CN102240740B - 一种带横向内筋件旋压用芯模及前移脱模方法 - Google Patents

Abstract

一种带横向内筋件旋压用芯模及前移脱模方法。芯模的芯模头和夹板的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形。夹板一端的端面与芯模头一端的安装面贴合。芯模头的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部的轴向长度与夹板轴向长度之差。第三被动夹块的外形为扇形；第一被动夹块和第二被动夹块是对称的两个夹块，是将夹板去除主动夹块和第三被动夹块后的剩余部分一分为二而成。由于本发明采用了横纵组合的分瓣技术，并通过阶梯轴预留卸模空间，从而方便地实现了带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压工件的脱模，并提高了工件成形质量和成形精度，具有生产周期短、生产效率高、生产成本低和工人劳动强度小的特点。

Description

一种带横向内筋件旋压用芯模及前移脱模方法

技术领域

本发明属于旋压成形加工领域，具体是一种带横向内筋件旋压用芯模及前移脱模方法。

背景技术

经过几十年的发展，旋压技术在薄壁、形状复杂、轻量化整体构件的近净成形中发挥着越来越重要的作用。大型复杂曲母线薄壁构件是航空航天和兵器工业中普遍采用的一类零件，如航空发动机罩、整体火箭发动机构件、压气机锥体、人造卫星和导弹的鼻锥、兵器工业中的药型罩等。航空航天等高技术产业的发展，要求在不影响外表气动性的前提下，提高这类零件的强度和刚度，从而优化飞机、火箭和导弹等的整体性能。为此，需要在这些零件内部设计环形加强筋。但是，这种带横向内筋的大型复杂曲母线薄壁结构给构件的成形、芯模的结构设计和工件的脱模带来了极大的挑战。

西北工业大学在公开号为CN101497099的专利申请中，公开了一种带横向内筋构件旋压成形芯模；西北工业大学在申请号为201010535565.1的专利申请中公开了一种带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压成形芯模。该芯模由芯模头、夹板和芯模尾三部分组成。其中的夹板为带定位凸台的中空旋转体，芯模尾则为三级阶梯轴状。利用上述发明创造提出的芯模，可以解决带横向内筋锥形旋压件和复杂曲母线薄壁构件的脱模问题。但是，由于带横向内筋大型复杂曲母线薄壁旋压件的内筋位于形状接近筒形的工件口部，如果采用与CN101497099和201010535565.1相似的芯模结构，则在进行工件的脱模时，需要将芯模头和夹板整体取下，然后再将主动夹块和被动夹块一块块取出，最后再将芯模头取出，这样才能实现工件的顺利脱模。由于大型复杂薄壁壳体旋压的芯模头部和夹板的形状尺寸较大、质量较重，因此，进一步增加了脱模过程的难度。而且，由于工件壁厚非常薄，在采用上述旋压芯模及其脱模方法进行工件脱模的过程中难免会划伤工件内壁或者导致工件变形。另外，每旋压成形一个工件，便要进行一次如此繁复的脱模工作，而在旋压成形下一工件之前，又要再一次进行模具的组合安装与调试工作，故而延长了生产周期，降低了生产效率，增加了生产成本，加大了工人的劳动强度，而且，反复的卸模和安装、调试模具对工件的成形质量和成形精度也有影响。因此，迫切需要对带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件的旋压成形芯模结构进行改进，并提出一种无需将芯模头与夹板等整体取下就可方便实现工件脱模的方法。

发明内容

为了保证带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件能够顺利旋压成形和脱模，并达到缩短生产周期、提高生产效率、降低生产成本、减小劳动强度、提高工件成形质量和成形精度的目的，本发明提出了一种带横向内筋件旋压用芯模及前移脱模方法。

本发明包括芯模头、夹板和芯模尾，并且：

芯模头和夹板的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形，并且芯模头和夹板的中心孔的轴线重合；夹板一端的端面与芯模头一端的安装面贴合；芯模头和夹板的外圆周表面之间光滑连接；芯模尾装入固连在一起的芯模头和夹板的中心孔内，并使夹板另一端的端面与芯模尾外圆周表面台阶形成的端面贴合。芯模头的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部的轴向长度与夹板轴向长度之差。

