CN103599980A - 均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备及成形方法，用于制作特大直径筒形件壁厚均匀性减薄。该设备由床身、中心梁、刚性辊和驱动装置组成，床身两端装有固定支座和可翻转支座，中心横梁和刚性辊均装在固定支座和可翻转支座上，所述刚性辊为3个以上并均布在中心横梁的外侧，每个刚性辊与中心横梁之间的距离由液压扩张装置调整，待加工筒形件由装在刚性辊上的夹紧装置固定，每个刚性辊由各自的驱动装置驱动旋转。所述辊压成型方法包括：工件安装、夹紧、扩径加工等。本发明可实现不同尺寸内径筒形件的辊压成形，避免了传统旋压工艺中制造芯模的复杂工艺，解决了成形大型直筒型工件的难题，并提高加工质量、成形效率和降低制造成本。

Description

均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备及方法

技术领域

本发明涉及一种可均匀扩大筒形件内径的旋压成形设备，用于辊压加工大型筒形工件，实现大型薄壁筒形件均匀成形，属于机械加工领域。

背景技术

在现代化国民生产和军事领域中，大型超大型筒形制件被广泛应用。常规的大型筒形制件加工方法分为直接铸造成形和大型卷板机卷板后焊合缝隙成形，但由于铸造缺陷，铸造筒形件的组织性能较差，卷板后焊接成形的筒形件有时强度难以达到应用要求。本发名旨在采用柔性辊压成形设备加工大型筒形制件，以满足大型筒形件高精度高、高表面光洁度好、高力学性能的要求。

辊压成型工艺主要是靠材料的塑性移动滚压加工成各种形状复杂的杆状和板材制件。辊压变形是线接触，连续逐步地进行，所需变形力较小，一个行程可生产一个或几个工件。本发明提出了在大直径筒形工件的内部设置两个以上强度足够的主辊，并且通过支撑柱向筒形件施加可控的径向压力实现对筒形工件的外扩作用，同时通过刚性辊3的自转作用带动筒形件旋转，实现刚性辊3在筒形件内的均匀旋压，从而完成对特大型口径直筒工件的加工。本专利的实施可以大大提高大型筒形件的加工质量、降低制造成本和提高成形效率。

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根据目前所查新的公知的方法和设备中未发现与本专利相近或相似的专利。

发明内容

本发明提供一种可均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备及其成形方法，其目的在于利用旋压成形的原理实现大型口径筒形工件壳体的加工成形。设备构造简单，原理清晰，可操作性强，可以大大提高大型筒形件的加工质量、降低制造成本和提高成形效率。

本发明的上述目的采用以下技术方案实现，结合附图说明如下：

一种均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，主要由床身1、中心梁2、刚性辊3和驱动装置6组成，所述床身1两端分别装有固定支座7和可翻转支座8，所述中心横梁2和刚性辊3均装在固定支座7和可翻转支座8上，所述刚性辊3为3个以上并均布在中心横梁2的外侧，每个刚性辊3与中心横梁2之间的距离由液压扩张装置4调整，待加工筒形件15由装在刚性辊3上的夹紧装置5固定，每个刚性辊3由各自的驱动装置6驱动旋转。

所述的液压扩张装置4由液压缸9、卡盘10和多个压力传感器和位移传感器11构成，所述卡盘10固定在中心横梁2上，液压缸9一端固定在卡盘3上，另一端通过轴承12与刚性辊3端部相连接，所述压力传感器和位移传感器11装在液压缸9上，用于控制液压缸9的受力和伸缩位移。

所述刚性辊3一端通过传动变速机构13与驱动装置6相连接，所述驱动装置6通过导轨14装在固定支座7上，所述驱动装置6和刚性辊3同速同向沿着固定支座上的导轨14移动。

