CN102284613A - 一种带横向内筋件旋压用芯模及后移脱模方法 - Google Patents

Abstract

一种带横向内筋件旋压用芯模及后移脱模方法。芯模主体的曲母线端和夹板的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形。夹板安装在由芯模主体的曲母线端的大端面形成的安装面外侧。套环套装在芯模轴上，并且套环的小直径端嵌入夹板与芯模主体的芯模轴之间，与芯模主体的曲母线形端与芯模轴之间的安装面贴合。夹板的小端面与芯模主体曲母线端安装面的外侧贴合，并且夹板外圆的弧形面与芯模主体的曲母线形端的表面光滑连接。夹板的大端面与套环外圆周表面台阶形成的端面贴合。本发明轻松、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，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后移脱模方法

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后移脱模方法。

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。该芯模由芯模头部、夹板和芯模尾部三部分组成。其中的夹板为带定位凸台的中空旋转体，芯模尾部则为三级阶梯轴状。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，需要将芯模头部和夹板整体取下，然后再将主动夹块和被动夹块一块块取出，最后再将芯模头部取出，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卸模工作，而在旋压下一工件之前，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部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后移脱模方法。

本发明包括芯模主体、夹板和套环，夹板和套环的中心孔为安装定位孔。其中：

芯模主体的曲母线端和夹板的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形，并且夹板和套环的中心孔的轴线重合。夹板安装在由芯模主体的曲母线端的大端面形成的安装面的外侧，并且夹板外圆的弧形面与芯模主体的曲母线形端的外圆周表面光滑连接。夹板的大端面与套环外圆周表面台阶形成的端面贴合。套环套装在芯模轴上，并且套环的小直径端嵌入夹板与芯模主体的芯模轴之间，与芯模主体的曲母线形端与芯模轴之间的安装面贴合。

芯模主体的曲母线端的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，芯模主体的曲母线端的轴向长度为工件非筋部的轴向长度与夹板轴向长度之差。芯模轴的直径与套环的内径相同，并且芯模轴的直径为工件内表面最大直径的1/2～2/3，芯模轴的长度为套环轴向长度的2倍～2.5倍。在芯模轴的圆柱面上具有对称分布的两个螺纹孔，用于与套环的连接。

夹板固定安装在曲母线端的安装面外侧。夹板的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得该夹板与芯模主体的曲母线端上的安装面贴合端的外径小于夹板与套环贴合端的外径。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。

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。所述的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。

套环的外圆周表面为阶梯状，其小直径端的外径与夹板的内径相同，小直径端的轴向长度与夹板的轴向长度相同；套环的大直径端直径与工件内表面的最大直径相同，其轴向长度与工件筋部的轴向长度和2倍工件轴向加工余量之和相同；套环通过大直径端的外壁上对称分布的两个内径向六角螺栓固定安装在芯模轴上；套环的小直径端与大直径端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；当套环与夹板配合后，所述的凹台阶形成了芯模凹槽。

在组成套环的第一半环套和第二半环套的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环。

通过公式确定套环小直径端的外半径和内半径的差值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为套环小直径端的外半径和内半径的差值，Δr_min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。

芯模主体的芯模轴的直径与套环的内径相同，芯模主体的曲母线端的大端面为夹板的安装面；芯模主体的芯模轴与套环的内孔配合；套环的小直径端的外径与夹板的内径相同，用于和夹板的内孔配合；芯模主体的另一端与旋压机主轴连接的卡盘端，在该连接卡盘的端面有用于安装旋压机主轴的凹槽；芯模主体的曲母线端的小端端面中心有用于吊装芯模的孔。

夹板的内径与套环的小直径端的外径相同；夹板小端面的直径略小于芯模凹槽的直径；在组成夹板的各夹块上分别开有将夹板和芯模主体固连的螺纹通孔。

套环是由两个圆心角为180度的第一半环套和第二半环套组成的中空圆形构件，并且第一半环套和第二半环套的结构形状相同。

组成夹板的各夹块的端面上均有与芯模主体的曲母线端相连接所用的沉头通孔。

在套环大直径端的外壁上对称的分布有两个径向螺栓安装孔，该安装孔的分别位于第一半环套和第二半环套上，用于将套环与芯模轴固连；在第一半环套和第二半环套的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环。

