航空发动机复杂型面罩子钣充液成形技术

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1、航空发动机复杂型面罩子钣充液成形技术HydroFormingTechnologyofComplexProfileCoverSheetofAeroengine沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司杨踊孙淑铎刘慧茹北京航空航天大学郎利辉【摘要】利用先进的钣材冲压计算机仿真技术对零件成形中的关键问题进行了研究，并通过先进的充液成形技术进行了实际零件的成形试验，试验的结果与模拟结果基本一致。最后应用模拟得到的成形参数，利用钣充液成形工艺成形出了合格的零件。关键词：计算机仿真充液成形工艺补充面lABSTRA

2、CTlThekeyproblemsinformingareresearchedbytheCAEforsheetformingandexperiments．TheresultsoftheexperimentsareaccordantwithCAEverywell．Finallytheacceptablepartisformedbyhydroforming．Keywords：CAEHydroformingAidedface随着航空业的发展，航空发动机上使用的钣金零件的形状越来越复杂，其成形难度和精度要

3、求也越来越高。面对超复杂型面钣金件在冲压成形中经常出现的破裂、起皱和回弹等成形缺陷，传统冲压成形工艺解决这类问题的主要方法就是依赖技术人员的经验进行分析并制定改进措施，需要反复修理模具和反复试验。这不仅延长了零件的研制周期，而且需要消耗大量的人力物力，已经不能适应社会发展的需要。先进的钣材冲压计算机仿真技术和钣充液成形技术以其突出的优点，被图1航空发动机复杂型面罩子Fig．1Complexprofilecoverofaeroengine广泛应用在汽车、航空、航天和管道等行业。航空发动机复杂型面罩子

4、(见图1)为加力简体上作动筒隔热保护罩，属于超复杂覆盖型成形件，其材料为厚度为0．5ram的1Crl8Ni9Ti钣材，在研制生产中一直存在成形破裂及起皱严重的问题，成为制约生产的技术瓶颈。本课题针对以上问题，充分利用先进的钣充液成形技术和钣材冲压计算机仿真技术的组合．在进行了充分的仿真优化的基础上，进一步通过实际零件的充液成形试验加以验证，最终按照最佳的成形参数，采用钣充液成形工艺成形出了合格的零件。同时，钣材冲压计算机仿真技术与充液成形技术的集成技术，填补了一项国内航空发动机钣金零件成形的技术空

5、白。l钣充液成形简介1．1钣充液成形原理钣充液成形又称为充液拉深，是充液成形中的一种，属于柔性成形和半模成形，即在液室(凹模)中充满液体，利用凸模带动坯料进入凹模时建立反向液压的成形方法。由于有反向液压的作用，使坯料与凸模保持贴合，产生摩擦保持效果，从而缓和了坯料在凸模圆角处的径向应力，提高了传力区的承载能力，减弱了不平衡应力失稳起皱趋势；同时在坯料与液室表面间形成有利于拉深的液体润滑，有利于坯料拉深时走料。以上2点意味着该工艺可以显著提高零件的成形极限，能够成形出深筒、深盒及非常复杂曲面的零件，

6、而且成形出的零件表面质量更好，零件的精度也更高。1．2钣充液成形的优点与传统冲压成形工艺相比，钣充液成形具有如下优点：(1)摩擦保持效果压力作用下坯料与凸模间形成有益的摩擦保持效果，增强坯料的承载能力，提高成形极限；(2)液室中液体压力作用使得坯料紧紧贴在凸模上，液体在凹模上表面和坯料下表面之间形成流体润滑，减少零件表面划伤，零件质量好，尺寸精度高；(3)成形坯料在反向液压作用下，消除了零件在凹模内的悬空区，使坯2010年第1期·航空制造技术9l学术论文REsEARcH料紧贴凸模，减小了半球、锥形

7、等复杂件成形时的“悬空段”，有效控制了零件的失稳起皱；(4)只需精确制造凸模和内口轮廓简单的凹模，无需与之相配的复杂部分，从而减少了模具加工量，降低了模具费用；(5)可以成形室温下一些难成形的材料，如镁合金、铝合金、钛合金、高温合金以及复杂结构拼焊钣等；(6)可以成形传统冲压工艺无法成形出的结构形状非常复杂的零件。2钣充液成形的计算机仿真与试验对比2．1有限元模型的建立航空发动机不锈钢复杂型面罩子零件形状复杂，四周带不同锥度侧壁(零件侧面与底面之间的夹角成900、60。不等)，主法兰面为R400m

8、m弧面，下底面为半径R370mm的弧面，其中下底面中含有一处下陷，还有2个凸起，原始零件模型如图2所示。图2原始零件模型Fig．2Originalpartmodel该零件3处开口，为了满足钣充液成形工艺要求(液室密封以确保液体不泄露)，需要增加工艺补充面。本着尽量减少材料消耗及有利于成形的原则，通过DYNAFORM的DFE(模面工程)模块，在3处开口处增设了3个工艺补充面。从而形成增设工艺补充面后的零件模型，如图3所示。通过DYNAFORM建立的该零件钣充液成形有限元模型如图4所示