夹板的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得所述的夹板与芯模头上的安装面贴合端的外径小于夹板与芯模尾贴合端的外径；夹板的大端面的外径与工件内表面的最大直径相同，夹板小端面的直径须略小于芯模凹槽的直径。

所述的夹板是由主动夹块、第一被动夹块、第二被动夹块和第三被动夹块组成的中空圆形构件；主动夹块的外形为梯形，并且所述的主动夹块的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块下底弧形的弦长须略大于主动夹块上底弧形的弦长；主动夹块上底的弧形边所对应的圆心角为20～50度。

第三被动夹块的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块和第二被动夹块是对称的两个夹块，是将夹板去除主动夹块和第三被动夹块后的剩余部分一分为二而成。

芯模尾的第一级轴形成芯模尾的定位轴，用于和芯模头的内孔配合；芯模尾的第二级轴的外径与夹板)的内径相同，用于和夹板的内孔配合；芯模尾的第三级轴的长度与芯模凹槽的轴向长度和工件轴向加工余量之和相同，该芯模尾的第三级轴的直径与工件内表面的最大直径相同；在芯模尾的第二级轴与第三级轴之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度与工件筋部的轴向长度相同，该台阶的高度与工件筋部的筋部高度的最小值相同；通过公式(1)确定芯模尾的第一级轴和第二级轴的半径的差值Δr，通过公式(2)确定夹板退出工件筋部所需的最小内移量Δr_min，保证组成夹板的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出：

Δr＝Δr_min+(5～15)mm                                          (1)

$\mathrm{\Δ}{r}_{\min }=\sqrt{R_2^2+{(R_2-t)}^2-2R_2(R_2-t)\cos (\arcsin (R_2\sin (\mathrm{\π}/3)/(R_2-t))-\mathrm{\π}/3)}---\left(2\right)$

在式(1)、(2)中，Δr为芯模尾的第一级轴和第二级轴)的半径差值，Δrmin为夹板退出工件筋部所需的最小内移量，R₂为夹板大端面的外半径，t为该处工件的内筋高度；

芯模头一端的孔径与芯模尾的第一级轴的直径相同，该端端面为夹板的安装面；夹板通过固定安装在所述的安装面的外侧，并且夹板外圆的弧形面与芯模头的曲母线形表面光滑连接；芯模头的另一端端面上有用于吊装芯模的通孔。

夹板的内径与芯模尾的第二级轴的直径相同；夹板小端面的直径略小于芯模凹槽的直径；为了保证芯模头和夹板沿轴向运动时的可靠性，在组成夹板的各夹块上分别开有将夹板和芯模头固连的螺纹通孔；

本发明还提出了一种带横向内筋件旋压用芯模的脱模方法，其具体步骤如下：

第一步，松开并撤回旋压机尾顶，从芯模头的端面中心孔中拧上螺栓，使芯模头和与其相连接的夹板一起沿旋压芯模轴向向旋压机尾顶方向平移，所移动的距离略大于夹板的轴向长度的2倍与芯模凹槽轴向长度之和；并且芯模头和夹板未脱离芯模尾；

第二步，卸除连接芯模头和主动夹块的内六角螺栓；

第三步，将主动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该主动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块取出；

第四步，卸除连接芯模头和第一被动夹块、第二被动夹块和第三被动夹块的内六角螺栓；

第五步，转动第一被动夹块；将第一被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第一被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第一被动夹块取出；

第六步，转动第二被动夹块；将第二被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第二被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块取出；

第七步，转动第三被动夹块；将第三被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第三被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块取出；

第八步，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

由于本发明中各个部件均为回转体零件，对芯模采用了横纵组合的分瓣技术，并通过阶梯轴结构预留卸模空间，从而保证了带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压成形后，无需将沉重的芯模头部和夹板及工件一起从芯模尾部卸下，便可轻松、方便地实现带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压工件的脱模，并提高了工件成形质量和成形精度。本发明所提出的旋压芯模易于机械加工和装配，具有生产周期短、生产效率高、生产成本低和工人劳动强度小的特点。

