一种锥体零件的成型方法及锥体零件与流程

本发明涉及锥体零件制造，尤其涉及一种锥体零件的成型方法及锥体零件。

背景技术：

1、航空发动机的锥体零件1一般为高温合金薄壁钣金件，如图1-图3所示，锥体零件1的整体高度h为400mm-500mm，锥体零件1具有上开口11和下开口12，上开口11的直径d11为450mm-550mm，下开口12的直径d12为40-55mm，上开口11的直径d11：下开口12的直径d12≈10：1，属于“大高度、大直径差”的大型锥体零件，该类零件的主要特点是整体高度较高且下开口的尺寸较小，锥体零件1的截面线13为平滑外凸弧线，锥体零件1的形状尖锐、曲率变化大且具有特定规律，成型时易开裂、减薄率控制难度大，整体成型困难。

2、现有技术中，锥体零件1的成型方案有两种：分段成型和整体成型。

3、分段成型时，将锥体零件1沿其轴向均匀分成三段，每个分段通过扇形坯料卷绕焊接成锥管分段坯料，再将每个分段通过气胀或者充液胀形等柔性胀形的工艺成型，然后拼焊成整体的锥体零件1，再对整体进行整形，成型后的锥体零件1有三段扇形坯料卷绕焊接形成的轴向焊缝和两条相邻的两个分段拼焊形成的环焊缝。这种成型工艺通过“均分分段”降低单个分段的变形量和减薄率，每个分段的型面曲率变化降低，坯料变形量明显降低，材料胀形时流动平缓，基本不会叠料，避免开裂，工艺简单，容易实现，但是成型后的锥体零件1的焊缝多，焊缝是开裂的最大风险点，严重影响高温合金零件的整体强度和使用可靠性（高温、高压工况下焊缝易失效），且工序多且复杂，生产效率低，需要三套成型模具、两套焊接工装、三套切割工装和一套整形模具，模具与工装数量多，且由于零件较大，模具与工装尺寸也较大，制造成本高，且后续维护保养成本同样大。

4、整体成型时，通过扇形坯料卷绕焊接形成锥管坯料，再对锥管坯料进行整体的柔性胀形，柔性胀形时需要对锥管坯料的上端和下端均做密封，锥管坯料与成型的模具的型腔的底部之间不存在距离。成型后的锥体零件1最终仅有一条由扇形坯料卷绕焊接形成的轴向焊缝，有效降低了成型后的锥体零件1的焊缝开裂的风险且成本低，但是，管类零件的刚度受管径的影响，在相同壁厚的前提下，管径越大，刚度越小，越容易变形，基于锥体零件1的上开口11的直径大、下开口12的直径小的形状特点，锥体零件1的上端刚度小，下端刚度大，上端先变形，即在成型过程中由上向下变形，坯料的材料内部流动向下，由于锥体零件1的下开口12过小，使得零件底部无足够的空间让堆积的料胀平，最终在下开口12的位置堆料，锥体零件的报废率很高，成型的稳定性不高。

5、同时，分体成型和整体成型均利用柔性胀形的工艺，柔性胀形时需要对锥管坯料的上端和下端均做密封，底部密封的位置为锥管坯料2底部延伸出来的型面，但是锥管坯料2的下端开口的直径小，沿下端开口的曲率延伸形成密封用的型面，会使得底部的开口更小，即柔性胀形时底部的密封段有效面积小，能够做密封段的面积十分小，经常由于密封强度不足而在成型过程中密封失效漏水泄压，导致成型中断，极大影响生产效率。

6、因此，亟需一种锥体零件的成型方法及锥体零件，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提供一种锥体零件的成型方法，以至少解决上述问题之一。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种锥体零件的成型方法，锥体零件具有上开口和下开口，所述上开口的直径d11和所述下开口的直径d12的比值为10：1，所述锥体零件的高度h为400mm-500mm，所述下开口的直径d12为40-55mm，所述锥体零件的截面线为平滑外凸弧线，包括如下步骤：

