本發明屬于機械加工領域，涉及一種高溫合金天圓地方薄壁筒形導管成型模具及成型方法。

背景技術：

高溫合金天圓地方薄壁筒形導管零件的結構參見圖1和圖2，所需成型的高導管零件結構參見圖1和圖2，導管零件是一種高溫合金材料天圓地方形薄壁筒體零件，它的上端面橫向截面為直徑為φd的圓形截面線a，下端面橫向截面形狀為矩形截面線b，矩形截面線b的4角倒圓角，φd圓心在下端面橫向截面的投影點為O點，矩形截面線b的寬度大于φd并且關于O點等距離，矩形截面線b的長度小于φd，并且矩形截面線b的左側直邊到O點距離大于右側直邊到O點距離，在過φd中心和矩形截面線b的寬度中心線的縱向截面有形狀為上凸下凹的左側引導線c和右側引導線e，左側引導線c和右側引導線e的上端點在圓形截面線a上，左側引導線c和右側引導線e的下端點在矩形截面線b上，導管零件是由上端面圓形截面線a和下端面矩形截面線b通過左側引導線c和右側引導線e光滑過渡的天圓地方形狀的薄壁筒體零件，通過φd圓心、O點和矩形截面線b的4個端點分別形成的4個平面將導管型面沿圓周分為4個部分：左側型面1a、右側型面1b、前型面1d和后型面1c，左側型面1a和右側型面1b形狀上凸下凹，前型面1d和后型面1c關于過φd中心和矩形截面線b的寬度中心線的縱向截面對稱。鑒于導管零件天圓地方的型面特點，模具結構僅采用凸模分塊脹形型面質量難以保證，局部內凹型面須有凹模參與成型，另外受零件結構影響，成型時零件的裝卸非常困難。目前，未檢索到國內外關于該類高溫合金材料天圓地方形薄壁筒體導管零件成型模具的公開文獻。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提出一種高溫合金材料天圓地方異形薄壁筒體形導管零件成型模具及成型方法，以滿足該類火導管零件成型的加工需求。

本發明技術方案實現陳述如下：

一種高溫合金材料天圓地方異形薄壁筒體形導管零件成型模具，主要由下模板、左側凹模、凸模、開口墊圈、平板、定位柱、上模板、T形鍵、圓錐體、右側凹模、帶肩導柱和導套組成。

凸模為柱體，柱體外型面與導管內型面相同并且高度相等，在凸模的上端面中心有垂直于上端面的開口向上的錐孔，凸模被通過φd圓心、O點和矩形截面線b的4個端點分別形成的4個切割平面分割為4個部分：左側型塊4a、右側型塊4b、前型塊4d和后型塊4c，相鄰型塊側面保持2t的間距，在左側型塊4a的上端面有垂直于上端面的左側型塊4a上端面槽，在左側型塊4a的下端面有垂直于下端面的左側型塊4a下端面槽，左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽寬度方向的平分面與左側型塊4a兩側面的角平分面重合，T形鍵放置在左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽內，T形鍵的下表面與槽底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵鍵寬度與左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵的頭部分別高出左側型塊4a的上下端面，在前型塊4d的上端面有垂直于上端面的前型塊4d上端面槽，在前型塊4d的下端面有垂直于下端面的前型塊4d下端面槽，前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽寬度方向的平分面與前型塊4d兩側面的角平分面重合，T形鍵的下表面與前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽的底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵鍵寬度與前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵的頭部分別高出前型塊4d的上下端面，后型塊4c的上端面有垂直于上端面的后型塊4c上端面槽，在后型塊4c的下端面有垂直于下端面的后型塊4c下端面槽，后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽寬度方向的平分面與后型塊4c兩側面的角平分面重合，T形鍵的下表面與后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽的底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵鍵寬度與后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵的頭部分別高出后型塊4c的上下端面；

下模板為一帶中心孔的圓盤，在下模板上表面有沿中心孔向外的垂直于上表面的頭部向下的3處T形槽，T形槽的位置分別與左側型塊4a下端面槽、前型塊4d下端面槽和后型塊4c下端面槽位置對應，左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c放置在上模板上，左側型塊4a下端面槽、前型塊4d下端面槽和后型塊4c下端面槽內T形鍵位于下模板的T形槽內并保證間隙配合，使左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c能夠在下模板上表面上沿T形槽方向滑動；