一种用于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，卸除第一半环套和第二半环套外壁的径向螺栓；

第二步，从套环大直径端端面的螺纹孔内装入螺栓并不断拧紧，使套环沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，直至套环的小直径端完全露出工件为止；

第三步，沿径向向外移动并取出第一半环套和第二半环套；

第四步，卸除连接芯模主体和主动夹块的内六角螺栓；

第五步，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；

第六步，卸除连接芯模主体和第一被动夹块、第二被动夹块和第三被动夹块的内六角螺栓；

第七步，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；

第八步，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；

第九步，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；

第十步，松开旋压机尾顶，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

本发明的有益效果是：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，并通过芯模轴和分瓣阶梯套环结构预留卸模空间，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用芯模的结构示意图；

图3是芯模主体的主视图；

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是主动夹块沿芯模径向向内移动的示意图，其中中部剖面线所示为芯模轴；

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轴。

图9是套环的组合分瓣示意图。其中：

1.工件筋部  2.工件非筋部  3.芯模主体  4.夹板  5.套环  6.芯模凹槽  7.曲母线端8.芯模轴  9.卡盘端  10.安装面  11.主动夹块  12.第一被动夹块13.第二被动夹块  14.第三被动夹块  15.第一半环套  16.第二半环套

具体实施方式

实施例一

本实施案例是某航天器用口部带横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后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。

本实例的旋压芯模包括芯模主体3、夹板4和套环5，其中，芯模凹槽6位于套环5上，且该芯模凹槽6的直径为263.5mm。芯模主体3、夹板4和套环5均为回转体，且夹板4和套环5为中空壳体。夹板4和套环5的中心孔为安装定位孔。

芯模主体3一端的外圆周表面为与成形工件内表面相同的曲母线形，因此称该部分为曲母线端7，并且曲母线端7的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，并且在该端端面中心有用于吊装芯模的螺纹孔。芯模主体3的另一端为卡盘端9，在所述的卡盘端9的端面有圆形凹槽，该凹槽的内径与旋压机主轴的外径相同；在连接卡盘的端面上，环圆形凹槽分布有螺纹连接孔，用于将芯模主体3与旋压机主轴连接。所述的芯模主体3的曲母线端7与卡盘端9之间为与套环5的内孔相配合的芯模轴8，该芯模轴8的直径为134.3mm，为工件内表面最大直径的1/2，该芯模轴8的长度为套环5轴向长度的2.5倍。芯模主体3的曲母线端7与芯模轴8之间的阶梯面垂直于旋压芯模的轴线，形成了夹板4和套环5的安装面10。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面10的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模主体3的曲母线形表面光滑连接。套环5套装在芯模轴8上，并且套环5的一端嵌入夹板4与芯模轴8之间，与夹板4的大端面贴合，并通过螺栓固定在芯模轴8上。

夹板4是由主动夹块11、第一被动夹块12、第二被动夹块13和第三被动夹块14组成的中空圆形构件。夹板4的内径与套环5小直径端的外径相同。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与芯模主体3上的安装面10贴合端的外径小于夹板4与套环5端面贴合端的外径。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，套环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11的外形为梯形，并且所述的主动夹块11的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块11下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块11上底的弧形边所对应的圆心角为20度，主动夹块11上底的弧形边的弦长为46.6mm，主动夹块11下底的弧形边的弦长为50.6mm，满足主动夹块11的下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的弦长的要求。所述的第三被动夹块14的外形为扇形，并且其圆心角为120度；第一被动夹块12和第二被动夹块13是相同的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块11和第三被动夹块14后的剩余部分一分为二而成，且对称安装在主动夹块11的两侧。各夹块的端面上均有与曲母线端7的大端相连接所用的沉头通孔。

