CN103264263A - 错距旋压筒形件的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种错距旋压筒形件的工艺方法，将三个旋轮初始设置于同一水平面，采用三个旋轮同步径向进刀、同步下移并同时与旋压坯料顶端接触，在三个旋轮接触到旋压坯料顶端且工艺状态稳定后，三个旋轮再依次按相同的轴向错距量逐渐错开直到设定的距离，旋轮在轴向运动的同时径向进给，且压下量逐渐增加直到设定值，最后进行错距旋压成形。本发明的工艺方法可以使芯模始终承受三个旋轮的旋压力，从而避免芯模受力不平衡，产生弯矩影响成形；进而，在有效提高生产效率的同时，减小主轴承受的弯矩，保证主轴精度不变，延长主轴使用寿命，提高零件壁厚精度。
Description
技术领域
本发明是关于一种薄壁筒形件的旋压加工工艺，尤其涉及一种同步进刀、错距旋压筒形件的工艺方法。
背景技术
大型薄壁筒形件在工业生产特别是在航空航天等领域有着广泛的应用，如大型导弹发动机壳体、大型运载火箭、洲际导弹直筒段、大型航空发动机机匣类零件。随着大型旋压产品的需求，对加工大型薄壁筒形件工艺的研究越来越迫切，此类零件具有直径大、壁薄的特点，一般机械切削方法已无法加工，而采用强力旋压是加工这类零件的一种有效方法，旋压加工具有成形精度高、综合性能好、材料利用率高等优势。
在大型薄壁筒形件旋压加工中，最早一般采用的方法是三旋轮同平面强力旋压加工工艺，但是，这种旋压方式难以保证零件的尺寸精度，而且旋压道次多(每次旋压后需要一次中间退火)，因此，生产效率较低。为此，人们提出采用错距旋压工艺来旋制筒形件；所述错距旋压是指将两个以上旋轮相互间错开一定距离而旋压成形零件的一种方法，它结合了锻造、拉拔、挤压、滚压和轧制等多种工艺特点，是一种少无切削加工的工艺；大型薄壁筒形件错距旋压一般采用三个旋轮旋压，三旋轮中心轴线按120°均布在工件的圆周上，三个旋轮不在同一个水平面上，且同时在轴向和径向均错开一定的距离，这样就把一道工序的压下量分配给三个旋轮分别承担，可以在一道工序中完成原来旋压需要几道工序完成的工作，大幅提高了生产效率。
然而，采用三旋轮错距旋压，必须保证各个旋轮径向力基本一致，否则芯模在旋压力作用下会产生较大的弯矩，造成工件壁厚差增大、主轴精度和寿命降低；因为在旋压过程中，芯模相当于一个悬臂梁，距固定端愈远，其刚性越小，产生挠度愈大，会引起旋压件壁厚沿轴向变化。可是，现有这种错距旋压工艺是错距进刀，即：在与旋压坯料顶端接触之前，三个旋轮已经呈轴向和径向均错开一定距离的状态，且三个旋轮已经分别位于各自的径向压下量(径向进刀量)位置；当第一个旋轮与旋压坯料顶端接触时，第二个旋轮和第三个旋轮还位于旋压坯料上方，未与旋压坯料接触；当第二个旋轮与旋压坯料顶端接触时，第三个旋轮还位于旋压坯料上方，未与旋压坯料接触；如此，三个旋轮是分别先后顺序地与旋压坯料顶端接触的。在这种错距进刀过程中，径向旋压力可达到500～700kN，这个力对机床主轴产生了巨大的弯矩，在多次旋压后，精度便难于达到要求，工件易出现壁厚超差，机床主轴精度会大大降低，机床轴承寿命大大缩短。对于大型旋压机，主轴箱体结构复杂，其外轮廓为正六棱体箱型结构，尺寸大(3630mm×4192mm×2510mm)，壁厚不均匀，总重量达90吨以上，且主轴轴承为国外订购，结构庞大，精度高，成本在10万欧元以上，因此，更换、维修主轴和主轴轴承的工作量和维修成本都很高。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种错距旋压筒形件的工艺方法，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种错距旋压筒形件的工艺方法，针对现有错距旋压筒形件工艺存在的缺陷，采用同步进刀、错距旋压的方式成形大型薄壁筒形件，在有效提高生产效率的同时，减小主轴承受的弯矩，从而保证主轴精度不变，延长主轴使用寿命，提高零件壁厚精度。
本发明的目的是这样实现的，一种错距旋压筒形件的工艺方法，所述工艺方法的流程中包括有错距旋压步骤；所述错距旋压步骤包括如下具体操作：
(1)将多个旋轮设置于旋压坯料顶端上方的同一水平面内，各旋轮轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料外圆周呈均匀分布；各旋轮同步径向进刀，压下量均相同且达到第一旋轮的压下量设定值；
(2)各旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料的顶端并由主轴带动旋转；
(3)第一旋轮向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第二旋轮的压下量设定值；
(4)第一旋轮和第二旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第三旋轮的压下量设定值；
