CN103464559A - 一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，圆形板料固定于上芯模和下芯模之间，上芯模和下芯模带动板料做轴向旋转；在圆形板料的上方设置有上旋轮；在圆形板料的径向边缘设置有增厚旋轮；增厚旋轮的外周面设置有向内的凹槽，凹槽的断面为梯形，梯形断面的开角为θ；圆形板料需要经过多道次工序的加工，最后一个道次工序定为第n道次工序；每一道次工序的增厚率λ的取值范围为：1.2≤λ≤1.4。在最后一个道次工序中，在圆形板料的下方设置下旋轮。本发明的一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，具有可确保加工成形的盘类零件没有飞边、并能成形极小圆角、成形精度高、无需后期机加工等优点。

Description

一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法

技术领域

本发明涉及一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法。

背景技术

盘类零件主要起传动、连接、支承、密封等作用，如手轮、法兰盘、各种端盖等。对于薄底厚外缘的一些回转体盘类零件（通常其外缘的厚度为板厚的2-5倍），传统的加工工艺为拼焊成形、铸造成形以及锻造机加工。拼焊工艺的材料利用率及生产效率较低，焊接热影响区性能降低，大大降低了零件的整体力学性能。采用整体铸造的方式，铸造工艺中固有的缺陷如气孔、缩松、裂纹等不易控制，而且铸件的力学性能较塑性成形件要低，效率也较低。锻造机加工成形出的零件尽管力学性能良好，但是材料利用率很低，生产效率不高，大大降低了的经济效益。由于零件加工技术及设计理念方面的欠缺，这种外缘较厚的盘类零件，大多依赖于进口。目前国内外有一些采用旋压工艺成形外缘较厚的盘类零件，但成形后坯料外缘上表面容易产生飞边，且无法成形极小圆角，精度无法保证，往往最后还需要增加一道机加工工序。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，以提高盘类零件的加工精度和表面质量。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，所述盘类零件的加工原料为圆形板料，所述圆形板料的厚度为t0；所述圆形板料固定于上芯模和下芯模之间，且上芯模和下芯模带动板料做轴向旋转；在所述圆形板料的上方设置有上旋轮，所述上旋轮由圆形板料带动做被动旋转；在所述圆形板料的径向边缘设置有增厚旋轮；所述增厚旋轮的外周面设置有向内的凹槽，所述凹槽的断面为梯形，所述梯形断面的开角为θ；所述圆形板料需要经过多道次工序的加工，最后一个道次工序定为第n道次工序，第n道次工序的增厚旋轮的槽底的的宽度为tn，其中n为自然数，tn即最终成形的盘类零件的厚度；

每一道次工序的增厚率λ的取值范围为：1.2≤λ≤1.4，则旋压总道次数n、增厚率λ、圆形板料厚度t0和最终成形的盘类零件的厚度tn的关系为：n=log_λ ^tn/t0；

在最后一个道次工序中，在圆形板料的下方设置下旋轮，所述上旋轮和所述下旋轮之间的间距Z=tn。

本发明的一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法的特点也在于：

所述上芯模和下芯模的转速为250rpm。

在每一道次工序中，增厚旋轮的进给速度为0.2mm/s。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明公开了一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，根据零件外缘的厚度和增厚率λ制定出旋压次数n，上芯模1及下芯模3带动圆形板料2轴向旋转，n个增厚旋轮依次径向进给。在增厚过程中，增加上旋轮5来保证每道次旋压增厚后板料外缘上表面始终保持平整，并可以避免飞边的产生。在最后一道次旋压增厚工序中增加下旋轮6，起到整平坯料外缘下端面的作用，上旋轮5与下旋轮6之间的间隙Z为零件外缘所要求的厚度。由于没有飞边产生，就不需要再进行后期的机加工修理飞边，简化了盘类零件的加工工艺。每道次增厚旋轮4轮槽的截面形状为梯形，轮槽设计出开角θ，以保证旋压增厚过程的稳定性。采用本发明生产外缘较厚的盘类零件，零件外缘的上下端面平整，可以成形出极小圆角，成形精度高，力学性能好，材料利用率高，有着很高的应用价值。

本发明的一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，具有可确保加工成形的盘类零件没有飞边、并能成形极小圆角、成形精度高、无需后期机加工优点。