套环5是由两个圆心角为180度的第一半环套15和第二半环套16组成的中空圆形构件，并且第一半环套15和第二半环套16的结构形状相同。套环5的内径与芯模轴8的直径相同。套环5的外圆周表面为阶梯状，其小直径端的外径与夹板4的内径相同，小直径端的轴向长度与夹板4的轴向长度相同，为50mm。公式(1)为套环5小直径端的外半径和内半径的差值。公式(2)为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量。采用公式(2)计算得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，套环5小直径端的内半径和外半径分别为67.1mm和87.3mm，其差值为20.2mm。套环5小直径端的外半径和内半径的差值满足公式(1)，可以保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。套环5的大直径端的外径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm，套环5的大直径端的轴向长度与工件筋部1的轴向长度和2倍工件轴向加工余量之和相同，为75mm。在套环5大直径端的外壁上对称地分布有两个内六角螺栓的径向安装孔，该安装孔分别位于第一半环套15和第二半环套16上；通过所述的安装孔，将内六角螺栓穿过套环5，装入芯模轴8圆周上的孔内，将套环5与芯模轴8固连。在套环5小直径端与大直径端之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度和与工件筋部1的轴向长度相同，为15mm，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同，为2.5mm。当套环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。在第一半环套15和第二半环套16的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环5。

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为套环5小直径端的外半径和内半径的差值，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。

实施例二

本实施案例是某航天器用口部带横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后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27.5mm。

本实例的旋压芯模包括芯模主体3、夹板4和套环5，其中，芯模凹槽6位于套环5上，且该芯模凹槽6的直径为263.5mm。芯模主体3、夹板4和套环5均为回转体，且夹板4和套环5为中空壳体。夹板4和套环5的中心孔为安装定位孔。

芯模主体3一端的外圆周表面为与成形工件内表面相同的曲母线形，因此称该部分为曲母线端7，并且曲母线端7的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，并且在该端端面中心有用于吊装芯模的螺纹孔。芯模主体3的另一端为卡盘端9，在所述的卡盘端9的端面有圆形凹槽，该凹槽的内径与旋压机主轴的外径相同；在连接卡盘的端面上，环圆形凹槽分布有螺纹连接孔，用于将芯模主体3与旋压机主轴连接。所述的芯模主体3的曲母线端7与卡盘端9之间为与套环5的内孔相配合的芯模轴8，该芯模轴8的直径为160.1mm，为工件内表面最大直径的3/5，该芯模轴8的长度为套环5轴向长度的2.2倍。芯模主体3的曲母线端7与芯模轴8之间的阶梯面垂直于旋压芯模的轴线，形成了夹板4和套环5的安装面10。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面10的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模主体3的曲母线形表面光滑连接。套环5套装在芯模轴8上，并且套环5的一端嵌入夹板4与芯模轴8之间，与夹板4的大端面贴合，并通过螺栓固定在芯模轴8上。

夹板4是由主动夹块11、第一被动夹块12、第二被动夹块13和第三被动夹块14组成的中空圆形构件。夹板4的内径与套环5小直径端的外径相同。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与芯模主体3上的安装面10贴合端的外径小于夹板4与套环5端面贴合端的外径。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小端面的直径为130.8mm，夹板4的轴向长度为55.6mm，套环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11的外形为梯形，并且所述的主动夹块11的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块11下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块11上底的弧形边所对应的圆心角为35度，主动夹块11上底的弧形边的弦长为80.7mm，主动夹块11下底的弧形边的弦长为87.7mm，满足主动夹块11的下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的弦长的要求。所述的第三被动夹块14的外形为扇形，并且其圆心角为120度；第一被动夹块12和第二被动夹块13是相同的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块11和第三被动夹块14后的剩余部分一分为二而成，且对称安装在主动夹块11的两侧。各夹块的端面上均有与曲母线端7的大端相连接所用的沉头通孔。

