[发明专利]一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法

说明书

本发明公开了一种金属薄壁件及其形表一体数控渐进成形的方法，在数控渐进成形高精度制造金属薄壁件的同时，在一次加工中，在金属薄壁件上制备出纳米梯度结构、表面微沟槽，同时实现形状精度和表面性能的控制。该方法在保证成形件高精度的基础上，提高了其强度硬度、减阻、疲劳寿命、扩散等性能，缩短了制造周期，具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法，属于数控渐进成形领域。

背景技术

获得高精度的同时实现成形件性能的提高是先进塑性成形技术的发展趋势之一，而微观组织和表面形态是影响材料性能的重要因素，因此可通过对成形工艺的控制获得特定的微观组织和表面形态，以满足其特殊的性能要求。例如，纳米梯度结构可提高材料强度硬度、疲劳性能、扩散性能等；表面微沟槽在减阻方面可以发挥重要作用，顺流向的微小结构表面能有效地降低壁面摩阻达8％。

发明内容

一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法，是指在数控渐进成形高精度制造金属薄壁件同时，在一次加工中，在其上制备出纳米梯度结构、表面微沟槽，同时实现形状精度和表面性能的控制。金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法，在保证成形件高精度的基础上，提高了其强度硬度、减阻、疲劳寿命、扩散等性能，缩短了制造周期，具有潜在的应用前景。

本发明提供的一种金属薄壁件形表一体数控渐进成形的方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)选择微沟槽：根据金属薄壁件性能要求，通过流体软件进行仿真，选择减阻效果最好的微沟槽形状、尺寸和位置；

2)微沟槽成形仿真：通过有限元软件进行仿真，试验件为金属薄壁件，根据其外形特征分两种情况。情况一，金属薄壁件外形平缓时，在渐进成形工具头部开微沟槽作为模具，尺寸形状与1)中相同，工具挤压材料流入模具形成微沟槽。分析仿真结果，选择尺寸和形状精度最高的工艺参数组合，包括工具微沟槽数量、工具直径、工具速度、压下量、步进距离等；情况二，金属薄壁件外形复杂时，采用头部与1)中相同的工具，工具挤压材料流动形成微沟槽。分析仿真结果，选择尺寸和形状精度最高的工艺参数组合，包括工具速度、压下量、步进距离等；

3)纳米梯度结构试验：试验件为平板，工具轨迹在同一平面上且平行平板，工具碾压材料积累塑性变形使晶粒细化。对试验件进行微观表征，选择最小晶粒尺度达到纳米级的工艺参数组合，包括工具直径、工具速度、步进距离、压下量、加工道次等；

4)数控渐进成形试验：在不同工艺参数组合下，数控渐进成形金属薄壁件，对成形件进行精度测量，选择使形状和尺寸精度最高的工艺参数组合，包括工具直径、工具速度、步进距离等；

5)形表一体数控渐进成形工艺参数选择：采用灰色关联度分析，以宏观成形评价指标(薄壁件形状精度和尺寸精度)、微观纳米梯度结构评价指标(最小晶粒尺寸)为目标，通过标准化处理、关联度分析，将其转化为取最大关联度系数的单目标问题，获得最优工艺参数组合；

6)进行形表一体数控渐进成形：以5)中工艺参数组合进行形表一体数控渐进成形，同时得到纳米梯度结构和薄壁件尺寸外形，然后换用2)中成形工具，并以其中工艺参数成形出设计的微沟槽，获得兼具纳米梯度结构和微沟槽的高精度金属薄壁件。

其中，步骤1)中所述微沟槽形状可为V形、锯齿形、梯形、弧形等，微沟槽特征尺寸(沟槽最大深度和最大宽度)为0.05～1mm；

其中，步骤2)中所述工艺参数范围一般为：工具微沟槽1～10个、工具直径1～20mm、工具速度5000～10000mm/min、压下量0.001～0.1mm、步进距离大于微沟槽宽度；

其中，步骤3)中所述平板件材料、厚度与所金属薄壁件相同，长宽一般为100mm×100mm；