3、制备锥管坯料，所述锥管坯料具有相连接的余量段和成型段，所述余量段沿所述成型段的型面的倾斜方向延伸，且所述余量段连接于所述成型段的大径端；

4、将锥管坯料的成型段置于凹模的型腔内，且使压边圈压设于锥管坯料的余量段上，并向压边圈施加压边力；

5、凸模下行与凹模合模进行刚性胀形，在刚性胀形过程中，压边力被配置为既抑制所述余量段起皱，又允许所述余量段的材料向所述成型段流动补料，直至凸模合模结束。

6、进一步地，所述余量段的长度l1为120mm-130mm。

7、进一步地，所述锥管坯料的锥度α为60°-70°，所述锥管坯料的下底口的直径比所述型腔的下口的直径小5mm-10mm，且所述锥管坯料的下底口到所述型腔的下口的轴向距离d为90mm-100mm。

8、进一步地，所述压边力为100t-200t。

9、进一步地，压边圈与锥管坯料的接触面的摩擦系数和凹模与锥管坯料的接触面的摩擦系数均为0.08-0.1。

10、进一步地，压边圈与锥管坯料的接触面和凹模与锥管坯料的接触面均涂覆石墨蓖麻油。

11、进一步地，凸模的下行速度为2mm/s-3mm/s，凸模的下行速度与压边力及摩擦系数相耦合，以控制所述余量段的流料速率。

12、进一步地，压边圈的内径比凸模的外径大0.2mm。

13、进一步地，在制备锥管坯料之后，将锥管坯料的成型段置于凹模的型腔内之前，还包括步骤：将锥管坯料进行真空固溶处理。

14、本发明的另一个目的在于提供一种锥体零件，以至少解决上述问题之一。

15、为实现上述目的，本发明提供了一种锥体零件，采用上述任一项方案的锥体零件的成型方法成型得到，所述锥体零件的最终轮廓度误差不大于1.5mm，减薄率不大于15%。

16、本发明的有益效果为：

17、本发明提供的锥体零件的成型方法，用于成型锥体零件，锥体零件具有上开口和下开口，上开口的直径d11和下开口的直径d12的比值为10：1，锥体零件的高度h为400mm-500mm，下开口的直径d12为40-55mm，锥体零件的截面线为平滑外凸弧线，包括如下步骤：

18、制备锥管坯料，锥管坯料具有相连接的余量段和成型段，余量段沿成型段的型面的倾斜方向延伸，且余量段朝向上开口；

19、将锥管坯料的成型段置于凹模的型腔内，且使压边圈压设于锥管坯料的余量段上，并向压边圈施加压边力；

20、凸模下行与凹模合模进行刚性胀形，在刚性胀形过程中，压边力被配置为既抑制余量段起皱，又允许余量段的材料向成型段流动补料，直至凸模合模结束。

21、本发明提供的锥体零件的成型方法属于整体成型，工序少，焊缝的数量少，提高了锥体零件的整体强度和使用可靠性；成型过程中仅需一套成型模具和一套切割工装，减少了模具和工装的数量，降低了模具和工装的制造成本，减少了后续维护保养的成本；

22、胀形采用刚性胀形的方式，无需对对锥管坯料的上端和下端做密封，避免了密封强度不足导致的密封失效漏水泄压，也避免了成型的中断，提高了生产效率，也无需为了密封将压边圈压紧锥管坯料的上端，使得余量段能够为成型段主动提供流动补料；

23、成型过程中由上向下变形，通过合理设置锥管坯料的余量段以及合理控制压边力，使得余量段的材料向成型段流动补料，避免在底部堆料，将减薄率控制在15%以内，且抑制余量段起皱和开裂，降低了锥体零件的报废率，提高了成型的稳定性。

24、本发明提供的锥体零件根据锥体零件的成型方法成型得到，锥体零件的最终轮廓度误差不大于1.5mm，减薄率不大于15%，提高了锥体零件成型的稳定性，保证了成型后的锥体零件的成型质量。