套环5是由两个圆心角为180度的第一半环套15和第二半环套16组成的中空圆形构件，并且第一半环套15和第二半环套16的结构形状相同。套环5的内径与芯模轴8的直径相同。套环5的外圆周表面为阶梯状，其小直径端的外径与夹板4的内径相同，小直径端的轴向长度与夹板4的轴向长度相同，为55.6mm。公式(1)为套环5小直径端的外半径和内半径的差值。公式(2)为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量。采用公式(2)计算得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，套环5小直径端的内半径和外半径分别为80.6mm和90.8mm，其差值为10.2mm。套环5小直径端的外半径和内半径的差值满足公式(1)，可以保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。套环5的大直径端的外径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm，套环5的大直径端的轴向长度与工件筋部1的轴向长度和2倍工件轴向加工余量之和相同，为70mm。在套环5大直径端的外壁上对称地分布有两个内六角螺栓的径向安装孔，该安装孔分别位于第一半环套15和第二半环套16上；通过所述的安装孔，将内六角螺栓穿过套环5，装入芯模轴8圆周上的孔内，将套环5与芯模轴8固连。在套环5小直径端与大直径端之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度和与工件筋部1的轴向长度相同，为15mm，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同，为2.5mm。当套环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。在第一半环套15和第二半环套16的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环5。

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为套环5小直径端的外半径和内半径的差值，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。

实施例三

本实施案例是某航天器用口部带横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后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25mm。

本实例的旋压芯模包括芯模主体3、夹板4和套环5，其中，芯模凹槽6位于套环5上，且该芯模凹槽6的直径为263.5mm。芯模主体3、夹板4和套环5均为回转体，且夹板4和套环5为中空壳体。夹板4和套环5的中心孔为安装定位孔。

芯模主体3一端的外圆周表面为与成形工件内表面相同的曲母线形，因此称该部分为曲母线端7，并且曲母线端7的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，并且在该端端面中心有用于吊装芯模的螺纹孔。芯模主体3的另一端为卡盘端9，在所述的卡盘端9的端面有圆形凹槽，该凹槽的内径与旋压机主轴的外径相同；在连接卡盘的端面上，环圆形凹槽分布有螺纹连接孔，用于将芯模主体3与旋压机主轴连接。所述的芯模主体3的曲母线端7与卡盘端9之间为与套环5的内孔相配合的芯模轴8，该芯模轴8的直径为179.0mm，为工件内表面最大直径的2/3，该芯模轴8的长度为套环5轴向长度的2倍。芯模主体3的曲母线端7与芯模轴8之间的阶梯面垂直于旋压芯模的轴线，形成了夹板4和套环5的安装面10。夹板4通过内六角螺栓固定安装在所述的安装面10的外侧，并且夹板4外圆的弧形面与芯模主体3的曲母线形表面光滑连接。套环5套装在芯模轴8上，并且套环5的一端嵌入夹板4与芯模轴8之间，与夹板4的大端面贴合，并通过螺栓固定在芯模轴8上。

夹板4是由主动夹块11、第一被动夹块12、第二被动夹块13和第三被动夹块14组成的中空圆形构件。夹板4的内径与套环5小直径端的外径相同。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与芯模主体3上的安装面10贴合端的外径小于夹板4与套环5端面贴合端的外径。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，套环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11的外形为梯形，并且所述的主动夹块11的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块11下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的的弦长。在本实施例中，主动夹块11上底的弧形边所对应的圆心角为50度，主动夹块11上底的弧形边的弦长为113.5mm，主动夹块11下底的弧形边的弦长为120.5mm，满足主动夹块11的下底弧形的弦长须略大于主动夹块11上底弧形的弦长的要求。所述的第三被动夹块14的外形为扇形，并且其圆心角为120度；第一被动夹块12和第二被动夹块13是相同的两个夹块，是将夹板4去除主动夹块11和第三被动夹块14后的剩余部分一分为二而成，且对称安装在主动夹块11的两侧。各夹块的端面上均有与曲母线端7的大端相连接所用的沉头通孔。

