作台上；将组合模和唇口件凸模组合后安装于上模上；之后在施加预设温度的条件下，驱动压力机使得上模驱动组合后的组合模和唇口件凸模下行对板材向下拉深，成形出包含唇口零件的外翻边的盆状零件；

8、步骤2、激光切割：利用激光切割机在盆状零件的底部中央切除圆形区域，从而在底部形成中心孔，并切除盆型零件的未变形部分板料使零件变为带孔盆状件；

9、步骤3、电磁感应辅助加热的渐进滚压翻边成形：将唇口件凸模的型腔朝上，并将其中心孔安装螺栓连接于薄壁构件局部加热渐进滚压成形滚压装备的下部工作台从而固定住唇口件凸模；

10、将带孔盆状件倒扣在唇口件凸模上，使得带孔盆状件中属于唇口零件的外翻边的部分贴合于唇口件凸模的外壁；

11、利用局部加热渐进滚压头对带孔盆状零件进行内翻边成形，将带孔盆状零件靠近中心孔的区域逐渐压合在唇口件凸模的型腔中，形成唇口零件的内翻边；

12、步骤4、修边：使用激光切割将唇口状零件外圈多余的部分和内翻边后内侧多余的部分切下，并使用砂纸对唇口切割部位进行打磨，获得唇口状零件成品；

13、步骤5、橡皮囊校形：借助凹模四周的凹槽，将凹模固定安装在压力机的工作台上；将组合模置于凹模内部的中心位置与之组合；再将唇口状零件成品置于凹模之中，使得唇口零件的内翻边抵靠组合模的外壁，唇口零件的外翻边抵靠凹模的内壁，此时组合模和凹模共同组合形成标准唇口件轮廓；

14、准备环形橡皮囊置于唇口状零件成品上，然后将内垫环、外垫环、校形盖板依次置于之上，内垫环、外垫环使用定位销与校形盖板连接，其中定位销与内垫环、外垫环为过盈配合，与校形盖板为间隙配合，以实现校形盖板可在压力机的挤压下轴向运动，内垫环、外垫环的作用为通过与校形盖板连接密封橡皮囊；压力机向下挤压住校形盖板直至与凹模边缘相贴；通过校形盖板中开设的管路对橡皮囊进行充油并保压，保压结束后再吸出囊中的油，取出校形后的唇口零件成品。

15、进一步的，所述校形盖板、压边模和凹模四周具有螺纹孔用于安装吊耳，唇口件凸模中心打有孔分别用于与压力机的上模或薄壁构件局部加热渐进滚压成形滚压装备的工作台固定，凹模四周具有凹槽用于装夹于压力机的工作台，从而固定凹模。

16、进一步的，所述唇口件凸模的外壁与唇口零件中的外翻边适配，并且还具有与唇口零件中内翻边适配的型腔。

17、进一步的，所述组合模用于填充唇口件凸模的型腔部分使得唇口件凸模得以填充从而形成连续的盆型件内壁。

18、进一步的，所述校形盖板上设有一圈环形的橡皮囊填充空间，并且校形盖板上还开设有连通该橡皮囊填充空间的进油道。

19、本发明结合考虑到电磁感应辅助加热渐进滚压成形工艺局部热变形的特点，借助电磁感应渐进滚压成形工艺实现内翻边特征，有效避免拉深唇口内圈时的褶皱问题。通过组合模的设计使得既可以与唇口件凸模进行组合，进行第一步的拉深，也可以和凹模进行组合用于零件成型后的橡皮囊校形，从而避免了原本两步成形和校形所需生产的三套模具，构成了一体化模具。配合电磁感应辅助加热渐进滚压成形工艺实现了唇口内圈的精确成形。

20、本发明的有益效果在于：组合模可与唇口件凸模、凹模自由组合实现一模多用，构成拉伸盆型件、电磁感应渐进滚压成形内圈、校形零件所需的三种模具；拉深快速预成形出盆状件，提供了主要的材料分布和形状基础；之后使用电磁感应辅助加热渐进滚压成形工艺翻内边，热影响区小，能够形成轮廓清晰的内翻边唇口，有效避免了唇口内翻边无足够压边力时的起皱现象；一体化模具使得工件在拉深与渐进成形之间无需反复装夹和搬运，组合模的设计使得一套模具便可完成两步拉深-渐进成型唇口加工和橡皮囊校形一体化。

1.一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，其特征在于，该制造方法基于一体化模具实现，所述一体化模具包含唇口件凸模、校形盖板、压边模、组合模、内垫环、外垫环和凹模；

2.根据权利要求1所述的一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，其特征在于，所述校形盖板、压边模和凹模四周具有螺纹孔用于安装吊耳，唇口件凸模打有四个孔分别用于与压力机的上模或薄壁构件局部加热渐进滚压成形滚压装备的工作台固定，凹模四周具有凹槽用于装夹于压力机的工作台，从而固定凹模。

3.根据权利要求1所述的一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，其特征在于，所述唇口件凸模的外壁与唇口零件中的外翻边适配，并且还具有与唇口零件中内翻边适配的型腔。

4.根据权利要求1所述的一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，其特征在于，所述组合模用于填充唇口件凸模的型腔部分使得唇口件凸模得以填充从而形成连续的盆型件内壁。

5.根据权利要求1所述的一种发动机唇口零件的复合式一体化制造方法，其特征在于，所述校形盖板上设有一圈环形的橡皮囊填充空间，并且校形盖板上还开设有连通该橡皮囊填充空间的进油道。