左側凹模為矩形體，左側凹模位于凸模外側，左側凹模的內型面與導管左側型面1a外形面相同并且寬度相等，左側凹模的高度應高于左側型面1a的凹面，在左側凹模上表面安裝有帶肩導柱，左側凹模通過緊固件連接在上模板上；

右側凹模為矩形體，右側凹模位于凸模外側，右側凹模的內型面與導管右側型面1b外形面相同并且寬度相等，右側凹模的高度應高于右側型面1b的凹面，在右側凹模上表面安裝有帶肩導柱，右側凹模通過緊固件連接在上模板上；

平板為一帶中心孔的圓盤，在平板上表面有沿中心孔向外的垂直于上表面的矩形槽，矩形槽的位置分別與左側型塊4a上端面槽、前型塊4d上端面槽和后型塊4c上端面槽位置對應，左側型塊4a上端面槽、前型塊4d上端面槽和后型塊4c上端面槽內T形鍵的頭部位于平板的矩形槽內并保證間隙配合，凸模的右側型塊4b的上表面與平板下表面貼合通過緊固件連接，在平板中心孔外側有兩處定位孔，開口墊圈安裝在平板表面，開口墊圈開口圓中心與該定位孔同心，2個導套安裝在平板中心孔外側下表面，其位置與左側凹模和右側凹模上的帶肩導柱位置對應并保持間隙配合；

上模板為一圓盤形零件，在圓盤中心外側垂直于圓盤下表面上有兩處導柱通過孔，其位置與與左側凹模和右側凹模上的帶肩導柱位置對應，在圓盤中心外側垂直于圓盤下表面安裝有2處定位柱，定位柱為上端帶法蘭盤的圓柱體，法蘭盤通過緊固件安裝在上模板下表面，在定位柱的定位柱上有開口墊圈的空刀槽，空刀槽的外徑應小于開口墊圈中心孔直徑，開口墊圈位于該空刀槽；

圓錐體為帶肩圓錐體，在其肩部與圓錐之間有一段圓柱體過渡段，圓柱體直徑小于圓錐體肩部直徑，圓錐體插入凸模中心錐孔內，圓錐體的外錐面與凸模中心錐孔的內錐面一致，圓柱體過渡段位于平板中心孔內且直徑小于板中心孔孔徑，圓錐體肩部上表面位于上模板下表面，圓錐體肩部下表面高于平板上表面；

使用如上面所述的成型模具成型導管的方法包括如下步驟：

步驟一，下料：采用高溫合金板材下料，毛料是圓筒形零件，用材料延伸率計算出圓筒形零件的直徑，圓筒形零件的高度與凸模的高度相同；

步驟二，裝零件：在2000KN液壓機上進行成型，將成型模具的上模板固定在液壓機上平臺上，成型模具下模板固定在液壓機下平臺上，旋轉兩處開口墊圈至兩處定位柱的空刀槽內，開動壓力機上平臺帶動上模板向上運動，此時，上模板帶動平板和右側型塊向上運動，先取出圓錐體，將左側型塊、前型塊和后型塊向中心收攏到圓筒毛料零件能夠套在左側型塊、前型塊和后型塊外型面上，圓筒毛料零件上端面與左側型塊、前型塊和后型塊的上端面齊平；

步驟三，成型：開動壓力機上平臺帶動上模板、平板和右側型塊向下運動，右側型塊緩緩插入圓筒毛料零件內，當平板的下表面與左側型塊、前型塊和后型塊的上端面貼合時停止運動，旋轉兩處開口墊圈離開兩處定位柱的空刀槽內，再開動壓力機上平臺帶動上模板向上運動，此時，平板和右側型塊脫離模具上模板挺停留在凸模上，將圓錐體穿過平板中心孔插入凸模的內錐孔內，開動液壓機上平臺帶動上模板向下運動，圓錐體在上模板向下的推力下也向下運動，當圓錐體肩部下端面與平板上表面貼合時停止運動，調節壓力為100MPa～300MPa，保壓20min～40min，完成零件成型；

步驟四，取出零件：旋轉兩處開口墊圈至兩處定位柱的空刀槽內，開動壓力機上平臺帶動上模板向上運動，上模板帶動平板和右側型塊向上運動，右側型塊離開左側型塊、前型塊和后型塊上端面后，先取出圓錐體，將左側型塊、前型塊和后型塊向中心收攏，取出成型后的零件。

