本发明涉及金属塑性成形，具体涉及一种高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺。
背景技术：
1、具有轻量、高效结构的带内筋锥形件在航空航天领域具有广泛的应用。然而，其同时兼具大尺寸、薄壁与局部内筋结构的复杂特征，采用传统的减材-分体装配方法成形此类构件存在加工周期长、材料利用率低、成本高等多种缺点，不能满足高性能高效整体成形制造的需求。
2、旋压成形技术是实现带内筋薄壁曲面构件一体化成形的有效解决方法，具有工装设备简单、成形精度高、成形载荷低且材料利用率高的优点，适合于带筋薄壁曲面构件的整体成形。
3、申请号为cn202111514553.5的中国专利申请文件中，公开了一种环形外筋筒形件剪切成形方法，通过剪切旋轮的轴向加载，促使材料表层发生剪切变形，与其下方材料分离，并沿径向转移成筋，实现了金属材料沿径向大范围、大体积、远距离的流动转移，实现了带环向外筋筒形件的精确成形，解决了传统工艺当中外筋结构成形困难的问题。
4、然而，剪切成形虽然能够成形大高宽比的带筋构件，但目前仅用于带环向外筋筒形件的成形，且存在成形筋底部增厚明显，筋区厚度分布不均匀的现象。因此，如何实现带内筋薄壁锥形件的成形，同时提高内筋厚度均匀性以及成形厚度仍需要进一步的研究。
技术实现思路
1、为实现带内环筋薄壁锥形件一体化成形，同时提高成形内筋厚度均匀性与成形高度，本发明提供了一种高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其包括以下步骤：
2、s1、选取半锥角为θ并呈锥台结构的外旋剪切旋压芯模，通过其大端平面同轴固定于旋压机芯轴上，且外旋剪切旋压芯模锥面设有与其半锥角θ呈一定夹角α、宽度为l、尾端最大深度为h的下沉凹槽环，将圆形板坯同轴固定在外旋剪切旋压芯模的小端平面上；
3、夹角α满足以下公式：
4、
5、s2、将剪切旋压旋轮安装于外旋轮架上，启动旋压机带动外旋剪切旋压芯模旋转，并控制剪切旋压旋轮沿外旋剪切旋压芯模外锥面轮廓线并按预设负偏离率δt’进行进给，对板厚为t的圆形板坯进行第一道次剪切旋压成形带渐变厚度内凸台的锥形件；
6、该预设负偏离率δt’满足以下公式：
7、t0＝t*sinθ (2)
8、
9、δt’∈[-15％，-2％](4)
10、其中，tf为预设锥形件厚度，t0为满足正弦率锥形件厚度，t为圆形板坯的初始壁厚，θ为剪切旋压芯模的半锥角；且外旋剪切旋压芯模的下沉凹槽环最大深度满足：0.5mm<h≤tf/2；
11、s3、以第一道次剪切旋压成形的带渐变厚度内凸台的锥形件的外锥面凹陷部分为基准，沿半锥角θ将所述锥形件的外锥面车削平整；
12、s4、选取具有与车削后锥形件外形一致型腔的内旋剪切成形模具，将其同轴固定于旋压机的芯轴上，再将车削后锥形件固定于内旋剪切成形模具的型腔中，使锥形件外锥面与内旋剪切成形模具型腔锥面贴合；
13、s5、选取单锥面旋轮作为剪切旋轮，剪切旋轮包括上剪切工作面和下剪切工作面，所述上剪切工作面和所述下剪切工作面之间通过外凸型圆弧剪切角过渡连接，且所述上剪切工作面和所述下剪切工作面之间的夹角(即旋轮剪切角)取60°～90°；将剪切旋轮安装于内旋轮架上，并使其圆弧剪切角抵靠于内凸台尾端台肩处，下剪切工作面与锥形件的内锥面贴合；
14、s6、将剪切旋轮以锥形件内凸台尾端台肩处为起旋点，选取凸台尾端高度h与锥形件尾端壁厚之和为初始剪切壁厚th，设定剪入量为t1，剪入量t1ε[20％th，50％th]，启动旋压机带动内旋剪切成形模具旋转，并控制剪切旋轮沿内旋剪切成形模具的型腔内锥面母线方向进给，通过第二道次剪切成形内环筋；
15、上述剪切旋轮与夹角α之间满足以下公式：
16、0<r<h-tanα*s (5)
17、其中，r为剪切旋轮圆弧剪切角半径，s为剪切旋轮进给距离，h为下沉凹槽环尾端(指靠近外旋剪切旋压芯模的大端面的一端)最大深度，且剪切旋轮圆角r小于剪入量t1。
18、作为本发明的进一步优选技术方案，成形的锥形件的锥壁厚度tf不大于5mm。
19、作为本发明的进一步优选技术方案，所述外旋剪切旋压芯模上位于小端平面一侧的锥面与下沉凹槽环之间通过圆滑斜面过渡以利于带凸台锥形件脱模，位于大端平面一侧的下沉凹槽环尾端进行台肩设计便于旋轮剪切。进一步优选地，设置夹角α的角度为0.5-0.7度，以减小进给过程中剪入量增大导致的内筋厚度不均匀问题。
20、作为本发明的进一步优选技术方案，所述剪切旋压旋轮为单锥面旋轮，其退出角为35～45度。
21、作为本发明的进一步优选技术方案，二道次剪切旋轮退出面与下剪切工作面的夹角为3～30度，圆弧剪切角的半径为0.1～1.5mm。
22、作为本发明的进一步优选技术方案，步骤s6中，内旋剪切成形模具转速ω为60r/min～200r/min，剪切旋轮的进给比为0.1～2mm/r。
23、本发明在剪切旋压成形锥形件以及剪切成形带外环筋筒形件的基础上，实现了剪切旋压与剪切成形的外旋与内旋两道次剪切变形的有效结合，通过两种剪切变形模式的交互作用，大大提高了构件性能，最终实现了高内筋薄壁锥形件的一体化成形。通过采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的有益效果是：
24、1、通过第一道次外旋剪切旋压与第二道次内旋剪切成形实现了带内环筋薄壁锥形件的成形，同时渐变厚度内凸台的存在，减少了旋轮压下材料堆积过程，同时避免了随着旋轮进给剪入量逐渐增大的现象，提高了成形内筋厚度均匀性。
25、2、剪切旋轮的上剪切工作面与下剪切工作面之间的夹角(即旋轮剪切角)减小，降低了成形过程中剪切旋轮工作面对金属材料的挤压摩擦作用，促进材料沿径向伸长，且厚度方向增厚相对减小，提高了内筋成形高度和内筋成形均匀性。
1.一种高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于，步骤s2中，预设锥形件的厚度tf不大于5mm。
3.根据权利要求1所述的高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于，所述外旋剪切旋压芯模上位于小端平面一侧的锥面与下沉凹槽环之间通过圆滑斜面过渡，位于大端平面一侧的下沉凹槽环尾端进行台肩设计。
4.根据权利要求1所述的高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于，所述剪切旋压旋轮为单锥面旋轮，其退出角为35～45度。
5.根据权利要求1所述的高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于，剪切旋轮退出面与下剪切工作面的夹角为3～30度，圆弧剪切角的半径为0.1～1.5mm。
6.根据权利要求1所述的高内筋薄壁锥形件的内外剪切旋压成形工艺，其特征在于，步骤s6中，内旋剪切成形模具转速ω为60～200r/min，剪切旋轮的进给比为0.1～2mm/r。