所述夹紧装置5固定或滑动、或一个固定、另一个滑动装配在刚性辊3上。

所述驱动装置6采用电机或液压马达，控制刚性辊3同速转动或差速转动。

所述的导轨14可根据刚性辊3的个数和驱动装置6的不同进行合理布置。

所述的可翻转支座8通过转轴16与床身1相连接并可以绕着转轴16为中心翻转，所述的可翻转支座8上设有限位卡座17，用于限制翻转支座8自由翻转。

一种使用上述的成形设备均匀扩大筒形件内径的辊压成形方法，包含以下步骤：

步骤一，将筒形件15的毛坯安装在刚性辊3上，使其内壁与刚性辊3贴紧；

步骤二，夹紧装置5将筒形件15的毛坯固定，限制其左右移动，启动液压控制系统，使所有刚性辊3紧贴筒形件15的毛坯内壁，然后停止刚性辊3的径向运动；

步骤三，启动驱动装置6，驱动刚性辊3旋转，并带动筒形件15的毛坯转动；

步骤四，重新启动液压缸9的径向运动，并根据压力传感器和位移传感器11反馈回来的数据，实时调节液压缸9的径向移动速速，使筒形件15的内径均匀扩大；

步骤五，当筒形件15的内径加工到所需直径后，停止液压缸9的径向运动，然后调整驱动装置6的转速使筒形件15继续在刚性辊3的带动下转动，使筒形件15的内径轮廓均匀；

步骤六，加工完成后取下筒形件15。

所述的步骤一中：

（1）移去限位卡座17，转动翻转支座8与中心横梁2分离；

（2）从与床身1分离端将筒形件15毛坯安装到刚性辊3上；

（3）重新固定可翻转支座8。

所述的步骤步骤四，在刚性辊3上添加加热装置，使刚性辊3达到一定温度，有助于筒形件15成形。

所述的步骤6可采用上述相同的方法取下工件。

本发明采用两个以上刚性辊3的辊转和支撑液压缸的径向位移就可以实现不同尺寸内径筒形件的辊压成形，不仅避免了传统旋压工艺中制造芯模的复杂工艺，同时又解决了成形大型直筒型工件的难题，大大提高大型筒形件的加工质量、降低制造成本和提高成形效率。

附图说明

图1是未装载筒形件时对筒形件进行扩径辊压设备的结构示意图；

图2是筒形件装载后对筒形件进行扩径辊压设备的结构示意图；

图3是采取三刚性辊3的扩径辊压设备的工作部分断面图；

图4是液压扩张装置装配图；

图中：1-床身 2-中心梁 3-刚性辊 4-液压扩张装置 5-夹持装置 6-驱动装置 7-固定支座 8-可翻转支座 9-液压缸 10-卡盘 11-压力和位移传感器 12-轴承 13-传动变速机构 14-导轨 15-筒形件 16-转轴 17-限位卡座

具体实施方式

具体实施方式，参阅图1所示，本发明包括床身1、中心梁2、三个以上刚性辊3、液压扩张装置4、工件夹紧装置5以及多个驱动装置6。

床身1端部布置两个支座，一端与床身连接固定支座7，另一端安装可翻转支座8。所述中心横梁2一端与固定支座7连接，另一端与可翻转支座8装配，并可以脱离。所述刚性辊3围绕中心梁2规则圆周均匀布置。所述的液压扩张装置4由液压缸9、两个以上卡盘10及多个压力传感器和位移传感器11构成。所述卡盘固定在中心横梁2上，液压缸9一端固定在卡盘10上，另一端通过轴承12与刚性辊3端部相连接。

每个刚性辊3一端通过传动变速机构13与独立驱动装置6相连接，驱动装置6底部设有导轨14，并可与刚性辊3同速同向沿着床身上的导轨14移动。

夹持装置5分为两种，一个固定在刚性辊3上，另一个夹持装置5可以左右滑动并随时夹紧筒形件15。

液压缸9上装有压力传感器和位移传感器11，控制液压缸的受力和伸缩位移。

刚性辊3旋转通过传动变速机构13由独立的驱动装置6驱动，驱动装置6可统一控制，使刚性辊3同速转动，也可单独控制，实现刚性辊3之间的差速转动，驱动装置6可以采用电机或液压马达。

导轨14可根据刚性辊3的个数和驱动装置6的不同进行合理布置。

可翻转支座8通过转轴16与床身1相连接并可以绕着转轴16为中心翻转。

可翻转支座8上设有限位卡座17用于限制翻转支座8自由翻转。

使用可均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备进行辊压成形加工方法，包含以下几个步骤：

步骤一，将筒形件毛坯安装在刚性辊3上，使其内壁与刚性辊3贴紧；

步骤二，夹紧装置将毛坯固定，限制其左右移动，启动液压控制系统，使所有刚性辊3紧贴毛坯内壁，然后停止刚性辊3的径向运动；

步骤三，启动驱动装置，驱动刚性辊3旋转并带动筒形件毛坯的转动；

步骤四，重新启动液压缸的径向运动，并根据压力传感器和位移传感器反馈回来的数据，实时调节液压缸的径向移动速速，使筒形件的内径均匀扩大；

步骤五，当筒形件的内径加工到所需直径后，停止液压缸的径向运动，然后调整驱动装置的转速使筒形件继续在刚性辊3的带动下转动，使筒形件的内径轮廓均匀；

步骤六，加工完成后取下制件。

步骤一包括：

（1）移去限位卡座17，转动翻转支座8与中心横梁分离；

（2）从与床身分离端将筒形毛坯件安装到刚性辊3上；

（3）重新固定可翻转支座8。

步骤4过程中可以在刚性辊3上添加加热装置，使刚性辊3达到一定温度，方便筒形件成形。

步骤六中可采用与前述相同的方法取下工件。

参考附图2，是筒形件装载后对筒形件进行扩径辊压设备的结构示意图；从图中可看出，当工件15装载到扩径设备的刚性辊3上时，锁定工件加紧装置，通过驱动装置，使三个刚性辊3同时转动，并且通过给液压缸加压，迫使刚性辊3向外移动，进而使筒形件产生扩径变形。

