小半径波纹曲面薄壁金属筒零件粘弹塑性软模成形方法 技术领域
本发明涉及一种小半径波纹曲面薄壁金属筒零件成形方法，属于板材成形技术领域。
背景技术
金属波纹筒是一种挠性、薄壁、有横向波纹的管壳零部件，它主要是利用自身的弹性变形功能工作，除弹性特性外，还具有耐压、密封、耐腐蚀、耐温度、耐冲击等多种性能，是一种多功能的零部件。在外力的作用下能产生轴向、角向、侧向及其组合位移。在机械、仪表、石油、化工、电力、汽车、机车、船舶、航空航天等工业领域得到了越来越广泛的应用。而对于薄壁以及超薄壁厚的波纹半径较小、材料强度较高的金属波纹筒目前采用室温刚模冲压成形或者热成形。无论采用上述哪一种成形方法都存在作用在坯料表面压力分布均匀，无法适应变形过程应力的变化，且成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，导致成形零件表面质量差的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种小半径波纹曲面薄壁金属筒零件粘弹塑性软模成形方法，以解决采用室温刚模冲压成形或者热成形薄壁以及超薄壁厚的波纹半径较小、材料强度较高的金属波纹筒存在作用在坯料表面压力分布均匀，无法适应变形过程应力的变化，且成形零件壁厚分布不均匀，局部区域容易破裂，成形零件表面质量差的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的小半径波纹曲面薄壁金属筒零件粘弹塑性软模成形方法是这样实现的：
一、成形初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，具体步骤如下：
步骤一一：制作初始级成形凹模：先制作初始级凹模坯，初始级凹模坯由两个半凹模坯组成，两个半凹模坯扣合并可拆卸连接；其次在初始级凹模坯的内壁上加工两个小半径波纹环型腔；
步骤一二：在两个小半径波纹环型腔的表面上涂覆脱模剂；
步骤一三：制作芯模：在圆柱体的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为活塞活动腔，在圆柱体的外壁上加工与该活塞活动腔相通的通孔并称之为压力仓，活塞活动腔与压力仓呈十字形设置，在圆柱体的一侧端面上加工有溢流腔，溢流腔的出口与活塞活动腔的入口在圆柱体的同一侧端面上，溢流腔的入口与活塞活动腔连通；
步骤一四：将芯模设置在初始级成形凹模的内腔中；
步骤一五：将薄壁金属筒坯料设置在初始级成形凹模与芯模之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐；
步骤一六：分别向活塞活动腔和溢流腔内填充粘弹塑性材料，粘弹塑性材料3的物态为半固态；
步骤一七：将活塞安装在活塞活动腔内，将溢流阀安装在溢流腔的出口端；
步骤一八：活塞受到推力的作用推动粘弹塑性材料，并通过调节溢流阀使薄壁金属筒坯料变形区域的压力值达到40MPa～58MPa，薄壁金属筒坯料在粘弹塑性材料的推力作用下与初始级成形凹模的两个小半径波纹环型腔紧密贴合制成初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
步骤一九：反向移动活塞，使压力仓内的压力降至0MPa，拆开初始级成形凹模，取出初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯并作为制作下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
二、成形下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，具体步骤如下：
步骤二一：制作下一级成形凹模：先制作下一级凹模坯，下一级凹模坯由两个半凹模坯组成，两个半凹模坯扣合并可拆卸连接；其次在下一级凹模坯的内壁上加工多个小半径波纹环型腔，该多个小半径波纹环型腔的数量是该上一级成形凹模的小半径波纹环型腔数量的二倍；
步骤二二：在步骤二一制成的下一级成形凹模的小半径波纹环型腔的表面上涂覆脱模剂；
步骤二三：将步骤一三中制成的芯模设置在该下一级成形凹模的内腔中；
步骤二四：将该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯设置在该下一级成形凹模与芯模之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐，并将该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯上的小半径波纹曲面与该下一级成形凹模位于中部的小半径波纹型腔相吻合，使该下一级成形凹模上位于两个端部的两个小半径波纹环型腔空置；之后，依次执行步骤一六和步骤一七；
步骤二五：活塞受到推力的作用推动粘弹塑性材料，并通过调节溢流阀使该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯变形区域的压力值达到40MPa～58MPa，该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯在粘弹塑性材料的推力作用下与该下一级成形凹模的两个空置的小半径波纹环型腔紧密贴合制成下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
步骤二六：反向移动活塞，使压力仓内的压力降至0MPa，拆开该下一级成形凹模，取出该下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯并作为制作其下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
三、在步骤二六的基础上，继续制作下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，其制作步骤依次重复步骤二一至二六，直至完成N级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的成形，最后将该N级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯内的粘弹塑性材料清除干净，即制成小半径波纹曲面薄壁金属筒零件，其中N的取值范围为3～40；该最终成形的小半径波纹曲面薄壁金属筒零件的壁厚为0.2mm～0.5mm、小半径波纹曲面的内表面半径为0.25mm～1.0mm。
本发明具有以下有益效果：本发明采用了软模成形方法，而不是传统的室温刚模冲压成形，也不是热成形。小半径波纹曲面薄壁金属筒零件采用分工步成形方法，每一工步成形出两个小半径波纹曲面。本发明通过粘弹塑性材料作为传力介质，可以充分利用其高压下流动性好、半固态容易密封的特点，较容易地在型腔内建立高压；粘弹塑性材料具有较高的应变速率敏感性，可以在坯料表面建立非均匀的压力分布，适应于变形过程应力的变化，有效地抑制成形后零件的回弹，提高成形零件壁厚分布的均匀性，防止局部区域的破裂，提高了零件表面质量。
附图说明
