CN104550397B - 一种轴向断面呈h形的双向筒形零件的加工成形方法 - Google Patents

一种轴向断面呈h形的双向筒形零件的加工成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，首先选用加工轴向断面呈H形双向筒形零件的初始坯料为圆形板料，圆形板料的厚度为t0、外径为d0；接着将所述圆形板料固定于上芯模和下芯模之间，上芯模对所述圆形板料施加压力p，将圆形板料压紧于下芯模，上芯模和下芯模带动圆形板料绕轴线旋转；然后在圆形板料的径向边缘设置旋轮，旋轮在沿径向进给的同时由圆形板料带动做被动旋转；最后经过三道次旋压成形方法获得轴向断面呈H形的双向筒形零件。充分发挥了旋压成形工艺的优点，避免了铸造工艺所产生的气孔、缩松、裂纹等缺陷以及劈旋工艺造成的金属流线的破坏；使所得零件的成形精度高、表面质量好、整体力学性能优。

Description

一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法
技术领域
本发明涉及一种轴向断面呈H形的双向筒形零件成形方法，属于材料加工领域。
背景技术
轴向断面呈H形的双向筒形零件主要起到传动、连接等作用，如各种带轮、发动机曲轴减震器轮毂等。对于这种带有薄外直壁的双向筒形零件，传统的加工工艺为铸造后机加工成形和劈旋成形。铸造工艺中固有的缺陷如气孔、缩松、裂纹等不易控制，废品率高，而且铸件的力学性能较塑性成形件要低，影响零件的使用寿命。同时，增加了后续机加工工序，造成材料利用率较低，生产效率低。劈旋成形工艺尽管能够成形出该类零件，但成形稳定性一般，而且劈旋过程会破坏金属流线，影响成形件的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，特定的采用三道次旋压成形工艺，使所得零件的成形精度高、表面质量好、整体力学性能优。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其创新点在于：首先选用加工轴向断面呈H形双向筒形零件的初始坯料为圆形板料，所述圆形板料的厚度为t0、外径为d0；
接着将所述圆形板料固定于上芯模和下芯模之间，上芯模对所述圆形板料施加压力p，将圆形板料压紧于下芯模，上芯模和下芯模带动圆形板料绕轴线旋转；
然后在圆形板料的径向边缘设置旋轮，旋轮在沿径向进给的同时由圆形板料带动做被动旋转；
最后经过三道次旋压成形方法获得轴向断面呈H形的双向筒形零件。
进一步的，所述三道次旋压成形方法具体包括以下步骤：
（1）第一道次为增厚旋压过程：所述旋轮采用增厚旋轮，增厚旋轮的外径为D1，外周面的宽度为b1，在增厚旋轮的外周面设置有向内的凹槽，所述凹槽的断面为圆弧面，圆弧半径为R1；随着增厚旋轮的进给，圆形板料外缘金属沿圆弧面均匀的向两侧流动，获得外径为d1的外缘增厚板料，所述外缘增厚板料的增厚外缘的断面呈圆弧半径为R1的扇形；
（2）第二道次为推平旋压过程：所述旋轮采用平旋轮，所述平旋轮外径为D2，外周面的宽度为b2，所述平旋轮将所述外缘增厚板料的增厚外缘推平，获得具有高度为h1的双向外直壁、且外径为d2的筒坯；
（3）第三道次为终旋过程：所述旋轮采用终旋轮，所述终旋轮的外径为D3，外周面的宽度为b3；在上芯模及下芯模与终旋轮的挤压作用下，所述筒坯的双向外直壁金属向终旋轮的两侧流动，所述双向外直壁减薄并变长，获得轴向断面呈H形的双向筒形零件，所述双向筒形零件的外直壁高度为h2、壁厚为t1，所述双向筒形零件的外径为d3。
进一步的，所述终旋轮外周面依据双向筒形零件的形状为平面外周面或中心设置有凸起的外周面或中心设置有凹槽的外周面。
进一步的，所述上芯模对圆形板料施加的压力p设置为10MPa。
进一步的，所述上芯模和下芯模的转速为350rpm。
进一步的，所述三道次旋压成形中，增厚旋轮、平旋轮及终旋轮的进给速度为0.2mm/s～1mm/s。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明的轴向断面呈H形的双向筒形零件加工成形方法，充分发挥了旋压成形工艺的优点，避免了铸造工艺所产生的气孔、缩松、裂纹等缺陷以及劈旋工艺造成的金属流线的破坏；且由于根据零件的形状，特定的采用三道次旋压成形工艺，使所得零件的成形精度高、表面质量好、整体力学性能优；同时，本发明的方法还具有成形后无需后续机加工的优势；因此，本发明的成形方法具有很好的应用价值和发展前景。