附图说明

图1是带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件；

图2是带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压成形用芯模的结构示意图；

图3是芯模头的主视图；

图4是夹板的组合分瓣示意图；

图5是夹板的主视图，其中夹板由一个主动夹块，三个被动夹块组成；

图6是主动夹块沿径向向内移动的示意图，其中中部剖面线所示为芯模尾的第一级轴；

图7是第一被动夹块沿芯模周向转动和径向向内移动示意图，其中中部剖面线所示为芯模尾的第一级轴；

图8是第二被动夹块和第三被动夹块沿芯模周向转动和径向向内移动示意图，其中中部剖面线所示为芯模尾的第一级轴；

图9是芯模尾的主视图。其中：

1.工件筋部  2.工件非筋部  3.芯模头     4.夹板  5.芯模尾  6.芯模凹槽

7.安装面  8.主动夹块  9.第一被动夹块   10.第二被动夹块  11.第三被动夹块

12.第一级轴  13.第二级轴  13.第三级轴  14.第四级轴

具体实施方式

实施例一

本实施案例是某航天器用口部带环向内筋大型复杂薄壁构件旋压成形中的横纵组合分瓣芯模及通过前移模具使带横向内筋旋压件脱模的方法。该工件筋部1的筋部高度介于2.5～2.8mm间，工件筋部1的轴向长度为15mm，工件非筋部2的轴向长度为343mm，工件内表面的最大直径为268.5mm，工件的轴向加工余量为30mm。

本实施例的旋压芯模包括芯模头3、夹板4和芯模尾5，且芯模头3、夹板4和芯模尾5均为回转体。其中，芯模头3和夹板4均为中空壳体，并且芯模头3和夹板4的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形。所述的芯模头3和夹板4的中心孔的轴线重合。夹板4一端的端面与芯模头3一端的安装面7贴合，并通过内六角螺栓固紧。芯模头3和夹板4的外圆周表面之间光滑连接。芯模尾5装入固连在一起的芯模头3和夹板4的中心孔内，并使夹板4另一端的端面与芯模尾5外圆周表面台阶形成的端面贴合。

芯模头3的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部2的轴向长度与夹板4轴向长度之差。芯模头3一端端面中心为内孔的孔口，该内孔的孔径与芯模尾5的第一级轴12的直径相同，该端面为夹板4的安装面7。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面7的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模头3的曲母线形表面光滑连接。芯模头3的另一端端面上有螺纹孔，该螺纹孔与芯模头3内孔的底部贯通，用于吊装芯模和移动通过螺栓连接的芯模头3和夹板4。

夹板4是由主动夹块8、第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11组成的中空圆形构件，其内径与芯模尾5的第二级轴13的直径相同。夹板4的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得所述的夹板4与芯模头3上的安装面7贴合端的外径小于夹板4与芯模尾5贴合端的外径。夹板4的大端面的外径与工件内表面的最大直径相同，夹板4小端面的直径须略小于芯模凹槽6的直径，这样根据工件内表面的曲母线方程就可得到夹板4的轴向长度。在本实例中，夹板4的大端面的外半径为134.3mm，夹板4小端面的外半径为131.3mm，夹板4的轴向长度为50mm，芯模尾5上的芯模凹槽6的直径为263.5mm，满足夹板4小端面的直径略小于芯模凹槽6的直径的要求，用于保证卸除夹板4后能够顺利取出工件。

所述的主动夹块8的外形为梯形，并且所述的主动夹块8的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块8下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块8上底的弧形边所对应的圆心角为20度，主动夹块8上底的弧形边的弦长为46.6mm，主动夹块8下底的弧形边的弦长为50.6mm，满足主动夹块8的下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的弦长的要求。所述的第三被动夹块11的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块9和第二被动夹块10是对称的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块8和第三被动夹块11后的剩余部分一分为二而成。为了保证芯模头3和夹板4沿轴向运动时的可靠性，在组成夹板4的各夹块上开有螺纹通孔，用内六角螺栓穿过该螺纹通孔，将夹板4和芯模头3固连。