附图说明

图1是本发明的薄底厚外缘的盘类零件的成形方法的装置的主视图。

图2是本发明的薄底厚外缘的盘类零件的成形方法的装置的俯视图。

图3是本发明的薄底厚外缘的盘类零件的成形方法的增厚旋轮的主视图。

图4是本发明的薄底厚外缘的盘类零件的成形方法的一个实施例中各道次获得的零件平视图。

图1～图4中标号为：1上芯模，2圆形板料，3下芯模，4增厚旋轮，41凹槽，5上旋轮，6下旋轮，7盘类零件，71外缘。

具体实施方式

参见图1～图4，一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，所述盘类零件的加工原料为圆形板料2，所述圆形板料2的厚度为t0；所述圆形板料2固定于上芯模1和下芯模3之间，且上芯模1和下芯模3带动板料做轴向旋转；在所述圆形板料2的上方设置有上旋轮5，所述上旋轮5由圆形板料2带动做被动旋转；在所述圆形板料2的径向边缘设置有增厚旋轮4；所述增厚旋轮4的外周面设置有向内的凹槽41，所述凹槽41的断面为梯形，所述梯形断面的开角为θ；所述圆形板料2需要经过多道次工序的加工，最后一个道次工序定为第n道次工序，第n道次工序的增厚旋轮4的槽底的的宽度为tn，其中n为自然数，tn即最终成形的盘类零件7的厚度；

每一道次工序的增厚率λ的取值范围为：1.2≤λ≤1.4，则旋压总道次数n、增厚率λ、圆形板料2厚度t0和最终成形的盘类零件7的厚度tn的关系为：n=log_λ ^tn/t0；

在最后一个道次工序中，在圆形板料2的下方设置下旋轮6，所述上旋轮5和所述下旋轮6之间的间距Z=tn。

所述上芯模1和下芯模3的转速为250rpm。

在每一道次工序中，增厚旋轮4的进给速度为0.2mm/s。

上芯模1及下芯模3带动圆形板料2绕轴向旋转，上旋轮5紧贴着板料外缘上表面产生被动旋转，n个旋轮沿着圆形板料2的径向依次进给以完成圆形板料2外缘增厚，在最后一道次旋压增厚工序中增加下旋轮6对板料外缘下端面进行整平。上旋轮5与下旋轮6之间的间隙Z和零件外缘所要求的厚度tn相等。由上芯模1和下芯模3带动沿着所述上芯模1和下芯模3的轴向旋转。

根据盘类零件7的外缘71的厚度，每道次的增厚率λ的取值范围为1.2～1.4，旋压总次数n根据公式n=log_λ ^tn/t0计算得出，其中n≧1，tn为圆形板料n道次增厚后外缘的厚度，tn也是第n道次增厚旋轮的轮槽的内高度，t0为圆形板料初始厚度。则，第n道次增厚旋轮的轮槽的内高度tn=t0×λⁿ，n表示第n道次旋压工序。如果增厚率λ>1.4，圆形板料2在增厚过程中产生失稳及折叠缺陷的倾向越大。每道次增厚旋轮4的轮槽截面形状均为梯形，轮槽设计出开角θ，可以防止增厚旋轮4刮伤坯料外缘上端面，同时有助于使坯料外缘的金属向下方流动。由于轮槽具有开角θ，可以减少旋压增厚过程中增厚旋轮4与板料外缘的接触面积，从而保证了旋压增厚过程的稳定性。

由于增厚旋轮4存在开角θ，因此增厚旋轮4在进给的过程中，圆形板料2的外缘会向上并向下同时增厚，且在每个增厚旋轮进给完成时，上芯模1与增厚旋轮4之间的坯料上表面会产生一定的飞边。本发明通过增加一个上旋轮5，上旋轮5与坯料外缘上表面始终接触并被动旋转，限制了坯料外缘向上增厚，且因此在每道次增厚工序完成时，圆形板料2外缘不会向上增厚，且上芯模与增厚旋轮4之间的坯料上表面不会产生飞边。

由于盘类零件的外缘上下端面均是平整的，因此在最后一道旋压增厚工序中需要增加一个下旋轮6，起到整平坯料外缘下端面的作用，上旋轮5与下旋轮6之间的间隙Z为零件外缘的最终尺寸。如果旋压增厚总共需要四道工序，那么上旋轮5与下旋轮6之间的间隙Z与第四道次增厚旋轮的轮槽内高度t4相等。

旋压增厚过程中上芯模和下芯模的主轴转速为250rpm，各道次增厚旋轮的进给速度为0.2mm/s。

采用该工艺成形外缘较厚的一些盘类零件，力学性能好，生产效率高，材料利用率高，有很好的经济效益。

增厚旋轮4的轮槽截面为梯形，开角为θ。在旋压增厚过程中通过增加上旋轮5以保证圆形板料外缘上表面始终平整，避免了圆形板料上表面处产生飞边。最后一道次旋压增厚工艺中增加下旋轮6以保证圆形板料外缘下表面平整。采用本发明所生产出的外缘较厚的盘类零件，零件外缘上下表面平整，零件表面质量良好，增厚后的外缘不会有飞边的产生，而且成形表面质量好，且可以成形出极小的圆角，成形精度高，整体力学性能良好，材料利用率高，避免了采用传统加工方法加工而产生的一系列问题，有着很好的应用价值。