本發明的天圓地方異形薄壁筒體形導管零件成型模具及成型方法通過采用分體凹模，以及凸模分塊分別裝在上下模板的模具結構，采用分步成型的方法有效的解決了這類異形型面薄壁筒體成型問題和零件裝卸的難題，滿足了新型航空發動機研制的需要。

附圖說明

圖1是導管的結構示意圖；

圖2是圖1的俯視圖；

圖3是本發明成型模具結構示意圖；

圖4是圖3結構俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。如圖1和圖2所需成型加工的導管是一種高溫合金材料天圓地方形薄壁筒體零件，它的上端面為直徑為φ140mm的圓形截面線a下端面橫向截面形狀為矩形截面線b的長為98mm，寬為156mm，矩形截面線b的左側直邊到O點距離為58mm，右側直邊到O點距離為30mm，矩形截面線b的4角倒圓角，φd圓心在下端面橫向截面的投影點為O點，在過φd中心和矩形截面線b的寬度中心線的縱向截面有形狀為上凸下凹的左側引導線c和右側引導線e，左側引導線c和右側引導線e的上端點在圓形截面線a上，左側引導線c和右側引導線e的下端點在矩形截面線b上，導管零件是由上端面圓形截面線a和下端面矩形截面線b通過左側引導線c和右側引導線e光滑過渡的天圓地方形狀的薄壁筒體零件，通過φd圓心、O點和矩形截面線b的4個端點分別形成的4個平面將導管型面沿圓周分為4個部分：左側型面1a、右側型面1b、前型面1d和后型面1c，左側型面1a和右側型面1b形狀上凸下凹，前型面1d和后型面1c關于過φd中心和矩形截面線b的寬度中心線的縱向截面對稱。

如圖3和圖4所示，為用于天圓地方異形薄壁筒體形導管零件的成型模具，主要由下模板2、左側凹模3、凸模4、開口墊圈5、平板6、定位柱7、上模板8、T形鍵9、圓錐體10、右側凹模11、帶肩導柱12和導套13組成。

凸模4為柱體，柱體外型面與導管內型面相同并且高度相等，在凸模4的上端面中心有垂直于上端面的開口向上的錐孔，凸模4被通過φd圓心、O點和矩形截面線b的4個端點分別形成的4個切割平面分割為4個部分：左側型塊4a、右側型塊4b、前型塊4d和后型塊4c，相鄰型塊側面保持2t的間距，在左側型塊4a的上端面有垂直于上端面的左側型塊4a上端面槽，在左側型塊4a的下端面有垂直于下端面的左側型塊4a下端面槽，左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽寬度方向的平分面與左側型塊4a兩側面的角平分面重合，T形鍵9放置在左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽內，T形鍵9的下表面與槽底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵9鍵寬度與左側型塊4a上端面槽和左側型塊4a下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵9的頭部分別高出左側型塊4a的上下端面，在前型塊4d的上端面有垂直于上端面的前型塊4d上端面槽，在前型塊4d的下端面有垂直于下端面的前型塊4d下端面槽，前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽寬度方向的平分面與前型塊4d兩側面的角平分面重合，T形鍵9的下表面與前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽的底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵9鍵寬度與前型塊4d上端面槽和前型塊4d下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵9的頭部分別高出前型塊4d的上下端面，后型塊4c的上端面有垂直于上端面的后型塊4c上端面槽，在后型塊4c的下端面有垂直于下端面的后型塊4c下端面槽，后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽寬度方向的平分面與后型塊4c兩側面的角平分面重合，T形鍵9的下表面與后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽的底面貼合，并通過緊固件連接，T形鍵9鍵寬度與后型塊4c上端面槽和后型塊4c下端面槽寬度保持間隙配合，T形鍵9的頭部分別高出后型塊4c的上下端面；

下模板2為一帶中心孔的圓盤，在下模板2上表面有沿中心孔向外的垂直于上表面的頭部向下的3處T形槽，T形槽的位置分別與左側型塊4a下端面槽、前型塊4d下端面槽和后型塊4c下端面槽位置對應，左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c放置在上模板上，左側型塊4a下端面槽、前型塊4d下端面槽和后型塊4c下端面槽內T形鍵9位于下模板2的T形槽內并保證間隙配合，使左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c能夠在下模板2上表面上沿T形槽方向滑動；