芯模尾5的外圆周表面为四级阶梯轴，其中芯模尾5的第一级轴12形成芯模尾5的定位轴，用于和芯模头3的内孔配合，其直径为134.3mm，为工件内表面最大直径的1/2，其长度为247mm，为夹板4轴向长度与芯模凹槽6轴向长度之和的3.8倍。芯模尾5的第二级轴13的外径与夹板4的内径相同，用于和夹板4的内孔配合，其长度略小于夹板4的轴向长度，为48mm。

通过公式(1)确定芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径的差值Δr，通过公式(2)确定夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min：

Δr＝Δr_min+(5～15)mm                                          (1)

$\mathrm{\Δ}{r}_{\min }=\sqrt{R_2^2+{(R_2-t)}^2-2R_2(R_2-t)\cos (\arcsin (R_2\sin (\mathrm{\π}/3)/(R_2-t))-\mathrm{\π}/3)}---\left(2\right)$

在上式中，Δr为芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径差值，Δr_min为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量，R₂为夹板4大端面的外半径，t为该处工件的内筋高度，在本实施例中，R₂＝134.3mm，t＝2.5mm。

本实施例中通过公式(2)得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径分别为67.1mm和87.3mm，其差值为20.2mm。芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径的差值满足公式(1)，能够保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。芯模尾5的第三级轴14的长度与芯模凹槽6的轴向长度和工件轴向加工余量之和相同，为45mm，其直径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm。在芯模尾5的第二级轴13与第三级轴14之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度与工件筋部1的轴向长度相同，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同。当芯模尾5与夹板4配合后，所述的凹台阶形成了芯模凹槽6。在旋压成形过程中，金属填充入芯模凹槽6内，形成了工件内筋。芯模尾5的第四级轴15为旋压机连接端。为了便于和旋压机主轴连接，在芯模尾5的第四级轴15的端面中心有一个凹槽，并且环该凹槽分布有8个螺纹孔，用于将芯模连接到旋压机主轴上。

本实施例还提出了一种上述旋压芯模的脱模方法。

当成形过程结束后，工件筋部1被卡在芯模凹槽6中，使用本实例提出的旋压芯模脱模时，其具体步骤如下：

第一步，松开并撤回旋压机尾顶，从芯模头3的端面中心孔中拧上螺栓，使芯模头3和与其相连接的夹板4一起沿旋压芯模的轴向向尾顶方向平移，所移动的距离略大于夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和，本实施例中，夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和为115mm，芯模头3与夹板4的实际平移距离为120mm；并且芯模头3和夹板4未脱离芯模尾5。

第二步，卸除连接芯模头3和主动夹块8的内六角螺栓。

第三步，将主动夹块8先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该主动夹块8沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块8取出。

第四步，卸除连接芯模头3和第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11的螺栓。

第五步，转动第一被动夹块9；将第一被动夹块9先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将第一被动夹块9沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动并取出。

第六步，转动第二被动夹块10；将第二被动夹块10先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第二被动夹块10沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块10取出。

第七步，转动第三被动夹块11；将第三被动夹块11先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第三被动夹块11沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块11取出。

第八步，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

实施例二

本实施案例是某航天器用口部带环向内筋大型复杂薄壁构件旋压成形中的横纵组合分瓣芯模及通过前移模具使带横向内筋旋压件脱模的方法。该工件筋部1的筋部高度介于2.5～2.8mm间，工件筋部1的轴向长度为15mm，工件非筋部2的轴向长度为343mm，工件内表面的最大直径为268.5mm，工件的轴向加工余量为20mm。

本实施例的旋压芯模包括芯模头3、夹板4和芯模尾5，且芯模头3、夹板4和芯模尾5均为回转体。其中，芯模头3和夹板4均为中空壳体，并且芯模头3和夹板4的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形。所述的芯模头3和夹板4的中心孔的轴线重合。夹板4一端的端面与芯模头3一端的安装面7贴合，并通过内六角螺栓固紧。芯模头3和夹板4的外圆周表面之间光滑连接。芯模尾5装入固连在一起的芯模头3和夹板4的中心孔内，并使夹板4另一端的端面与芯模尾5外圆周表面台阶形成的端面贴合。