(5)第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第四旋轮的压下量设定值；……如此类推，直到最后一个旋轮达到其压下量设定值并仍与旋压坯料顶端接触；
(6)多个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
在本发明的一较佳实施方式中，所述工艺方法的流程为：制坯-错距旋压-中间退火-错距旋压-去应力退火-切边。
在本发明的一较佳实施方式中，所述旋轮的数量为三个；该三旋轮错距旋压具体操作如下：
(1)将三个旋轮设置于旋压坯料顶端上方的同一水平面内，三个旋轮轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料外圆周呈120°均匀分布；所述三个旋轮顺序定义为第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮；三个旋轮同步径向进刀，压下量均相同且达到第一旋轮的压下量设定值；
(2)三个旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料的顶端并由主轴带动旋转；
(3)第一旋轮向下移动至设定的轴向错距量；第二旋轮和第三旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第二旋轮的压下量设定值；
(4)第一旋轮和第二旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；第三旋轮径向进刀，压下量达到其压下量设定值；
(5)三个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
在本发明的一较佳实施方式中，所述错距旋压为反向旋压。
在本发明的一较佳实施方式中，所述同一水平面距离旋压坯料顶端为5～6mm。
由上所述，在本发明错距旋压筒形件的工艺方法中，由于采用了三个旋轮初始位于同一水平面、同步径向进刀、同步下移并同时与旋压坯料顶端接触，在三个旋轮接触到旋压坯料顶端且工艺状态稳定后，三个旋轮再依次按相同的轴向错距量逐渐错开直到设定的距离，旋轮在轴向运动的同时径向进给，且压下量逐渐增加直到设定值，最后进行错距旋压成形。如此的工艺方法可以使芯模始终承受三个旋轮的旋压力，从而避免芯模受力不平衡，产生弯矩影响成形；进而，在有效提高生产效率的同时，减小主轴承受的弯矩，保证主轴精度不变，延长主轴使用寿命，提高零件壁厚精度。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明错距旋压筒形件的工艺方法流程框图。
图2A～图2E：为本发明工艺方法中同步进刀、错距旋压薄壁筒形件的具体操作流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提出一种错距旋压筒形件的工艺方法，在本实施方式中，如图1所示，所述工艺方法的流程为：制坯-错距旋压-中间退火-错距旋压-去应力退火-切边。除错距旋压之外，其他工序与现有技术基本相同；其中，所述错距旋压步骤包括如下具体操作：
(1)将多个旋轮设置于旋压坯料顶端上方的同一水平面内，各旋轮轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料外圆周呈均匀分布；各旋轮同步径向进刀，压下量均相同且达到第一旋轮的压下量设定值；
(2)各旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料的顶端并由主轴带动旋转；
(3)第一旋轮向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第二旋轮的压下量设定值；
(4)第一旋轮和第二旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第三旋轮的压下量设定值；
(5)第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第四旋轮的压下量设定值；……如此类推，直到最后一个旋轮达到其压下量设定值并仍与旋压坯料顶端接触；
(6)多个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
进一步，在本实施例中，所述旋轮的数量为三个；如图2A～图2E所示，该三旋轮错距旋压的具体操作方式如下：
首先，将旋轮a、旋轮b和旋轮c设置于旋压坯料1顶端上方的同一水平面内，该水平面距离旋压坯料1顶端有一定距离，较佳地为5～6mm；三个旋轮a、b、c的轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料1外圆周呈120°均匀分布(如图2A所示)；所述旋轮a、旋轮b和旋轮c顺序定义为第一旋轮a、第二旋轮b和第三旋轮c；三个旋轮同步径向进刀，径向压下量均相同且达到第一旋轮a的径向压下量设定值ka；
