CN105290188B - 一种圆筒件筒壁旋压增厚方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆筒件筒壁旋压增厚方法，其包括如下步骤：首先将待增厚的圆筒形预制件置于旋压机的下主轴上，通过旋压机的上内主轴和下主轴将所述圆筒形预制件夹紧；接着将套装在所述上内主轴外部的上外主轴下行，压缩所述圆筒形预制件的筒壁后固定不动；然后使所述上内主轴、上外主轴、圆筒形预制件和下主轴一同旋转，并使圆柱形轧轮沿所述圆筒形预制件的径向进给；重复上述步骤实现圆筒形预制件筒壁的N道次增厚，以制备获得圆筒件。本发明通过多道次旋压实现筒形件筒壁的逐渐增厚，解决筒壁比筒底厚的筒形件的成形问题，适合于直径较大而筒壁不高且厚度较筒底厚的筒形件成形。

Description

一种圆筒件筒壁旋压增厚方法

技术领域

本发明属于旋压增厚技术领域，更具体地，涉及一种圆筒件筒壁旋压增厚方法。

背景技术

旋压是一种成形金属空心回转体件的工艺方法，其广泛应用于成形回转体筒形件、管形件或盘形件，其工艺过程为在坯料随模具旋转或旋压工具绕坯料旋转中，旋压工具与坯料相对进给，从而使坯料受压并产生连续、逐点的变形。旋压包含普通旋压和变薄旋压，在旋压产品中，尤其是在旋压齿盘或链轮产品中，常常需要边缘增厚，通过旋压边缘增厚可获得满足条件的产品。

现有技术中对于旋压增厚技术已有了一定研究，如WO9622847A、US6925713B以及CN1144497A公开了一种采用V形型槽轧轮进行旋压增厚的方法，其经多次旋压将圆形板料边缘旋压增厚成V形，随着旋压道次的增加，V形型槽的张角越来越大，最后旋压成矩形；该方法在增加厚度较小时，需要经多次旋压，再由V型转变为矩形时，如果坯料偏小，容易导致轮缘外侧充填不饱满，从而形成废品，下料过足，则会引起旋轧径向力过大，提高了主轴的承载要求，加速了主轴的磨损，因此下料苛刻，且对轧轮的形状有诸多要求。又如CN102009112B公开了一种圆形板料环形外缘增厚方法，其在圆形板料外缘设置N个具有矩形开口的轧轮，成形后板料外缘的形状和尺寸由轧轮的矩形开口决定，因此该方法对于轧轮的形状和尺寸具有特殊要求，需根据板料外缘的形状和尺寸专门设计轧轮的矩形开口，成形较为复杂，设备成本高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种圆筒件筒壁旋压增厚方法，其中结合圆筒件筒壁的特点，相应设计了用于增厚其圆环形外缘的旋压增厚方法，其利用旋压机上外主轴和圆柱形轧轮的配合，通过多道次旋压实现筒形件筒壁的逐渐增厚，解决筒壁比筒底厚的筒形件的成形问题，适合于直径较大而筒壁不高且厚度较筒底厚的筒形件成形。

为实现上述目的，本发明提出了一种圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)首先将待增厚的圆筒形预制件置于旋压机的下主轴上，通过旋压机的上内主轴和下主轴将所述圆筒形预制件夹紧；

2)接着将套装在所述上内主轴外部的上外主轴下行，压缩所述圆筒形预制件的筒壁后固定不动；

3)然后使所述上内主轴、上外主轴、圆筒形预制件和下主轴一同旋转，并使圆柱形轧轮沿所述圆筒形预制件的径向进给，以实现所述圆筒形预制件筒壁的增厚；

4)重复步骤2)和3)实现所述圆筒形预制件筒壁的N道次增厚，以制备获得圆筒件，其中，所述N道次的具体确定方法如下：

其中，t_N为圆筒件筒壁最终厚度，t₀为圆筒件筒壁初始厚度，d为圆筒件筒壁内径，表示对括号内的数值向上取整。

作为进一步优选的，所述圆筒形预制件每旋转一周，所述轧轮沿径向进给的距离≤0.5mm。

作为进一步优选的，所述上内主轴和下主轴的转速为500rpm～800rpm。

作为进一步优选的，所述N道次中各道次增厚后筒壁的厚度与高度，采用如下方式进行计算：

1)采用式(1)计算获得k值，k为圆筒件筒壁轴向压缩比：

2)根据所述N和k值，计算第n道次增厚后筒壁的厚度和高度，其中1≤n≤N：

2.1)当n＝1时，t₁＝t_N，h₁＝h_N；

2.2)当n>1时，h₀＝[(d+2t_N)²-d²]h_N/[(d+2t₀)²-d²]；

则h₁＝0.9h₀；

h_n＝0.9h₀k^n-1。

式中，h₀为圆筒件筒壁初始高度，h_n为圆筒件经n次轴向压缩后的筒壁高度，h_N圆筒件筒壁最终高度，t₀为圆筒件筒壁初始厚度，t_n为圆筒件第n次增厚后筒壁的厚度，t_N为圆筒件筒壁最终厚度，d为圆筒件筒壁内径。