芯模头3的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部2的轴向长度与夹板4轴向长度之差。芯模头3一端端面中心为内孔的孔口，该内孔的孔径与芯模尾5的第一级轴12的直径相同，该端面为夹板4的安装面7。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面7的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模头3的曲母线形表面光滑连接。芯模头3的另一端端面上有螺纹孔，该螺纹孔与芯模头3内孔的底部贯通，用于吊装芯模和移动通过螺栓连接的芯模头3和夹板4。

夹板4是由主动夹块8、第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11组成的中空圆形构件，其内径与芯模尾5的第二级轴13的直径相同。夹板4的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得所述的夹板4与芯模头3上的安装面7贴合端的外径小于夹板4与芯模尾5贴合端的外径。夹板4的大端面的外径与工件内表面的最大直径相同，夹板4小端面的直径须略小于芯模凹槽6的直径，这样根据工件内表面的曲母线方程就可得到夹板4的轴向长度。在本实例中，夹板4的大端面的外半径为134.3mm，夹板4小端面的外半径为130.8mm，夹板4的轴向长度为55.6mm，芯模尾5上的芯模凹槽6的直径为263.5mm，满足夹板4小端面的直径略小于芯模凹槽6的直径的要求，用于保证卸除夹板4后能够顺利取出工件。

所述的主动夹块8的外形为梯形，并且所述的主动夹块8的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块8下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块8上底的弧形边所对应的圆心角为35度，主动夹块8上底的弧形边的弦长为80.7mm，主动夹块8下底的弧形边的弦长为86.7mm，满足主动夹块8的下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的弦长的要求。

所述的第三被动夹块11的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块9和第二被动夹块10是对称的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块8和第三被动夹块11后的剩余部分一分为二而成。为了保证芯模头3和夹板4沿轴向运动时的可靠性，在组成夹板4的各夹块上开有螺纹通孔，用内六角螺栓穿过该螺纹通孔，将夹板4和芯模头3固连。

芯模尾5的外圆周表面为四级阶梯轴，其中芯模尾5的第一级轴12形成芯模尾5的定位轴，用于和芯模头3的内孔配合，其直径为161.1mm，为工件内表面最大直径的3/5，其长度为247.1mm，为夹板4轴向长度与芯模凹槽6轴向长度之和的3.5倍。芯模尾5的第二级轴13的外径与夹板4的内径相同，用于和夹板4的内孔配合，其长度略小于夹板4的轴向长度，为54mm。

通过公式(1)确定芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径的差值Δr，通过公式(2)确定夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min：

Δr＝Δr_min+(5～15)mm                                          (1)

$\mathrm{\Δ}{r}_{\min }=\sqrt{R_2^2+{(R_2-t)}^2-2R_2(R_2-t)\cos (\arcsin (R_2\sin (\mathrm{\π}/3)/(R_2-t))-\mathrm{\π}/3)}---\left(2\right)$

在上式中，Δr为芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径差值，Δr_min为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量，R₂为夹板4大端面的外半径，t为该处工件的内筋高度，在本实施例中，R₂＝134.3mm，t＝2.5mm

通过公式(2)得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径分别为80.5mm和90.7mm，其差值为10.2mm。芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径差满足公式(1)，能够保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。芯模尾5的第三级轴14的长度与芯模凹槽6的轴向长度和工件轴向加工余量之和相同，为35mm，其直径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm。在芯模尾5的第二级轴13与第三级轴14之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度与工件筋部1的轴向长度相同，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同。当芯模尾5与夹板4配合后，所述的凹台阶形成了芯模凹槽6。在旋压成形过程中，金属填充入芯模凹槽6内，形成了工件内筋。芯模尾5的第四级轴15为旋压机连接端。为了便于和旋压机主轴连接，在芯模尾5的第四级轴15的端面中心有一个凹槽，并且环该凹槽分布有8个螺纹孔，用于将芯模连接到旋压机主轴上。