图1为本发明的旋压增厚示意图，上芯模1及下芯模3带动坯料2轴向旋转，上旋轮5紧贴着坯料并产生被动旋转，n个增厚旋轮4沿着径向依次进给以完成圆形板料2外缘增厚。根据零件的外缘厚度及增厚率λ，设计n个增厚旋轮进行依次进给使坯料外缘逐步增厚。图2为图1的俯视图。图3为增厚旋轮的主视图。

本发明以图4中的某盘类零件7为例，零件的外缘71厚度为12mm，增厚前圆形板料2的厚度为4mm，增厚率λ取1.3，计算出旋压总次数

图2为本发明所设计的增厚旋轮4。增厚旋轮4的轮槽截面为梯形，每道次旋轮的轮槽的内高度由公式t_n=t₀λⁿ计算得出，因此第一道次旋轮轮槽的内高度t₁=t₀λ=5.2mm，第二道次旋轮轮槽的内高度t₂=t₀λ²=6.76mm，第三道次旋轮轮槽的内高度t₃=t₀λ³=8.8mm，第四道次旋轮轮槽的内高度t₄=12mm。

增厚旋轮4的开角θ可以防止增厚旋轮4刮伤坯料上表面，同时有助于使坯料外缘的金属向下方流动，本发明的具体实例中四个道次工序中增厚旋轮4开角θ均为12°。图4为四道次旋压增厚的过程，根据体积不变可以计算出n道次旋压增厚后坯料的外径d_n(n≧1)。第一道次旋压增厚后坯料外径d₁=238mm，外缘厚度t₁=5.2mm。第二道次旋压增厚后坯料外径d₂=231.6mm，外缘厚度t₂=6.76mm。第三道次旋压增厚后坯料d₃=225.6mm，外缘厚度t₃=8.8mm。第四道次旋压增厚后坯料外径d₄=220mm，外缘厚度t₄=12mm。d为盘类零件的外缘的内径。

由于上旋轮5限制了坯料外缘向上方增厚，且因此在每道次增厚工序完成时，圆形板料2外缘上端面均保持平整，且上芯模与旋轮之间的坯料上表面也不会产生飞边。在第四道次旋压增厚时，增加下旋轮6，上旋轮5与下旋轮6之间的间隙Z=12mm，上旋轮5及下旋轮6起到对坯料外缘的整形作用，最终成的坯料外缘上下表面均平整，保证了零件的尺寸要求。

本发明所公开的一种外缘较厚的盘类零件的成形方法，一种圆形板料外缘多道次旋压增厚工艺，通过设计每道次的旋轮的尺寸，增加上旋轮5及下旋轮6，解决了以往传统加工工艺生产后所产生的缺陷及不足，且成形后零件外缘的上下端面平整，尺寸精度高，整体力学性能高，材料利用率高，生产效率高，有着很高的应用价值。

虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要被本的发明权利要求所覆盖的结构均在保护范围之内。本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，其特征是，所述盘类零件的加工原料为圆形板料（2），所述圆形板料（2）的厚度为t0；所述圆形板料（2）固定于上芯模（1）和下芯模（3）之间，且上芯模（1）和下芯模（3）带动板料做轴向旋转；在所述圆形板料（2）的上方设置有上旋轮（5），所述上旋轮（5）由圆形板料（2）带动做被动旋转；在所述圆形板料（2）的径向边缘设置有增厚旋轮（4）；所述增厚旋轮（4）的外周面设置有向内的凹槽（41），所述凹槽（41）的断面为梯形，所述梯形断面的开角为θ；所述圆形板料（2）需要经过多道次工序的加工，最后一个道次工序定为第n道次工序，第n道次工序的增厚旋轮（4）的槽底的的宽度为tn，其中n为自然数，tn即最终成形的盘类零件（7）的厚度；

每一道次工序的增厚率λ的取值范围为：1.2≤λ≤1.4，则旋压总道次数n、增厚率λ、圆形板料（2）厚度t0和最终成形的盘类零件（7）的厚度tn的关系为：n=log_λ ^tn/t0；

在最后一个道次工序中，在圆形板料（2）的下方设置下旋轮（6），所述上旋轮（5）和所述下旋轮（6）之间的间距Z=tn。

2.根据权利要求1所述的一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，其特征是，所述上芯模（1）和下芯模（3）的转速为250rpm。

3.根据权利要求1所述的一种薄底厚外缘的盘类零件的成形方法，其特征是，在每一道次工序中，增厚旋轮（4）的进给速度为0.2mm/s。

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