（2）本发明的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，上芯模和下芯模带动圆形板料绕轴线旋转，每道次的旋轮（增厚旋轮、平旋轮、终旋轮）依次沿径向进给的同时由圆形板料带动做被动旋转。其中，第一道次为增厚旋压过程，增厚旋轮的外径为D1，外周面的宽度为b1，外周面设置有向内的凹槽，凹槽的断面为半径为R1圆弧，可以使金属流动均匀稳定，能够有效的起到增厚的作用，为后续的外直壁的成形做储料准备，增厚外缘的断面呈扇形，外侧圆弧半径为R1，外径为d1。
（3）本发明的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法中，第二道次采用的平旋轮，平旋轮外径为D2，外周面的宽度为b2，平旋轮将增厚的外缘推平，形成具有高度为h1的双向外直壁，能够保证在终旋过程的稳定性，不会出现失稳或坯料流动不均的情况，二道次之后的筒坯外径为d2。
（4）本发明的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法中，第三道次采用终旋轮，根据零件的最终形状，终旋轮可以做成中间带有内凹或者凸起等形状，终旋轮的外径为D3，外周面的宽度为b3，在上芯模1及下芯模3与终旋轮6的挤压作用下，二道次形成的外直壁金属向终旋轮的两侧流动，外直壁减薄并变长，直至形成最终轴向断面呈H形的双向筒形零件，外直壁的高度为h2，壁厚为t1，外径为d3。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明。
图1为本发明的初始圆形板料结构示意图。
图2为本发明的旋压成形方法的工装示意图。
图3为本发明的第一道次旋压成型过程示意图。
图4为本发明的增厚旋轮结构示意图。
图5为本发明的平旋轮结构示意图。
图6为本发明的终旋轮结构示意图。
图7为本发明的外缘增厚板料结构示意图。
图8为本发明的筒坯结构示意图。
图9为本发明的双向筒形零件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作详细说明。
本发明以图9中的某双向筒形零件9为例，零件外径d3=113.5mm，外直壁高度h2=30mm，外直壁厚度t1=2.75mm，中间带有半径R2=8.5mm的圆弧形凹槽。
如图1所示：初始圆形板料2的厚度t0=4.5mm，外径d0=140mm。
如图2所示：上芯模1和下芯模3带动板料绕轴线旋转，旋轮40在过程中依次替换为如图4所示的增厚旋轮4，如图5所示的推平旋轮5，如图6所示的终旋轮6，如图3所示的那样依次沿径向进给的同时由圆形板料2带动做被动旋转。
具体的，如图2所示：一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，初始坯料为圆形板料2，圆形板料2的厚度为t0，外径为d0；圆形板料2固定于上芯模1和下芯模3之间，圆形板料2的边缘设置有旋轮；上芯模1对圆形板料2施加压力p将坯料压紧于下芯模3，上芯模1和下芯模3带动圆形板料绕轴线旋转，3个旋轮40依次沿径向进给的同时由圆形板料2带动做被动旋转；
圆形板料2经过三道次旋压成形方法最终获得双向筒形零件；
第一道次为增厚旋压过程：如图3所示：第一道次的旋轮为增厚旋轮4，外径为D1，外周面的宽度为b1，外周面设置有向内的凹槽，凹槽的断面为圆弧形，圆弧半径为R1；随着增厚旋轮4的进给，圆形板料2外缘金属沿圆弧面均匀的向两侧流动，外缘得到增厚，获得外缘增厚板料7，外缘增厚板料7的增厚外缘的断面呈扇形，外侧圆弧半径为R1，外缘增厚板料7的外径为d1；
第二道次为推平旋压过程：第二道次的旋轮为平旋轮5，外径为D2，外周面的宽度为b2，平旋轮5将外缘增厚板料7的增厚外缘推平，形成外径为d2的筒坯8，筒坯8具有高度为h1的双向外直壁。
第三道次为终旋过程：第三道次的旋轮采用终旋轮6，根据零件的最终形状，终旋轮6可以做成中心带有内凹或者凸起的形状，终旋轮6的外径为D3，外周面的宽度为b3，在上芯模1及下芯模3与终旋轮6的挤压作用下，二道次形成的筒坯的双向外直壁金属向终旋轮6的两侧流动，双向外直壁减薄并变长，直至形成最终的双向筒形零件，其外直壁的高度为h2，壁厚为t1，其外径为d3。
在本实施中上芯模1和下芯模3的转速为350rpm，上芯模的压紧力为10MPa，第一道次工序增厚旋轮4的径向进给速度为1mm/s；第二道次工序推平旋轮5的径向进给速度为0.5mm/s；第三道次工序终旋轮6的径向进给速度为0.45mm/s。
常规的，在每一道次工序中，旋轮4、5、6的进给速度为0.2mm/s～1mm/s之间任意值选择，根据此次发明零件尺寸的需要：