本实施例还提出了一种上述旋压芯模的脱模方法。

当成形过程结束后，工件筋部1被卡在芯模凹槽6中，使用本实例提出的旋压芯模脱模时，其具体步骤如下：

第一步，松开并撤回旋压机尾顶，从芯模头3的端面中心孔中拧上螺栓，使芯模头3和与其相连接的夹板4一起沿旋压芯模的轴向向尾顶方向平移，所移动的距离略大于夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和，本实施例中，夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和为126.2mm，芯模头3与夹板4的实际平移距离为130mm；并且芯模头3和夹板4未脱离芯模尾5。

第二步，卸除连接芯模头3和主动夹块8的内六角螺栓。

第三步，将主动夹块8先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该主动夹块8沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块8取出。

第四步，卸除连接芯模头3和第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11的螺栓。

第五步，转动第一被动夹块9；将第一被动夹块9先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将第一被动夹块9沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动并取出。

第六步，转动第二被动夹块10；将第二被动夹块10先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第二被动夹块10沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块10取出。

第七步，转动第三被动夹块11；将第三被动夹块11先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第三被动夹块11沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块11取出。

第八步，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

实施例三

本实施案例是某航天器用口部带环向内筋大型复杂薄壁构件旋压成形中的横纵组合分瓣芯模及通过前移模具使带横向内筋旋压件脱模的方法。该工件筋部1的进步高度介于2.5～2.8mm间，工件筋部1的轴向长度为15mm，工件非筋部2的轴向长度为343mm，工件内表面的最大直径为268.5mm，工件的轴向加工余量为25mm。

本实施例的旋压芯模包括芯模头3、夹板4和芯模尾5，且芯模头3、夹板4和芯模尾5均为回转体。其中，芯模头3和夹板4均为中空壳体，并且芯模头3和夹板4的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形。所述的芯模头3和夹板4的中心孔的轴线重合。夹板4一端的端面与芯模头3一端的安装面7贴合，并通过内六角螺栓固紧。芯模头3和夹板4的外圆周表面之间光滑连接。芯模尾5装入固连在一起的芯模头3和夹板4的中心孔内，并使夹板4另一端的端面与芯模尾5外圆周表面台阶形成的端面贴合。

芯模头3的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部2的轴向长度与夹板4轴向长度之差。芯模头3一端端面中心为内孔的孔口，该内孔的孔径与芯模尾5的第一级轴12的直径相同，该端面为夹板4的安装面7。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面7的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模头3的曲母线形表面光滑连接。芯模头3的另一端端面上有螺纹孔，该螺纹孔与芯模头3内孔的底部贯通，用于吊装芯模和移动通过螺栓连接的芯模头3和夹板4。

夹板4是由主动夹块8、第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11组成的中空圆形构件，其内径与芯模尾5的第二级轴13的直径相同。夹板4的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得所述的夹板4与芯模头3上的安装面7贴合端的外径小于夹板4与芯模尾5贴合端的外径。夹板4的大端面的外径与工件内表面的最大直径相同，夹板4小端面的直径须略小于芯模凹槽6的直径，这样根据工件内表面的曲母线方程就可得到夹板4的轴向长度。在本实例中，夹板4的大端面的外半径为134.3mm，夹板4小端面的外半径为130.3mm，夹板4的轴向长度为60.9mm，芯模尾5上的芯模凹槽6的直径为263.5mm，满足夹板4小端面的直径略小于芯模凹槽6的直径的要求，用于保证卸除夹板4后能够顺利取出工件。

所述的主动夹块8的外形为梯形，并且所述的主动夹块8的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块8下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块8上底的弧形边所对应的圆心角为50度，主动夹块8上底的弧形边的弦长为113.5mm，主动夹块8下底的弧形边的弦长为118.5mm，满足主动夹块8的下底弧形的弦长须略大于主动夹块8上底弧形的弦长的要求。

所述的第三被动夹块11的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块9和第二被动夹块10是对称的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块8和第三被动夹块11后的剩余部分一分为二而成。为了保证芯模头3和夹板4沿轴向运动时的可靠性，在组成夹板4的各夹块上开有螺纹通孔，用内六角螺栓穿过该螺纹通孔，将夹板4和芯模头3固连。

