CN100506415C - 一种辊轮式凹模挤压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辊轮式凹模挤压成形方法，采用一对凹模型腔开在两个辊轮圆周表面的辊轮，其特点是采用一套装于进料端的推挤杆与挤压筒，其毛坯的成形过程为：毛坯填装在挤压筒中，推挤杆向毛坯端施压，毛坯被推挤向辊轮式凹模；两个辊轮以相同速度、相反方向主动旋转，辊轮作用在毛坯双侧上的摩擦力带动毛坯顺序挤压变形，并促进金属的流动，毛坯在送进方向上产生延伸；毛坯被顺序挤压成形后从两个辊轮间排出。它提高了毛坯变形时的流动性，改善了应力状态，减小了成形力，达到容易成形的目的，模具所受弯扭应力减小，提高了模具寿命，可精密成形。

Description

一种辊轮式凹模挤压成形方法

技术领域

本发明属于金属挤压成形技术，具体地说是薄板类、杆类实心件在推压与旋转滚动凹模中顺序挤压成形方法，主要是用于在工件横向和纵向截面都有变化的扁平、圆形变截面金属零件的成形。

背景技术

对于扁平、圆形变截面金属零件，如壁厚不均匀的空间曲面的叶片。传统上大多采用热模锻工艺锻造及切边成型，再经热处理后机械切削加工而成。这种工艺方法不仅工序多、材料利用率低(11％)、加工费用高、生产周期长，而且由于残余应力的作用，产品变形大(翘曲)。有些叶片不仅在精度、一致性上有严格的要求，而且对性能(强度、韧性)也要有较高的要求。为此，这类生产企业一直在寻求一种能够满足产品一致性要求、又可快速、低成本生产的制造技术。近几年来，随着金属挤压成型工艺发展，本技术领域的工程技术人员对扁、圆形变截面金属零件的挤压成型方法已经做了大量研究，常见的挤压成型方法有两种：

一、传统的棒料作毛坯直接挤压成型方法，是一种利用挤压达到改形和提高性能的双重目标的传统挤压方法，其因为散热快无法挤压出薄壁板，所需压机吨位很大、模具寿命低，是刚性滑动摩擦，磨损剧烈；挤压端头要作为废料头切掉，材料利用率较低。这种传统挤压无法完成工件横向和纵向截面都有变化的扁平、圆形变截面金属零件的成形。

二、传统的依靠楔块运动在大平面板厚度方向镦粗压形的方法，是毛坯为厚板料，挤压成锥板，再采用模具挤压成形。由于料薄，挤压过程散热快，所需压机吨位太大，模具强度难达到、拼分模块受力较大，易镦粗变形，模具无寿命、可靠性，且能耗高。总之，这种传统挤压方法由于毛坯材料较薄，厚度方向所需流动应力大，材料流动难，近似平面应变状态，工艺状态较差，模具可靠性、稳定性差，不能作为工程方法。

另外，还有与挤压成型方法相近的成型技术，辊轧、辊锻成型方法。辊轧是在轧辊上沿径向开设环状的各种截面孔型，轧制出连续等截面形状各种型材，而辊锻是在轧辊上沿轴开设向各种形状的型腔，锻造出断续与型腔形状的零件；辊轧、辊锻特点都是靠轧辊或辊轮主动咬入压缩变形，使毛坯在变形区内承受的三向压应力，从而增大了塑性变形的强度极限值(变形抗力)，反映在宏观上就是增大了轧辊或辊轮向外侧发生弯扭变形力，成形所需外力较大，因而增加模具(辊轮)受力，也会使模具(辊轮)的使用寿命相应减少，同时也增加整机设备吨位，增加能耗。

发明内容

本发明的目的为克服上述现有挤压成型技术的不足，提供一种可以改变毛坯变形时的流动性，改善应力状态，使成形容易，减小成形力，降低热应力疲劳失效、提高模具寿命，并可进行大变形率精密成形，保证精度的辊轮式凹模挤压成形方法。

为实现上述目的本发明的技术方案是：

一种辊轮式凹模挤压成形方法，采用一对型腔开在两个辊轮圆周表面的辊轮式凹模，其特征是：同时还采用装于进料端的推挤杆与挤压筒，其零件的成形过程为：

●毛坯填装在挤压筒中，推挤杆向毛坯端施压，毛坯被推挤向辊轮式凹模，毛坯始终保持受有推力；

●两个辊轮以相同速度、相反方向主动旋转，辊轮作用在毛坯双侧的摩擦力带动毛坯顺序挤压变形，并促进金属的流动，毛坯在送进方向上产生延伸；

●毛坯被顺序挤压成形为零件后从两个辊轮间排出。

所述的辊轮的半径R与毛坯厚度或直径h的形状系数为：R/h＝33，所述的辊轮的凹模内表面接触长度1c与工件厚度或直径h之比为：

$\frac{l_c}{h_c}=4>1.$

变形区内部的应力状态分析

由于辊轮对接触弧上单位压力F_压、摩擦力F_摩及推力P等影响，在变形区中部金属呈三向压应力状态，在入口端由于推力作用，金属呈三向压应力作用；在出口端，由于摩擦力形成张力作用，金属呈一向拉应力二向压应力状态，如图4所示，挤压过程毛坯受力应力分析示意图。