如图第一道次增厚旋轮4的外径为D1=190mm，外周面的宽度为b1=25mm，外周面设置有向内的凹槽，凹槽的断面为半径R1=12mm的圆弧，可以使金属流动均匀稳定，能够有效的起到增厚的作用，为后续的外直壁的成形做储料准备，获得的如图7所示的外缘增厚板料7的增厚外缘的断面呈扇形，外侧圆弧半径为R1=12mm，外径为d1=126.7mm。
第二道次的平旋轮5外径为D2=190mm，外周面的宽度为b2=25mm，平旋轮5将外缘增厚板料7的增厚外缘推平，形成具有一定高度的双向外直壁，能够保证在终旋过程的稳定性，不会出现失稳或坯料流动不均的情况。二道次之后的如图8所示的筒坯8外径为d2=117.5mm，双向外直壁高度h1≈12.7mm。零件最终形状带有一定高度的外直壁，由于旋压增厚后的外缘增厚板料7边缘处为圆弧形，且未与芯模接触，如果直接采用带有圆弧形凸起的终旋轮6旋压成形，会造成旋压过程的不稳定，出现失稳或坯料流动不均匀的情况。因此，在进行终旋之前增设第二道次旋压十分必要。
第三道次根据零件的最终形状，终旋轮6可以做成中间带有内凹或者凸起等形状，本例中终旋轮6的外径为D3=204.5mm，外周面的宽度为b3=29mm，凸起圆弧半径为R2=8.5mm。在上芯模1及下芯模3与终旋轮6的挤压作用下，二道次形成的双向外直壁金属向终旋轮6的两侧流动，双向外直壁减薄并变长，直至形成最终的如图9所示的双向筒形零件，外直壁的高度为h2=30mm，壁厚为t1=2.75mm，外径为d3=113.5mm。本实施例中，终旋轮6与上芯模1和下芯模3之间的轴向间隙为0.5mm，以免终旋轮与上芯模及下芯模之间接触，造成模具损坏。
本发明所公开的一种双向筒形零件的加工成形方法，为一种将圆形板料经过三道次旋压成形出带有双向外直壁的零件，充分发挥了旋压成形工艺的优点，避免了铸造工艺所产生的气孔、缩松、裂纹等缺陷以及劈旋工艺造成的金属流线的破坏。由于采用旋压成形工艺，因此可以保证零件的成形精度高、表面质量好、整体力学性能优。同时，本发明的成形工艺还具有生产效率高、材料利用高、无后续机加工等优点，具有很好的应用价值和发展前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其特征在于：首先选用加工轴向断面呈H形双向筒形零件的初始坯料为圆形板料，所述圆形板料的厚度为t0、外径为d0；接着将所述圆形板料固定于上芯模和下芯模之间，上芯模对所述圆形板料施加压力p，将圆形板料压紧于下芯模，上芯模和下芯模带动圆形板料绕轴线旋转；然后在圆形板料的径向边缘设置旋轮，旋轮在沿径向进给的同时由圆形板料带动做被动旋转；最后经过三道次旋压成形方法获得轴向断面呈H形的双向筒形零件；所述三道次旋压成形方法具体包括以下步骤：
（1）第一道次为增厚旋压过程：所述旋轮采用增厚旋轮，增厚旋轮的外径为D1，外周面的宽度为b1，在增厚旋轮的外周面设置有向内的凹槽，所述凹槽的断面为圆弧面，圆弧半径为R1；随着增厚旋轮的进给，圆形板料外缘金属沿圆弧面均匀的向两侧流动，获得外径为d1的外缘增厚板料，所述外缘增厚板料的增厚外缘的断面呈圆弧半径为R1的扇形；
（2）第二道次为推平旋压过程：所述旋轮采用平旋轮，所述平旋轮外径为D2，外周面的宽度为b2，所述平旋轮将所述外缘增厚板料的增厚外缘推平，获得具有高度为h1的双向外直壁、且外径为d2的筒坯；
（3）第三道次为终旋过程：所述旋轮采用终旋轮，所述终旋轮的外径为D3，外周面的宽度为b3；在上芯模及下芯模与终旋轮的挤压作用下，所述筒坯的双向外直壁金属向终旋轮的两侧流动，所述双向外直壁减薄并变长，获得轴向断面呈H形的双向筒形零件，所述双向筒形零件的外直壁高度为h2、壁厚为t1，所述双向筒形零件的外径为d3。
2.根据权利要求1所述的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其特征在于：所述终旋轮外周面依据双向筒形零件的形状为平面外周面或中心设置有凸起的外周面或中心设置有凹槽的外周面。
3.根据权利要求1所述的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其特征在于：所述上芯模对圆形板料施加的压力p设置为10MPa。
4.根据权利要求1所述的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其特征在于：所述上芯模和下芯模的转速为350rpm。
5.根据权利要求1所述的轴向断面呈H形的双向筒形零件的加工成形方法，其特征在于：所述三道次旋压成形中，增厚旋轮、平旋轮及终旋轮的进给速度为0.2mm/s～1mm/s。
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