芯模尾5的外圆周表面为四级阶梯轴，其中芯模尾5的第一级轴12形成芯模尾5的定位轴，用于和芯模头3的内孔配合，其直径为179mm，为工件内表面最大直径的2/3，其长度为250.8mm，为夹板4轴向长度与芯模凹槽6轴向长度之和的3.3倍。芯模尾5的第二级轴13的外径与夹板4的内径相同，用于和夹板4的内孔配合，其长度略小于夹板4的轴向长度，为60mm。

通过公式(1)确定芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径的差值Δr，通过公式(2)确定夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min：

Δr＝ΔΔr_min+(5～15)mm                                        (1)

$\mathrm{\Δ}{r}_{\min }=\sqrt{R_2^2+{(R_2-t)}^2-2R_2(R_2-t)\cos (\arcsin (R_2\sin (\mathrm{\π}/3)/(R_2-t))-\mathrm{\π}/3)}---\left(2\right)$

在上式中，Δr为芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径差值，Δr_min为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量，R₂为夹板4大端面的外半径，t为该处工件的内筋高度，在本实施例中，R₂＝134.3mm，t＝2.5mm。

通过公式(2)得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径分别为89.5mm和104.7mm，其差值为15.2mm。芯模尾5的第一级轴12和第二级轴13的半径差满足公式(1)，能够保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。芯模尾5的第三级轴14的长度与芯模凹槽6的轴向长度和工件轴向加工余量之和相同，为40mm，其直径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm。在芯模尾5的第二级轴13与第三级轴14之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度与工件筋部1的轴向长度相同，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同。当芯模尾5与夹板4配合后，所述的凹台阶形成了芯模凹槽6。在旋压成形过程中，金属填充入芯模凹槽6内，形成了工件内筋。芯模尾5的第四级轴15为旋压机连接端。为了便于和旋压机主轴连接，在芯模尾5的第四级轴15的端面中心有一个凹槽，并且环该凹槽分布有8个螺纹孔，用于将芯模连接到旋压机主轴上。

本实施例还提出了一种上述旋压芯模的脱模方法。

当成形过程结束后，工件筋部1被卡在芯模凹槽6中，使用本实例提出的旋压芯模脱模时，其具体步骤如下：

第一步，松开并撤回旋压机尾顶，从芯模头3的端面中心孔中拧上螺栓，使芯模头3和与其相连接的夹板4一起沿旋压芯模的轴向向尾顶方向平移，所移动的距离略大于夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和，本实施例中，夹板4的轴向长度的2倍与芯模凹槽6轴向长度之和为137mm，芯模头3与夹板4的实际平移距离为142mm；并且芯模头3和夹板4未脱离芯模尾5。

第二步，卸除连接芯模头3和主动夹块8的内六角螺栓。

第三步，将主动夹块8先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该主动夹块8沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块8取出。

第四步，卸除连接芯模头3和第一被动夹块9、第二被动夹块10和第三被动夹块11的螺栓。

第五步，转动第一被动夹块9；将第一被动夹块9先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将第一被动夹块9沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动并取出。

第六步，转动第二被动夹块10；将第二被动夹块10先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第二被动夹块10沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块10取出。

第七步，转动第三被动夹块11；将第三被动夹块11先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第三被动夹块11沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块11取出。

第八步，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

Claims (4)

1.一种带横向内筋件旋压用芯模，包括芯模头(3)、夹板(4)和芯模尾(5)，其特征在于，

a.芯模头(3)和夹板(4)的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形，并且芯模头(3)和夹板(4)的中心孔的轴线重合；夹板(4)一端的端面与芯模头(3)一端的安装面(7)贴合；芯模头(3)和夹板(4)的外圆周表面之间光滑连接；芯模尾(5)装入固连在一起的芯模头(3)和夹板(4)的中心孔内，并使夹板(4)另一端的端面与芯模尾(5)外圆周表面台阶形成的端面贴合；

b.芯模头(3)的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，其轴向长度为工件非筋部(2)的轴向长度与夹板(4)轴向长度之差；

c.夹板(4)的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得所述的夹板(4)与芯模头(3)上的安装面(7)贴合端的外径小于夹板(4)与芯模尾(5)贴合端的外径；夹板(4)的大端面的外径与工件内表面的最大直径相同，夹板(4)小端面的直径须略小于芯模凹槽(6)的直径；