塑性方程关系说明

根据形状变化位能学说，形状变化位能达到某一定值时，就发生塑性变形，这其中考虑了中间主应力影响，

其塑性方程式：(σ₁-σ₂)²+(σ₂-σ₃)²+(σ₃-σ₁)²＝2σ²

经过数学简化：σ₁-σ₃＝βσ＝1.15σ  其中β——中间主应力σ₂影响系数取1.15。

说明：塑性方程中，σ₁为水平方向主应力，挤压时近似看作接触弧上单位压力，σ₃为垂直方向主应力，其大小决定与接触弧上摩擦力和推力。由于变形区内各点的σ₂、σ₃不同，σ为最小塑性变形阻力。接触弧上单位压力分布也是不均匀的，而接触弧上单位压力总和即为挤压力。

从变形区应力状态看，垂直方向增加力P，削弱和降低了出口处σ₃，根据塑性变形条件和上式，为了使受三向压应力材料产生塑性变形所需的σ₁随之降低，亦即使挤压件变形的单位压力更小，从而降低了压机吨位、能耗、减少模具磨损，延长了寿命。

本发明一种辊轮式凹模挤压成形方法与现有挤压成形技术相比较，具有突出的实质性特点和显著的技术进步，主要有以下几个方面：

1、由挤压定径带的固定式改为辊轮式，把滑摩擦改为滚动摩擦，在挤压过程中辊轮式凹模主动旋转，摩擦力带动毛坯顺序受压变形，促进金属的流动，改变了应变状态，并减小了成形力，容易挤压成形，

2、由于模具与工件接触表面在不断改变，循环局部接触，模具表面受热面积少，避免长时间局部受热加速磨损，延长模具寿命；

3、可加大成形范围，在滚轮圆周上开出变截面型槽，在滚动中成形各种变截面形状的工件；可加大变形程度，如扁截面零件变形程度可大50％，最大可达90％；

4、由于具有上述优点，因而也提高了挤压工件尺寸精度和表面精度，提高了成品率。

本发明一种辊轮式凹模顺序挤压成形方法与辊轧、辊锻成形技术相比较，也是本发明的最大特点，辊轧是在轧辊上沿径向开设环状的各种截面孔型，轧制出连续等截面形状各种型材，而辊锻是在轧辊上沿轴向开设各种形状的型腔，锻造出断续与型腔形状的零件；辊轧、辊锻特点都是靠轧辊或辊轮主动咬入压缩变形；本发明所不同地是在咬入基础上增加推挤杆的垂直与轧辊或辊轮的推压力，使毛坯在变形区内承受的三向应力中σ₃降低，从而降低了塑性变形的强度极限值(变形抗力)，达到降低σ₁σ₂应力目的，反映在宏观上就是降低了两滚轮向外侧发生变形破坏的力，降低了σ₁σ₂外力形成的摩擦力，所以说增加模具(辊轮)寿命，同时也降低能耗。

本发明最大的特点就是将挤压工艺与辊轧或辊锻工艺有机结合，为各种扁、圆形等变截面金属零件的挤压成形创造了一种新的方法。

本发明一种辊轮式凹模挤压成形方法不仅适合于扁平截面叶片成形，也可以是圆形变截面棒材成形，如锥体等；故此，可适合于各种扁、圆形等变截面金属零件的挤压成形。

附图说明：

图1是传统挤压薄板原理图

图2是传统锻造薄板原理图

图3是本发明一种辊轮式凹模挤压成形方法的原理图；

图4是挤压过程变形区内各点应力状态示意图；

图5是挤压过程毛坯受力分析示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。(以扁形变截面金属零件为例)

图1和图2所示，本发明的一种辊轮式凹模挤压成形方法的原理图。一种辊轮式凹模挤压成形方法采用一对辊轮1，凹模型腔2沿轴向开在两个辊轮圆周表面，同时在辊轮毛坯的入口端还有推挤杆3与挤压筒4，其零件的成形过程为：

(1)毛坯5装填挤压筒中，推挤杆在毛坯一端施压推力P，毛坯被加压推挤，同时起到找正作用，推挤杆端部垂直与两个辊轮辅助中心线；

(2)推挤杆推毛坯，两个辊轮式凹模以相同速度ω、方向相反主动旋转，毛坯在辊轮式凹模内承受压力F_压、表面摩擦力F_摩、推压力P而产生塑性变形，毛坯始终保持受到推压力，当变形区金属受到辊轮压力压缩时，在送进方向便产生延伸，在横向产生宽展。如图5所示，是挤压过程毛坯受力分析示意图。

(3)毛坯被挤压成形为工件6，并从两个辊轮间排出。

本发明所示的辊轮式凹模挤压成形方法，推挤杆毛坯上端施压，杆端部垂直导正辅助，克服左右摩擦轮工艺条件不同，毛坯左右受力不平衡，毛坯顶端加压推挤还起到找正作用，避免造成挤压毛坯翘曲，挤压过程中推挤杆推挤毛坯，辊轮式凹模主动旋转，作用在毛坯双侧与辊轮上的摩擦力使毛坯顺序挤压变形，并促进金属的流动成型。

Claims (1)

1、一种辊轮式凹模挤压成形方法，采用一对凹模型腔(2)开在两个辊轮圆周表面的辊轮(1)上，其特征是：同时采用装于进料端的推挤杆(3)与挤压筒(4)，其零件的成形过程为：

●毛坯(5)填装在挤压筒中，推挤杆向毛坯施压，毛坯被推挤向辊轮式凹模，毛坯始终保持受到推压力；

●两个辊轮以相同速度、相反方向主动旋转，辊轮作用在毛坯双侧表面的摩擦力带动毛坯顺序挤压变形，促进金属的流动，毛坯在送进方向上产生延伸；

●毛坯被顺序挤压成形为零件后从两个辊轮间排出。

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