作为进一步优选的，第一道次增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥90％；第二道次以及第二道次以后的增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥70％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明通过外上主轴和圆柱形轧轮的相互配合，在上外主轴轴向压缩筒壁后，一个轧轮沿径向进给碾压后并退出，接着上外主轴再次轴向压缩筒壁，下一个轧轮沿径向进给碾压后并退出，依次增厚筒形件的筒壁，通过多道次旋压实现筒形件筒壁的逐渐增厚，解决筒壁比筒底厚的筒形件的成形问题，适合于直径较大而筒壁不高且厚度较筒底厚的筒形件成形。

2.本发明对筒形件的增厚道次进行研究和设计，获得道次的具体确定公式，为多道次旋压的道次选取提供依据；此外，采用本发明的方法只需一台双轴的旋压机即可实现，轧轮无需设计凹槽或矩形开口，结构简单，寿命高，成形过程中只需一次定位，采用本发明方法制备产品具有强度高，操作简单，效率高，节材节能的优势。

附图说明

图1是本发明的成形原理图；

图2(a)是本发明实施例的筒形件初始示意图；

图2(b)是本发明实施例的筒形件第一次轴向压缩和增厚后示意图；

图2(c)是本发明实施例的筒形件第二次轴向压缩和增厚后示意图；

图2(d)是本发明实施例的筒形件第三次轴向压缩和增厚后示意图；

图2(e)是本发明实施例的筒形件第四次轴向压缩和增厚后示意图；

图3是用于旋压增厚筒形件筒壁的四道次旋压增厚系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明成形原理如图1所示：圆筒形预制件4置于下主轴5上，上内主轴1下行，与下主轴5将圆筒形预制件4夹紧，上外主轴2沿圆筒形预制件4的轴向下行压缩预制筒形件4的筒壁一定距离后固定不动，然后上内主轴1、上外主轴2、预制筒形件4和下主轴5一同旋转，圆柱形轧轮3沿径向进给将圆筒形预制件4筒壁增厚，增厚分为N道次进行，N次增厚配备N个轧轮3，上外主轴2和N个轧轮3依次动作，上外主轴2轴向压缩筒壁后，一个轧轮沿径向进给碾压后并退出，接着上外主轴2再次轴向压缩筒壁，下一个轧轮沿径向进给碾压后并退出，依次增厚筒形件的筒壁，每次旋压后，筒壁部分厚度增加，外径增大，高度减小。采用本发明旋压增厚时，对于塑性较好的材料，如08AL，可直接用于旋压；对于塑性较差的材料，如45钢则需要先进行球化退火后再进行旋压增厚。

更为具体的，本发明的圆筒件筒壁旋压增厚方法，主要包括如下步骤：

1)首先将待增厚的圆筒形预制件4置于旋压机的下主轴5上，通过旋压机的上内主轴1和下主轴5将圆筒形预制件4夹紧；

2)接着将套装在上内主轴1外部的上外主轴2下行，压缩圆筒形预制件4的筒壁一定距离后固定不动；

3)然后使上内主轴1、上外主轴2、圆筒形预制件4和下主轴5一同旋转，并使圆柱形轧轮3沿圆筒形预制件4的径向进给，以实现圆筒形预制件4筒壁的增厚；

4)重复步骤2)和3)实现圆筒形预制件4筒壁的N道次增厚，以制备获得圆筒件，所述N道次的具体确定方法如下：

其中，t_N为圆筒件筒壁最终厚度，t₀为圆筒件筒壁初始厚度，d为圆筒件筒壁内径，表示对括号内的数值向上取整。

进一步的，第一道次增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥90％；第二道次以及第二道次以后的增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥70％；圆筒形预制件4每旋转一周，轧轮3沿径向进给的距离≤0.5mm；上内主轴1和下主轴5的转速为500rpm～800rpm，在该转速下，旋压效果好；所述旋轮高度比上外主轴轴向压缩后筒形件筒壁部分高度小0.5mm。

进一步的，各道次旋压后筒壁的厚度与高度采用如下方式计算获得：

首先按照k取最小值，即k＝0.7计算出N(N≥1)的值，如果N不是整数，则向上取整；然后再根据N值计算出k值。

N值确定后计算具体的k值：

N和k值确定后，则第n(1≤n≤N)次增厚后的筒壁厚度为：

当n＝1时，t₁、h₁均为最终零件的厚度t_N与高度h_N，即t₁＝t_N，h₁＝h_N

当n>1时，第n次圆筒件筒壁高度按照如下方式计算：

h₀＝[(d+2t_N)²-d²]h_N/[(d+2t₀)²-d²]；

则h₁＝0.9h₀；

h_n＝0.9h₀k^n-1(n≥2)

式中，h₀为筒形件的筒壁高度，h₁为圆筒件经1次轴向压缩后的筒壁高度，h_n为圆筒件经n次轴向压缩后的筒壁高度，h_N最终的筒壁高度，t₀为圆筒筒壁初始厚度，t₁为第1次增厚后筒壁的厚度，t_n为第n次增厚后筒壁的厚度，t_N为圆筒筒壁最终厚度，d为圆筒筒壁内径。

