[发明专利]一种薄壁W截面异型密封结构内外复合滚压成形方法

说明书

本发明公开了一种薄壁W截面异型密封结构内外复合滚压成形方法，采用内外滚相结合的复合滚压方法成形高温合金薄壁W截面异型密封结构。根据截面母线轮廓可将W截面分为波峰圆弧、波峰圆弧与波谷圆弧间的直线段、波谷圆弧及最外侧密封面，其中，波峰圆弧、波峰圆弧与波谷圆弧间的直线段及部分波谷圆弧采用外滚法成形，波谷圆弧、最外侧密封面采用内滚法成形。通过先外滚后内滚的分步滚压成形方法实现W截面密封结构的成形。所述W截面密封结构滚压成形方法与传统外滚至少5道次成形相比，本发明方法只需3个道次即可完成异型截面密封结构的精确成形，且无开裂、起皱等缺陷，减少了成形道次，降低了加工成本。

技术领域

本发明涉及塑性加工领域，是一种利用滚压工艺成形薄壁W截面异型密封结构的方法。主要用于航空航天飞行器高温高压介质密封的高温合金薄壁W截面异型密封结构的精确成形，解决了薄壁W截面异型密封结构的成形制造难题。

背景技术

薄壁金属密封是目前工业上应用最为广泛的一种密封结构形式，已在航空、航天和兵器等金属精密成形技术领域得到广泛应用。薄壁金属密封常见的结构形式有C形、V形、U形、O形以及W形等，其中，W截面金属密封具有回弹性能好、吸振能力强、具有良好的高振动追随性、高吸振能力、长寿命和较好的耐磨损能力等优点，尤其适合用于航空航天设备高温、高压、振动及腐蚀介质等恶劣环境。然而，由于该类零件具有异型截面、异型结构、大直径与极薄壁厚的极端尺寸结合的结构特性，以及采用高温合金材料，高强度、难变形的材料特性，而且精度要求高，因此加工制造难度大。

目前，高温合金薄壁复杂截面异型密封结构的成形主要采用液压胀形、旋压成形、滚压成形。北京航空航天大学的万敏和中国航发研究院的朱宇等在异形截面环液压胀形领域开展了大量的研究，针对W截面金属密封环提出了液压成形结合动模轴向加载的复合成形方法，基于数值仿真分析了成形过程的变形特点和失效形式，优化了成形毛坯和工艺参数，实现了W形复杂截面的整体精确成形 (朱宇，万敏，复杂异形截面薄壁环形件动模液压成形研究，航空学报，2012, 33(5):912-919)。然而，液压胀形受限于液体压力和模具及设备，多用于小直径密封结构成形。在复杂截面密封环旋压成形方面，孟艳梅针对不锈钢U型密封圈旋压成形进行了相关研究，利用有限元模拟与理论解析相结合的方法对目标密封圈的旋压成形过程进行了研究，获得了应力应变分布特征、旋压成形过程金属流动规律(孟艳梅，曲母线形件复合旋压成形的数值模拟及工艺分析，燕山大学, 2005)。然而，旋压成形效率较低，成形回弹大，精度低，且成形件表面质量较差。相比之下，滚压成形能够解决旋压成形存在的问题，实现高效精确成形制造。目前报道的滚压成形均为外滚法，即滚轮在芯模外，坯料处于滚轮与芯模之间，通过滚轮与芯模咬合相向转动，滚压成形异型截面密封结构(郭正华，应帅等，高温合金U形环滚压成形有限元建模关键技术研究，装备制造技术,2013(6):1-2)。南昌航空大学利用有限元方法研究了薄壁W截面密封环外滚成形过程应力应变分布情况，并分析了工艺参数对环件不均匀变形行为的影响，指出采用滚压工艺成形复杂截面金属密封是可行的(郭凯云，高温合金复杂截面圆环多道次滚压不均匀变形行为研究，南昌航空大学，2015)。然而，外滚法存在成形稳定性差，易产生起皱、破裂缺陷，成形件圆度差，壁厚减薄严重等问题。

发明内容

针对背景技术所分析的技术问题，本发明的目的在于采用外滚+内滚的内外复合滚压工艺，以成形高精度高性能的异型截面密封结构。

为了解决W截面异型密封结构的成形难题，本发明提出了一种W截面异型密封结构的内外复合滚压成形方法，其特征在于，采用内外滚相结合的复合滚压方法成形高温合金薄壁W截面异型密封结构。根据截面母线轮廓可将W截面分为波峰圆弧、波峰圆弧与波谷圆弧间的直线段、波谷圆弧及最外侧密封面，其中，波峰圆弧、波峰圆弧与波谷圆弧间的直线段及部分波谷圆弧采用外滚法成形，波谷圆弧、最外侧密封面采用内滚法成形。通过先外滚后内滚的分步滚压成形方法实现W截面异型密封结构的成形。

具体步骤如下：

步骤一，确定毛坯尺寸；

所述毛坯尺寸包括坯料的周长L、宽度B、厚度T。