CN104525671B - 用于对带挡板的封头进行成型的装置以及成型方法 - Google Patents

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    • B21D22/14Spinning
    • B21D22/16Spinning over shaping mandrels or formers

Abstract

本发明公开了一种用于对带挡板的封头进行成型的装置以及成型方法,其包括:C形悬臂、刀具座、旋轮、旋轮架、挡板架、伸缩臂,所述刀具座和挡板架分别固设在C形悬臂的两端,所述伸缩臂活动设置在刀具座内,所述旋轮架活动设置于伸缩臂的一端,所述旋轮活动设置在旋轮架底部。本发明具有如下有益效果:避免了传统工艺中的剪旋以及多道次成形旋轮的“拉薄”作用带来的壁厚减薄率过大的问题,在有效解决起皱缺陷的同时还可以显著提高壁厚均匀性;进一步提高了成形过程中法兰处的支承刚度,有效的改善了成形过程中板料的受力情况;避免了封头零件传统成形工艺中道次繁多、剪旋普旋掺杂的问题;新工艺机构容易实现。

Description

用于对带挡板的封头进行成型的装置以及成型方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种塑性成形技术领域的成形工艺,具体是带挡板的薄壁铝合金封头一道次普旋成形工艺。
背景技术
[0002]封头是一种广泛应用于锅炉、压力容器、化工容器、火箭壳体、核反应堆和人造卫星等的重要零件,其规格正向大型化、薄壁化的方向发展。传统花瓣式拼接方法效率低且封头整体力学性能不均匀,采用旋压法能够得到整体无缝的回转体零件。旋压属于单点连续变形问题,成形过程中尾顶将板料压在芯模上,在摩擦力的作用下跟着机床主轴高速旋转,旋轮在控制系统的作用下沿纵向和横向运动,在精确的位移控制下,旋轮沿封头母线方向进给,板料在旋轮作用下逐渐贴膜成形。
[0003]但旋压属于大应变、非线性变形问题,成形过程复杂,容易出现失稳、起皱和开裂问题。特别是对于毛坯厚度Imm及以下的薄壁铝合金封头来说,由于整体刚度的降低,随着旋轮的推进,法兰区周向压应力逐渐变大,开始出现波纹,成形到后期,由于板坯太薄,柔性较大,刚度不足,周向压应力导致的塑性变形积累到一定程度,周向压缩变形超过临界值,容易出现失稳起皱现象,其成形性和成形精度更加难以控制。为了控制旋压过程法兰起皱问题,通常采用多道次成形工艺,但多道次成形带来工艺繁琐,设计复杂以及道次减薄率增大的问题。除了多道次工艺方法外,利用反推防皱装置控制这类法兰起皱的也是一种有效方式,尤其对于超薄壁构件,可以增强抗起皱能力,扩大旋压工艺窗口,减少成形道次。
[0004]经对现有技术的文献检索发现,中国专利授权公开号:CN1730189,专利名:厚径比小于3%。的薄壁封头高精度旋压成形方法。封头直径372.5mm,板还厚度1mm,采用先剪后普的多道次成形工艺,球冠区部分采用剪切旋压成形,然后用气焊枪对外缘法兰进行加热处理以消除加工硬化,冷却之后涂上润滑剂,进行后续道次的旋压,操作过程与第一道次相同,只是旋轮轨迹不同。该工艺的缺点是多道次旋压工艺规划复杂繁琐,依靠经验,需要不断试错改进才能确定最佳方案,而且由于第一道次剪旋的存在以及后续旋轮的“拉薄”作用,工件壁厚减薄率较大,壁厚均匀性很难保证。
[0005]在防推起皱装置的应用方面也有一些文献。文献:张涛,李孟光.碟形封头旋压成形的数值模拟及工艺分析[J].锻压技术,201237(005):67-70。封头直径3600mm,板坯厚度12mm,采用多道次无模旋压技术,旋压辊和成型辊共同对板料施加约束,沿封头母线方向进给成形,成形过程中,在两个辊轮的压力作用下,板坯连续变形。缺点是构件尺寸较大,在没有芯模的情况下,工件的形状精度很难保证;成型辊与法兰的接触属于点接触,支撑刚度较小,成形过程起皱严重,需要多道次才能成形,会带来壁厚减薄过大的问题;旋压辊和成型辊需要不同的控制系统来分别控制,机构复杂,多道次轨迹规划繁琐。