套环5是由两个圆心角为180度的第一半环套15和第二半环套16组成的中空圆形构件，并且第一半环套15和第二半环套16的结构形状相同。套环5的内径与芯模轴8的直径相同。套环5的外圆周表面为阶梯状，其小直径端的外径与夹板4的内径相同，小直径端的轴向长度与夹板4的轴向长度相同，为60.9mm。公式(1)为套环5小直径端的外半径和内半径的差值。公式(2)为夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量。采用公式(2)计算得到夹板4退出工件筋部1所需的最小内移量Δr_min＝5.2mm，套环5小直径端的内半径和外半径分别为89.5mm和104.7mm，其差值为15.2mm。套环5小直径端的外半径和内半径的差值满足公式(1)，可以保证组成夹板4的四个夹块能够沿芯模周向、径向和轴向移动并取出。套环5的大直径端的外径与工件内表面的最大直径相同，为268.5mm，套环5的大直径端的轴向长度与工件筋部1的轴向长度和2倍工件轴向加工余量之和相同，为75mm。在套环5大直径端的外壁上对称地分布有两个内六角螺栓的径向安装孔，该安装孔分别位于第一半环套15和第二半环套16上；通过所述的安装孔，将内六角螺栓穿过套环5，装入芯模轴8圆周上的孔内，将套环5与芯模轴8固连。在套环5小直径端与大直径端之间的台阶形成的端面外缘处有一凹台阶，该台阶的轴向长度和与工件筋部1的轴向长度相同，为15mm，该台阶的高度与工件筋部1的筋部高度的最小值相同，为2.5mm。当套环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。在第一半环套15和第二半环套16的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环5。

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为套环5小直径端的外半径和内半径的差值，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。

实施例四

本实施例是一种上述旋压芯模的脱模方法。

成形过程结束后，工件筋部1被卡在芯模凹槽6中，使用本实例时，工件脱模的具体步骤如下：

第一步，卸除第一半环套15和第二半环套16大直径端外壁的径向螺栓；

第二步，从套环5大直径端的端面螺纹孔内装入螺栓并不断拧紧，使套环5沿芯模轴向向旋压机主轴方向移动，直至套环5的小直径端完全露出工件为止；

第三步，沿径向向外移动并取出第一半环套15和第二半环套16；

第四步，卸除连接芯模主体3和主动夹块11的内六角螺栓；

第五步，将主动夹块11先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该主动夹块11沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将主动夹块11取出；

第六步，卸除连接芯模主体3和第一被动夹块12、第二被动夹块13和第三被动夹块14的内六角螺栓；

第七步，转动第一被动夹块12；将第一被动夹块12先沿旋压芯模径向向内平移，使其脱离工件筋部1，再将该第一被动夹块12沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第一被动夹块12取出；

第八步，转动第二被动夹块13；将第二被动夹块13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13沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第二被动夹块13取出；

第九步，转动第三被动夹块14；将第三被动夹块14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14沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，将第三被动夹块14取出；

第十步，松开旋压机尾顶，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

Claims (7)

1.一种用于带横向内筋件的旋压芯模，包括芯模主体(3)、夹板(4)和套环(5)，夹板(4)和套环(5)的中心孔为安装定位孔；其特征在于，

a.芯模主体(3)的曲母线端(7)和夹板(4)的外形为与成形工件内形相配合的曲母线形，并且夹板(4)和套环(5)的中心孔的轴线重合；夹板(4)安装在由芯模主体(3)的曲母线端(7)的大端面形成的安装面(10)外侧，并且夹板(4)外圆的弧形面与芯模主体(3)的曲母线形端(7)的外圆周表面光滑连接；夹板(4)的大端面与套环(5)外圆周表面台阶形成的端面贴合；套环(5)套装在芯模轴(8)上，并且套环(5)的小直径端嵌入夹板(4)与芯模主体(3)的芯模轴(8)之间，与芯模主体(3)的曲母线形端(7)与芯模轴(8)之间的安装面(10)贴合；

b.芯模主体(3)的曲母线端(7)的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，芯模主体(3)的曲母线端(7)的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；芯模轴(8)的直径与套环(5)的内径相同，并且芯模轴(8)的直径为工件内表面最大直径的1/2～2/3，芯模轴(8)的长度为套环(5)轴向长度的2倍～2.5倍；在芯模轴(8)的圆柱面上具有对称分布的两个螺纹孔，用于与套环(5)的连接；