参考附图3，是采取3个刚性辊3的扩径辊压设备的工作部分断面图；从图中可以看出，通过拧紧螺母实现筒形件15被夹紧。同时保证中心梁的端部深入固定支座中，保证结构的稳定。

参考附图4，图4是液压扩张装置装配图，从图中可以看出，通过将液压缸固定在卡盘上，并给液压缸加压可以实现刚性辊3沿固定方向向外扩张。

以上描述以及附图中所示的内容均应被理解为是示例性的，而并非意味着对本发明的限制。对于本领域的技术人员来讲，显然可以在本发明的基础上对其刚性辊3的数量和刚性辊3安装方式进行调整。液压缸的布置方式也为示范性例子，对于本领域的技术人员来说，可以选择不同方位进行布置。显然，这些不同的布置方式或修改均应包含在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，主要由床身（1）、中心梁（2）、刚性辊（3）和驱动装置（6）组成，其特征在于：

所述床身（1）两端分别装有固定支座（7）和可翻转支座（8），所述中心横梁（2）和刚性辊（3）均装在固定支座（7）和可翻转支座（8）上，所述刚性辊（3）为3个以上并均布在中心横梁（2）的外侧，每个刚性辊（3）与中心横梁（2）之间的距离由液压扩张装置（4）调整，待加工筒形件（15）由装在刚性辊（3）上的夹紧装置（5）固定，每个刚性辊（3）由各自的驱动装置（6）驱动旋转。

2.根据权利要求1所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述的液压扩张装置（4）由液压缸（9）、卡盘（10）和多个压力传感器和位移传感器（11）构成，所述卡盘（10）固定在中心横梁（2）上，液压缸（9）一端固定在卡盘（3）上，另一端通过轴承（12）与刚性辊（3）端部相连接，所述压力传感器和位移传感器（11）装在液压缸（9）上，用于控制液压缸（9）的受力和伸缩位移。

3.根据权利要求1或2所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述刚性辊（3）一端通过传动变速机构（13）与驱动装置（6）相连接，所述驱动装置（6）通过导轨（14）装在固定支座（7）上，所述驱动装置（6）和刚性辊（3）同速同向沿着固定支座上的导轨（14）移动。

4.根据权利要求1所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述夹紧装置（5）固定或滑动、或一个固定、另一个滑动装配在刚性辊（3）上。

5.根据权利要求1所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述驱动装置（6）采用电机或液压马达，控制刚性辊（3）同速转动或差速转动。

6.根据权利要求1所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述的导轨（14）可根据刚性辊（3）的个数和驱动装置（6）的不同进行合理布置。

7.根据权利要求1所述的均匀扩大筒形件内径的辊压成形设备，其特征在于：

所述的可翻转支座（8）通过转轴（16）与床身（1）相连接并可以绕着转轴（16）为中心翻转，所述的可翻转支座（8）上设有限位卡座（17），用于限制翻转支座（8）自由翻转。

8.一种使用权利要求1所述的成形设备均匀扩大筒形件内径的辊压成形方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：

步骤一，将筒形件（15）的毛坯安装在刚性辊（3）上，使其内壁与刚性辊（3）贴紧；

步骤二，夹紧装置（5）将筒形件（15）的毛坯固定，限制其左右移动，启动液压控制系统，使所有刚性辊（3）紧贴筒形件（15）的毛坯内壁，然后停止刚性辊（3）的径向运动；

步骤三，启动驱动装置（6），驱动刚性辊（3）旋转，并带动筒形件（15）的毛坯转动；

步骤四，重新启动液压缸（9）的径向运动，并根据压力传感器和位移传感器（11）反馈回来的数据，实时调节液压缸（9）的径向移动速速，使筒形件（15）的内径均匀扩大；

步骤五，当筒形件（15）的内径加工到所需直径后，停止液压缸（9）的径向运动，然后调整驱动装置（6）的转速使筒形件（15）继续在刚性辊（3）的带动下转动，使筒形件（15）的内径轮廓均匀；

步骤六，加工完成后取下筒形件（15）。

9.根据权利要求8所述的一种均匀扩大筒形件内径的辊压成形方法，其特征在于：所述的步骤一中：

（1）移去限位卡座（17），转动翻转支座（8）与中心横梁（2）分离；

（2）从与床身（1）分离端将筒形件（15）毛坯安装到刚性辊（3）上；

（3）重新固定可翻转支座（8）。

10.根据权利要求8所述的一种均匀扩大筒形件内径的辊压成形方法，其特征在于，所述的步骤步骤四，在刚性辊（3）上添加加热装置，有助于筒形件（15）成形。

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