图2(a)～(e)所示为本发明的一个具体实施例，本实施例中圆筒形预制件4的材料为20号钢，筒壁初始厚度为t₀＝3mm，旋压成形后筒壁最终厚度t_N＝8mm，圆筒筒壁内径d＝250mm，筒壁最终高度h_N＝20mm。

计算需要旋压的道次N(N≥1)以及各道次旋压后筒壁的厚度与高度：

首先按照k取最小值，即k＝0.7计算出N的值，如果N不是整数，则向上取整，然后再根据N值计算出k值。

本实施例中，因为故即需要经过4道次增厚。

根据N值确定具体的k值，

N和k值确定后，确定圆筒形预制件的筒壁高度h₀：

h₀＝[(250+2×8)²-250²]×20/[(250+2×3)²-250²]＝54.387；

第一次筒壁增厚后筒壁的厚度t₁与高度h₁分别为：

h₁＝0.9×54.387＝48.949mm。

第二次筒壁增厚后筒壁的厚度t₂与高度h₂分别为：

h₂＝0.9h₀k^n-1＝0.9×54.387×0.742^2-1＝36.322mm。

第三次筒壁增厚后筒壁的厚度t₃与高度h₃分别为

h₃＝0.9×54.387×0.742^3-1＝26.953。

第四次筒壁增厚后筒壁的厚度t₄与高度h₄分别为

t₄＝t_N＝8；h₄＝h_N＝20。

本实施例的成形系统如图3所示，该系统包括一个上内主轴1、上外主轴2、下主轴5，第一圆柱形轧轮3-1，第二圆柱形轧轮3-2，第三圆柱形轧轮3-3，第四圆柱形轧轮3-4，在成形过程中，筒形预制件4被上内主轴1和下主轴5夹持住后，随主轴旋转，此时圆柱形轧轮3-1沿主轴1径向进给，直至将预制筒形件4筒壁部分旋压增厚到t₁后沿原路径退出，然后上内主轴1、上外主轴2、下主轴5停止旋转；然后上外主轴2、筒形预制件4、上内主轴1、下主轴5分别与第二圆柱形轧轮3-2、第三圆柱形轧轮3-3、第四圆柱形轧轮3-4依次执行与上一过程相同的动作，直至将板料成形部分增厚至t₄。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)首先将待增厚的圆筒形预制件(4)置于旋压机的下主轴(5)上，通过旋压机的上内主轴(1)和下主轴(5)将所述圆筒形预制件(4)夹紧；

2)接着将套装在所述上内主轴(1)外部的上外主轴(2)下行，压缩所述圆筒形预制件(4)的筒壁后固定不动；

3)然后使所述上内主轴(1)、上外主轴(2)、圆筒形预制件(4)和下主轴(5)一同旋转，并使圆柱形轧轮(3)沿所述圆筒形预制件(4)的径向进给，以实现所述圆筒形预制件(4)筒壁的增厚；

4)重复步骤2)和3)实现所述圆筒形预制件(4)筒壁的N道次增厚，以制备获得圆筒件，其中，所述N道次的具体确定方法如下：

其中，t_N为圆筒件筒壁最终厚度，t₀为圆筒件筒壁初始厚度，d为圆筒件筒壁内径，表示对括号内的数值向上取整。

2.如权利要求1所述的圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，所述圆筒形预制件(4)每旋转一周，所述轧轮(3)沿径向进给的距离≤0.5mm。

3.如权利要求1或2所述的圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，所述上内主轴(1)和下主轴(5)的转速为500rpm～800rpm。

4.如权利要求1或2所述的圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，所述N道次中各道次增厚后筒壁的厚度与高度，采用如下方式进行计算：

1)采用式(1)计算获得k值，k为圆筒件筒壁轴向压缩比：

$k=\sqrt[N-1]{\frac{10(d\·t_0+t_0^2)}{9(d\·t_N+t_N^2)}}---\left(1\right);$

2)根据所述N和k值，计算第n道次增厚后筒壁的厚度和高度，其中1≤n≤N：

2.1)当n＝1时，t₁＝t_N，h₁＝h_N；

2.2)当n>1时，h₀＝[(d+2t_N)²-d²]h_N/[(d+2t₀)²-d²]；

则h₁＝0.9h₀；

h_n＝0.9h₀k^n-1；

式中，h₀为圆筒件筒壁初始高度，h_n为圆筒件经n次轴向压缩后的筒壁高度，h_N圆筒件筒壁最终高度，t₀为圆筒件筒壁初始厚度，t_n为圆筒件第n次增厚后筒壁的厚度，t_N为圆筒件筒壁最终厚度，d为圆筒件筒壁内径。

5.如权利要求4所述的圆筒件筒壁旋压增厚方法，其特征在于，第一道次增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥90％；第二道次以及第二道次以后的增厚，圆筒件筒壁轴向压缩比k≥70％。