发明内容
[0006]本发明针对现有技术存在的不足,提出了一种带挡板的薄壁铝合金封头一道次普旋成形工艺,改变了挡板与法兰的接触方式,能够提供足够的支承刚度,有效解决封头成形过程中的法兰起皱问题,工艺简单,机构易于实现,并且在减少工序道次、提高生产效率的同时能够显著改善壁厚均匀性,满足板材成形精度和成形效率的要求。
[0007]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0008] —方面,本发明提供了一种用于对带挡板的封头进行成型的装置,其包括:C形悬臂、刀具座、旋轮、旋轮架、挡板架、伸缩臂,所述刀具座和挡板架分别固设在C形悬臂的两端,所述伸缩臂活动设置在刀具座内,所述旋轮架活动设置于伸缩臂的一端,所述旋轮活动设置在旋轮架底部。
[0009]作为优选方案,所述挡板架呈弧形。
[0010]另一方面,本发明还提供了一种利用本发明所述的装置进行的带挡板封头的成型方法,其包括如下步骤:
[0011 ]将挡板固设在成型装置的挡板架上,在挡板上方放置板坯,
[0012]将芯模放置在挡板架内,使所述芯模的上口略高于挡板架,芯模的下口位于挡板架下方,并保持旋轮的外沿与板坯刚性接触;
[0013]在芯模的上口安装尾顶,将所述尾顶与一机床的主轴固定连接;
[0014]启动所述机床,使芯模以尾顶为轴转动,尾顶和芯模在机床主轴的作用下高速旋转,同时带动板还高速旋转,同时开始控制旋轮沿芯模的母线从芯模的上口到下口运动,始终保持旋轮的外沿与板坯的刚性接触,将所述板坯压紧于芯模之上,当芯模完全被板坯覆盖后,封头成型结束。
[0015]作为优选方案,所述芯模由从上到下分布的球冠区、圆角半径过渡区和直边区三部分组成。
[0016]作为优选方案,所述挡板的内径略大于芯模的下口外径。
[0017]与现有的技术相比,本发明的优点在于:(I)提出带挡板的薄壁铝合金构件一道次普旋成形方案,避免了传统工艺中的剪旋以及多道次成形旋轮的“拉薄”作用带来的壁厚减薄率过大的问题,在有效解决起皱缺陷的同时还可以显著提高壁厚均匀性;(2)改进了现有的防推起皱装置,防推起皱装置与法兰的接触由点接触变为面接触,进一步提高了成形过程中法兰处的支承刚度,有效的改善了成形过程中板料的受力情况,使板料的成形性得到了很大程度的提高;(3)避免了封头零件传统成形工艺中道次繁多、剪旋普旋掺杂的问题,采用一道次普旋即可实现封头零件的成形,工艺简单,易于实施;(4)新工艺机构容易实现,通过合理的工艺路径规划可以实现复杂成形过程,大大提高生产效率。
附图说明
[0018]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0019]图1为本发明中成型的装置的结构示意图;
[0020]图2为本发明中成型的装置与芯模装配后的结构示意图;
[0021 ]图3为本发明中芯模的结构示意图;
[0022]图4为本发明中挡板的结构示意图;
[0023]图5为本发明中挡板架的结构示意图;
[0024]图6为本发明中旋轮部分的放大的结构示意图;
[0025]图中:1、尾顶;2、板坯;3、挡板;4、挡板架;5、C形悬臂;6、刀具座;61、旋轮架;62、伸缩臂;7、旋轮;8、芯模;81、球冠区;82、圆角半径过渡区;83、直边区。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0027]本发明提供的一种用于对带挡板的封头进行成型的装置的结构如图1〜6所示,包括:C形悬臂5、刀具座6、旋轮组件7、挡板架4,所述刀具座6和挡板架4分别固设在C形悬臂的两端,所述伸缩臂62活动设置在刀具座6内,旋轮架61活动设置于伸缩臂62的端部,旋轮7活动设置在旋轮架61底部,挡板架4呈弧形。