左側凹模3為矩形體，左側凹模3位于凸模4外側，左側凹模3的內型面與導管左側型面1a外形面相同并且寬度相等，左側凹模3的高度應高于左側型面1a的凹面，在左側凹模3上表面安裝有帶肩導柱12，左側凹模3通過緊固件連接在上模板2上；

右側凹模11為矩形體，右側凹模11位于凸模4外側，右側凹模11的內型面與導管右側型面1b外形面相同并且寬度相等，右側凹模11的高度應高于右側型面1b的凹面，在右側凹模11上表面安裝有帶肩導柱12，右側凹模11通過緊固件連接在上模板2上；

平板6為一帶中心孔的圓盤，在平板6上表面有沿中心孔向外的垂直于上表面的矩形槽，矩形槽的位置分別與左側型塊4a上端面槽、前型塊4d上端面槽和后型塊4c上端面槽位置對應，左側型塊4a上端面槽、前型塊4d上端面槽和后型塊4c上端面槽內T形鍵9的頭部位于平板6的矩形槽內并保證間隙配合，凸模4的右側型塊4b的上表面與平板6下表面貼合通過緊固件連接，在平板6中心孔外側有兩處定位孔，開口墊圈5安裝在平板6表面，開口墊圈5開口圓中心與該定位孔同心，2個導套13安裝在平板6中心孔外側下表面，其位置與左側凹模3和右側凹模11上的帶肩導柱12位置對應并保持間隙配合；

上模板8為一圓盤形零件，在圓盤中心外側垂直于圓盤下表面上有兩處導柱通過孔，其位置與與左側凹模3和右側凹模11上的帶肩導柱12位置對應，在圓盤中心外側垂直于圓盤下表面安裝有2處定位柱7，定位柱7為上端帶法蘭盤的圓柱體，法蘭盤通過緊固件安裝在上模板8下表面，在定位柱7的定位柱上有開口墊圈5的空刀槽，空刀槽的外徑應小于開口墊圈5中心孔直徑，開口墊圈5位于該空刀槽；

圓錐體10為帶肩圓錐體，在其肩部與圓錐之間有一段圓柱體過渡段，圓柱體直徑小于圓錐體10肩部直徑，圓錐體10插入凸模4中心錐孔內，圓錐體10的外錐面與凸模4中心錐孔的內錐面一致，圓柱體過渡段位于平板6中心孔內且直徑小于板6中心孔孔徑，圓錐體10肩部上表面位于上模板8下表面，圓錐體10肩部下表面高于平板6上表面；

使用上述的成型模具成型導管零件的方法步驟如下：

步驟一，下料：采用高溫合金板材下料，毛料是圓筒形零件，用材料延伸率計算出圓筒形零件的直徑，圓筒形零件的高度與凸模4的高度相同；

步驟二，裝零件：在2000KN液壓機上進行成型，將成型模具的上模板8固定在液壓機上平臺上，成型模具下模板2固定在液壓機下平臺上，旋轉兩處開口墊圈5至兩處定位柱7的空刀槽內，開動壓力機上平臺帶動上模板2向上運動，此時，上模板8帶動平板6和右側型塊4b向上運動，先取出圓錐體10，將左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c向中心收攏到圓筒毛料零件能夠套在左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c外型面上，圓筒毛料零件上端面與左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c的上端面齊平；

步驟三，成型：開動壓力機上平臺帶動上模板2、平板6和右側型塊4b向下運動，右側型塊4b緩緩插入圓筒毛料零件內，當平板6的下表面與左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c的上端面貼合時停止運動，旋轉兩處開口墊圈5離開兩處定位柱7的空刀槽內，再開動壓力機上平臺帶動上模板8向上運動，此時，平板6和右側型塊4b脫離模具上模板2挺停留在凸模4上，將圓錐體10穿過平板6中心孔插入凸模4的內錐孔內，開動液壓機上平臺帶動上模板2向下運動，圓錐體10在上模板8向下的推力下也向下運動，當圓錐體10肩部下端面與平板6上表面貼合時停止運動，調節壓力為100MPa～300MPa，保壓20min～40min，完成零件成型；

步驟四，取出零件：旋轉兩處開口墊圈5至兩處定位柱7的空刀槽內，開動壓力機上平臺帶動上模板8向上運動，上模板8帶動平板6和右側型塊4b向上運動，右側型塊4b離開左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c上端面后，先取出圓錐體10，將左側型塊4a、前型塊4d和后型塊4c向中心收攏，取出成型后的零件。