图1是为成形初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，初始级成形凹模与芯模、薄壁金属筒坯、活塞和溢流阀装配在一起的主剖视图（填充有粘弹塑性材料）；图2是初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的成形状态的主剖视图（初始级成形凹模、芯模、薄壁金属筒坯、活塞及溢流阀未拆下，粘弹塑性材料未清除）；图3是在成形初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的基础上成形下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯时，初始级成形凹模的下一级成形凹模与芯模、初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯、活塞和溢流阀装配在一起的主剖视图（填充有粘弹塑性材料）；图4是在初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的基础上成形下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的成形状态的主剖视图（初始级成形凹模的下一级成形凹模及芯模、初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯、活塞及溢流阀未拆下，粘弹塑性材料未清除）；图5是图3的A部放大图；图6是利用本发明的方法成形出的小半径波纹曲面薄壁金属筒零件的主视图（只表示了八个小半径波纹曲面）。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图6说明，本实施方式的小半径波纹曲面薄壁金属筒零件粘弹塑性软模成形方法是这样实现的：
一、成形初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，具体步骤如下：
步骤一一：制作初始级成形凹模1：先制作初始级凹模坯，初始级凹模坯由两个半凹模坯2组成，两个半凹模坯2扣合并可拆卸连接；其次在初始级凹模坯的内壁上加工两个小半径波纹环型腔3；
步骤一二：在两个小半径波纹环型腔3的表面上涂覆脱模剂；
步骤一三：制作芯模7：在圆柱体4的一侧端面的中心轴线上加工沉孔并称之为活塞活动腔6，在圆柱体4的外壁上加工与该活塞活动腔6相通的通孔并称之为压力仓5，活塞活动腔6与压力仓5呈十字形设置，在圆柱体4的一侧端面上加工有溢流腔9，溢流腔9的出口与活塞活动腔6的入口在圆柱体4的同一侧端面上，溢流腔9的入口与活塞活动腔6连通；
步骤一四：将芯模7设置在初始级成形凹模1的内腔中；
步骤一五：将薄壁金属筒坯8设置在初始级成形凹模1与芯模7之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐；
步骤一六：分别向活塞活动腔6和溢流腔9内填充粘弹塑性材料10，粘弹塑性材料10的物态为半固态；
步骤一七：将活塞11安装在活塞活动腔6内，将溢流阀12安装在溢流腔9的出口端；
步骤一八：活塞11受到推力的作用推动粘弹塑性材料10，并通过调节溢流阀12使薄壁金属筒坯8变形区域的压力值达到40MPa～58MPa，薄壁金属筒坯8在粘弹塑性材料10的推力作用下与初始级成形凹模1的两个小半径波纹环型腔3紧密贴合制成初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
步骤一九：反向移动活塞11，使压力仓5内的压力降至0MPa，拆开初始级成形凹模1，取出初始级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯并作为制作下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
二、成形下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，具体步骤如下：
步骤二一：制作下一级成形凹模：先制作下一级凹模坯，下一级凹模坯由两个半凹模坯组成，两个半凹模坯扣合并可拆卸连接；其次在下一级凹模坯的内壁上加工多个小半径波纹环型腔，该多个小半径波纹环型腔的数量是该上一级成形凹模的小半径波纹环型腔数量的二倍；
步骤二二：在步骤二一制成的下一级成形凹模的小半径波纹环型腔的表面上涂覆脱模剂；
步骤二三：将步骤一三中制成的芯模设置在该下一级成形凹模的内腔中；
步骤二四：将该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯设置在该下一级成形凹模与芯模7之间并保证三者的上端面和下端面分别平齐，并将该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯上的小半径波纹曲面与该下一级成形凹模位于中部的小半径波纹型腔相吻合，使该下一级成形凹模上位于两个端部的两个小半径波纹环型腔空置；之后，依次执行步骤一六和步骤一七；
步骤二五：活塞11受到推力的作用推动粘弹塑性材料10，并通过调节溢流阀12使该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯变形区域的压力值达到40MPa～58MPa，该上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯在粘弹塑性材料10的推力作用下与该下一级成形凹模的两个空置的小半径波纹环型腔紧密贴合制成下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
步骤二六：反向移动活塞11，使压力仓5内的压力降至0MPa，拆开该下一级成形凹模，取出该下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯并作为制作其下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的上一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯；
三、在步骤二六的基础上，继续制作下一级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯，其制作步骤依次重复步骤二一至二六，直至完成N级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯的成形，最后将该N级小半径波纹曲面薄壁金属筒坯内的粘弹塑性材料10清除干净，即制成小半径波纹曲面薄壁金属筒零件，其中N的取值范围为3～40；该最终成形的小半径波纹曲面薄壁金属筒零件的壁厚为0.2mm～0.5mm、小半径波纹曲面的内表面半径为0.25mm～1.0mm。
具体实施方式二：本实施方式的步骤一二和步骤二二中所使用的脱模剂均为无蜡脱模剂，利于脱模。其它方法步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤一六中的粘弹塑性材料10为分子量为400000g/mol～600000g/mol和粘度为10000Pa·s～16000Pa·s的高分子聚合物材料。具有较高的应变速率敏感性，可以在坯料表面建立非均匀的压力分布。其它方法步骤与具体实施方式一或二相同。