[0028]本发明还提供了一种利用本发明所述的装置进行的带挡板封头的成型方法,其包括如下步骤:
[0029]将挡板3固设在成型装置的挡板架4上,在挡板3上方放置板坯2,
[0030]将芯模8放置在挡板架4内,使芯模8的上口略高于挡板架4,芯模8的下口位于挡板架4的下方,并保持旋轮7的外沿与板坯2刚性接触;
[0031]在芯模8的上口安装尾顶I,将尾顶I与一机床的主轴固定连接;
[0032]启动所述机床,使芯模8以尾顶为轴转动,尾顶I和芯模8在机床主轴的作用下高速旋转,同时带动板坯2高速旋转,同时开始控制旋轮7沿芯模8的母线从芯模8的上口到下口运动,始终保持旋轮7的外沿与板坯2的刚性接触,将板坯2压紧于芯模8之上,当芯模8完全被板坯2覆盖后,封头成型结束。
[0033] 其中,芯模8由从上到下分布的球冠区81、圆角半径过渡区82直边区83和三部分组成。
[0034] 实施例1
[0035] 本实施例中,芯模8上口直径10mm,下口直径20.6mm,高度41mm,过渡区圆角半径14mm ;尾顶I的压紧力为4000KN ;板坯2的材料为2024-0态铝合金,直径为140mm,厚度为Imm ;挡板3的厚度为5mm,内径为102m,外径为160mm ;挡板3与托板架4通过螺钉连接,托板架4与旋轮刀具座6通过C形悬臂5刚性连接,确保旋压过程中挡板3与旋轮7在轴向的稳定同步进给;旋轮7直径100mm,圆角半径10mm,旋轮安装角30° ;采用普旋成形,成形时旋轮7与芯模8之间的工模间隙为Imm;旋轮7与挡板3之间的间隙为3mm,成形球冠区区所需进给率为1.5mm/r,成形圆角过渡区及直边区所需进给率为lmm/r;旋轮7运动轨迹为封头母线,采用位移载荷控制。本实施例所成形封头零件径厚比100,弓高比0.4,成形后壁厚最大减薄率为10.02%,壁厚均匀性优于多道次旋压工艺所得封头零件。
[0036] 实施例2
[0037] 本实施例中,芯模8上口直径300mm,下口直径60mm,高度为120mm,圆角过渡区的半径40.8mm;板还2的直径为400mm;挡板3的内径为302mm,外径为420mm;其他实施方式与实施例一中相同。本实施例所成形封头零件径厚比300,弓高比0.4,成形后壁厚最大减薄率为14.4%,采用多道次工艺所得封头最大减薄率为18.20%,壁厚均匀性优于多道次旋压工艺所得封头零件。
[0038]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种用于对带挡板的封头进行成型的装置,其特征在于,包括:c形悬臂、刀具座、旋轮、旋轮架、挡板架、伸缩臂,所述刀具座和挡板架分别固设在C形悬臂的两端,所述伸缩臂活动设置在刀具座内,所述旋轮架活动设置于伸缩臂的一端,所述旋轮活动设置在旋轮架底部。
2.如权利要求1所述的成型装置,其特征在于,所述的挡板架呈弧形。
3.—种利用权利要求1或2所述的装置进行的带挡板封头的成型方法,其特征在于,包括如下步骤: 将挡板固设在成型装置的挡板架上,在挡板上方放置板坯; 将芯模放置在挡板架内,使所述芯模的上口略高于挡板架,芯模的下口位于挡板架下方,并保持旋轮的外沿与板坯刚性接触; 在芯模的上口安装尾顶,将所述尾顶与一机床的主轴固定连接; 启动所述机床,使芯模以尾顶为轴转动,尾顶和芯模在机床主轴的作用下高速旋转,同时带动板还高速旋转,同时开始控制旋轮沿芯模的母线从芯模的上口到下口运动,始终保持旋轮的外沿与板坯的刚性接触,将所述板坯压紧于芯模之上,当芯模完全被板坯覆盖后,封头成型结束。
4.如权利要求3所述的成型方法,其特征在于,所述芯模由从上到下分布的球冠区、圆角半径过渡区和直边区三部分组成。
5.如权利要求3所述的成型方法,其特征在于,所述挡板的内径略大于芯模的下口外径。
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