然后，三个旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料1的顶端并由主轴带动旋转(如图2B所示)；
接着，如图2C所示，第一旋轮a向下移动至设定的轴向错距量m；第二旋轮b和第三旋轮c径向进刀，径向压下量均为kb且达到第二旋轮b的压下量设定值ka+kb(即旋轮b相对于旋轮a径向多压下kb)；
随后，如图2D所示，第一旋轮a和第二旋轮b再同步向下移动至设定的轴向错距量m(即：旋轮a与旋轮b轴向距离为m，旋轮a与旋轮c轴向距离为2m)；第三旋轮c再径向进刀，径向压下量为kc，使其总的径向压下量达到其压下量设定值ka+kb+kc(即旋轮c相对于旋轮b径向多压下kc)；
最后，如图2E所示，三个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
由上所述，在本发明错距旋压筒形件的工艺方法中，由于采用了三个旋轮初始位于同一水平面、同步径向进刀、同步下移并同时与旋压坯料顶端接触，在三个旋轮接触到旋压坯料顶端且工艺状态稳定后，三个旋轮再依次按相同的轴向错距量逐渐错开直到设定的距离，旋轮在轴向运动的同时径向进给，且压下量逐渐增加直到设定值，最后进行错距旋压成形。如此的工艺方法可以使芯模始终承受三个旋轮的旋压力，从而避免芯模受力不平衡，产生弯矩影响成形；进而，在有效提高生产效率的同时，减小主轴承受的弯矩，保证主轴精度不变，延长主轴使用寿命，提高零件壁厚精度。
进一步，在本实施方式中，旋压工艺参数由零件厚度、零件材料及状态等确定；所述错距旋压为反向旋压。
采用本发明这种同步进刀、错距旋压薄壁筒形件的工艺方法具有一系列的优点，可以概括如下：
(1)保证主轴精度不变，延长主轴使用寿命，降低设备维修成本；
(2)由于模具只受轴向力不承受弯矩，因此模具寿命大大提高；
(3)减少机床承担的径向负荷，延长旋压机寿命；
(4)提高工件的整体尺寸精度、减少切边量、节省材料。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种错距旋压筒形件的工艺方法，所述工艺方法的流程中包括有错距旋压步骤；所述错距旋压步骤包括如下具体操作：
(1)将多个旋轮设置于旋压坯料顶端上方的同一水平面内，各旋轮轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料外圆周呈均匀分布；各旋轮同步径向进刀，压下量均相同且达到第一旋轮的压下量设定值；
(2)各旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料的顶端并由主轴带动旋转；
(3)第一旋轮向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第二旋轮的压下量设定值；
(4)第一旋轮和第二旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第三旋轮的压下量设定值；
(5)第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；其他旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第四旋轮的压下量设定值；……如此类推，直到最后一个旋轮达到其压下量设定值并仍与旋压坯料顶端接触；
(6)多个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
2.如权利要求1所述的错距旋压筒形件的工艺方法，其特征在于：所述工艺方法的流程为：制坯-错距旋压-中间退火-错距旋压-去应力退火-切边。
3.如权利要求1所述的错距旋压筒形件的工艺方法，其特征在于：所述旋轮的数量为三个；该三旋轮错距旋压具体操作如下：
(1)将三个旋轮设置于旋压坯料顶端上方的同一水平面内，三个旋轮轴线与所述水平面垂直且围绕旋压坯料外圆周呈120°均匀分布；所述三个旋轮顺序定义为第一旋轮、第二旋轮和第三旋轮；三个旋轮同步径向进刀，压下量均相同且达到第一旋轮的压下量设定值；
(2)三个旋轮同步向下移动直至同时接触旋压坯料的顶端并由主轴带动旋转；
(3)第一旋轮向下移动至设定的轴向错距量；第二旋轮和第三旋轮径向进刀，压下量均相同且达到第二旋轮的压下量设定值；
(4)第一旋轮和第二旋轮同步向下移动至设定的轴向错距量；第三旋轮径向进刀，压下量达到其压下量设定值；
(5)三个旋轮同步向下移动，并在旋压过程中保持相对轴向和径向距离不变，错距旋压成形筒形件。
4.如权利要求3所述的错距旋压筒形件的工艺方法，其特征在于：所述错距旋压为反向旋压。
5.如权利要求3所述的错距旋压筒形件的工艺方法，其特征在于：所述同一水平面距离旋压坯料顶端为5～6mm。
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