d.所述的夹板(4)是由主动夹块(8)、第一被动夹块(9)、第二被动夹块(10)和第三被动夹块(11)组成的中空圆形构件；主动夹块(8)的外形为梯形，并且所述的主动夹块(8)的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块(8)下底弧形的弦长须略大于主动夹块(8)上底弧形的弦长；主动夹块(8)上底的弧形边所对应的圆心角为20～50度；

e.第三被动夹块(11)的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块(9)和第二被动夹块(10)是对称的两个夹块，是将夹板(4)去除主动夹块(8)和第三被动夹块(11)后的剩余部分一分为二而成；

f.芯模尾(5)的第一级轴(12)形成芯模尾(5)的定位轴，用于和芯模头(3)的内孔配合；芯模尾(5)的第二级轴(13)的外径与夹板(4)的内径相同，用于和夹板(4)的内孔配合；芯模尾(5)的第三级轴(14)的长度与芯模凹槽(6)的轴向长度和工件轴向加工余量之和相同，该芯模尾(5)的第三级轴(14)的直径与工件内表面的最大直径相同；在芯模尾(5)的第二级轴(13)与第三级轴(14)之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度与工件筋部(1)的轴向长度相同，该台阶的高度与工件筋部(1)的筋部高度的最小值相同；通过公式(1)确定芯模尾(5)的第一级轴(12)和第二级轴(13)的半径的差值Δr，通过公式(2)确定夹板(4)退出工件筋部(1)所需的最小内移量Δr_min，保证组成夹板(4)的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出；

Δr＝Δr_min+(5～15)mm                                   (1)

$\mathrm{\Δ}{r}_{\min }=\sqrt{R_2^2+{(R_2-t)}^2-2R_2(R_2-t)\cos (\arcsin (R_2\sin (\mathrm{\π}/3)/(R_2-t))-\mathrm{\π}/3)}---\left(2\right)$

在式(1)、(2)中，Δr为芯模尾(5)的第一级轴(12)和第二级轴(13)的半径差值，Δr_min为夹板(4)退出工件筋部(1)所需的最小内移量，R₂为夹板(4)大端面的外半径，t为该处工件的内筋高度。

2.如权利要求1所述一种带横向内筋件旋压用芯模，其特征在于，芯模头(3)一端的孔径与芯模尾(5)的第一级轴(12)的直径相同，该端端面为夹板(4)的安装面(7)；夹板(4)通过固定安装在所述的安装面(7)的外侧，并且夹板(4)外圆的弧形面与芯模头(3)的曲母线形表面光滑连接；芯模头(3)的另一端端面上有用于吊装芯模的通孔。

3.如权利要求1所述一种带横向内筋件旋压用芯模，其特征在于，夹板(4)的内径与芯模尾(5)的第二级轴(13)的直径相同；夹板(4)小端面的直径略小于芯模凹槽(6)的直径；为了保证芯模头(3)和夹板(4)沿轴向运动时的可靠性，在组成夹板(4)的各夹块上分别开有将夹板(4)和芯模头(3)固连的螺纹通孔。

4.一种用于权利要求1所述带横向内筋件旋压用芯模的脱模方法，其特征在于，其具体步骤如下：

第一步，松开并撤回旋压机尾顶，从芯模头的端面中心孔中拧上螺栓，使芯模头和与其相连接的夹板一起沿旋压芯模轴向向旋压机尾顶方向平移，所移动的距离略大于夹板的轴向长度的2倍与芯模凹槽轴向长度之和；并且芯模头和夹板未脱离芯模尾；

第二步，卸除连接芯模头和主动夹块的内六角螺栓；

第三步，将主动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该主动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块取出；

第四步，卸除连接芯模头和第一被动夹块、第二被动夹块和第三被动夹块的内六角螺栓；

第五步，转动第一被动夹块；将第一被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第一被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第一被动夹块取出；

第六步，转动第二被动夹块；将第二被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第二被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块取出；

第七步，转动第三被动夹块；将第三被动夹块先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部，再将该第三被动夹块沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块取出；

第八步，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

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