c.夹板(4)的外形为与成形工件内表面相同的曲母线形，使得该夹板(4)与芯模主体(3)的曲母线端(7)上的安装面(10)贴合端的外径小于夹板(4)与套环(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.夹板(4)是由主动夹块(11)、第一被动夹块(12)、第二被动夹块(13)和第三被动夹块(14)组成的中空圆形构件；所述的主动夹块(11)的外形为梯形，并且所述的主动夹块(11)的上底和下底的表面均为弧形；主动夹块(11)下底弧形的弦长须略大于主动夹块(11)上底弧形的弦长；主动夹块(11)上底的弧形边所对应的圆心角为20～50度；第三被动夹块(14)的外形为扇形，其圆心角为120度；第一被动夹块(12)和第二被动夹块(13)是对称的两个夹块，是将夹板(4)去除主动夹块(11)和第三被动夹块(14)后的剩余部分一分为二而成；

e.套环(5)的外圆周表面为阶梯状，其小直径端的外径与夹板(4)的内径相同，小直径端的轴向长度与夹板(4)的轴向长度相同；套环(5)的大直径端直径与工件内表面的最大直径相同，其轴向长度与工件筋部(1)的轴向长度和2倍工件轴向加工余量之和相同；套环(5)通过大直径端的外壁上对称分布的两个内径向六角螺栓固定安装在芯模轴(8)上；套环(5)的小直径端与大直径端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；当套环(5)与夹板(4)配合后，所述的凹台阶形成了芯模凹槽(6)；

f.在组成套环(5)的第一半环套(15)和第二半环套(16)的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环(5)；m.通过公式(1)确定套环(5)小直径端的外半径和内半径的差值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为套环(5)小直径端的外半径和内半径的差值，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，芯模主体(3)的芯模轴(8)的直径与套环(5)的内径相同；芯模主体(3)的芯模轴(8)与套环(5)的内孔配合；套环(5)的小直径端的外径与夹板(4)的内径相同，用于和夹板(4)的内孔配合；芯模主体(3)的另一端与旋压机主轴连接的卡盘端(9)，在该连接卡盘的端面有用于安装旋压机主轴的凹槽；芯模主体(3)的曲母线端(7)的小端端面中心有用于吊装芯模的孔；

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)的内径与套环(5)的小直径端的外径相同；夹板(4)小端面的直径略小于芯模凹槽(6)的直径；在组成夹板(4)的各夹块上分别开有将夹板(4)和芯模主体(3)固连的螺纹通孔。

4.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，套环(5)是由两个圆心角为180度的第一半环套(15)和第二半环套(16)组成的中空圆形构件，并且第一半环套(15)和第二半环套(16)的结构形状相同。

5.如权利要求3所述一种用于带横向内筋件的旋压芯模，其特征在于，组成夹板(4)的各夹块的端面上均有与芯模主体(3)的曲母线端(7)相连接所用的沉头通孔。

6.如权利要求4所述一种用于带横向内筋件的旋压芯模，其特征在于，在套环(5)大直径端的外壁上对称的分布有两个径向螺栓安装孔，该安装孔的分别位于第一半环套(15)和第二半环套(16)上，用于将套环(5)与芯模轴(8)固连；在第一半环套(15)和第二半环套(16)的大直径端的端面，分别有一轴向沉头螺纹孔，将螺栓装入该沉头螺纹孔内，用于卸除套环(5)。

7.一种用于权利要求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，卸除第一半环套和第二半环套外壁的径向螺栓；

第二步，从套环大直径端端面的螺纹孔内装入螺栓并不断拧紧，使套环沿旋压芯模轴向向旋压机主轴方向移动，直至套环的小直径端完全露出工件为止；

第三步，沿径向向外移动并取出第一半环套和第二半环套；

第四步，卸除连接芯模主体和主动夹块的内六角螺栓；

第五步，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；

第六步，卸除连接芯模主体和第一被动夹块、第二被动夹块和第三被动夹块的内六角螺栓；

第七步，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；

第八步，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；

第九步，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；

第十步，松开旋压机尾顶，沿旋压芯模的轴向将工件取出。

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