CN105414297A - 异步错距旋压加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种异步错距旋压加工方法，结合张力旋压、异步轧制与错距旋压原理，在正向错距旋压时，利用前旋轮的进给速度大于后旋轮的进给速度，在两旋轮间的变形区人为制造拉力，形成张力旋压，由于前旋轮于后旋轮的进给速度不同步，故称为异步错距旋压。利用各旋轮可独立进给的旋压机，在旋压过程中采用两旋轮或者三旋轮轴向错距且进给速度不同的方法进行加工，成形高精度筒形旋压结构件。

Description

异步错距旋压加工方法
技术领域
本发明涉及旋压制造行业，具体是在旋压过程中采用两旋轮或者三旋轮轴向错距且进给速度不同的方法进行加工，成形高精度筒形旋压结构件。
背景技术
随着我国航空、航天等高精制造行业以及国民经济的迅速发展，对薄壁筒形件的需求也越来越多、越来越迫切，且零件的精度要求也越来越高，例如某超高强度钢筒形零部件。
零件材料为超高强度钢，筒形结构，具有壁厚薄、长径比大、易变形、精度要求高等加工难题。
经过调研，市场上类似结构零件的加工主要采取两套方案：1、板料卷焊，2、筒形件坯料旋压，上述两种种方案存在以下几点不足：
1、采用板料卷焊成形，使用超高强度钢板作为原材料，在卷焊过程中，筒形件的圆度、直线度等尺寸要求较高，无法得到可靠保证，同时由于存在纵焊缝，筒形件的性能降低，该筒形件应用于航天产品，工作环境为高温高压，存在较大的安全隐患。在卷焊加工中，需要增加探伤、退火等工序，增加了制造成本。
2、筒形件坯料旋压成形，现有旋压技术成形该筒形件主要采用两旋轮(或三旋轮)同步(或错距)旋压加工，根据现有相关文献及生产实际经验所知，现有上述旋压技术加工该尺寸产品所能达到的精度要求为：壁厚±0.15mm、直径±0.30mm，如果需要进一步提高精度，则对旋压设备、工艺参数、旋轮结构、模具工装等有较高要求，一般厂家不具备该项能力且投资较大，加之旋压过程中的设备振动、进给不稳、转速波动等不可避免因素也会造成产品精度超差，甚至报废，上述传统旋压工艺方法不适合该高精度零件(壁厚±0.10mm、直径±0.15mm)的大规模、工业化生产。
发明内容
为克服现有技术中存在的产品精度差、废品率高，以及不适合壁厚±0.10mm、直径±0.15mm的高精度零件的大规模、工业化生产的不足，本发明提出了一种异步错距旋压加工方法。
本发明的具体过程是：
第一步，安装筒形件旋压毛坯。将该筒形件旋压毛坯安装在旋压机的旋压芯模上。
第二步，调整旋轮攻角。所述的旋轮有2个或3个，均为R8/30°旋轮。各旋轮移动至筒形件旋压毛坯的起旋端，并将该旋轮的攻角调整至与筒形件旋压毛坯轴线垂直。
当采用2个旋轮时，各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为4mm。
当采用3个旋轮时，各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为8.0mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6.0mm；第三旋轮3的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为4.0mm。
第三步，旋压。所述的旋压过程为两道次旋压。
Ⅰ一道次旋压：启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施同步错距旋压。所述两个旋轮运动中的进给速度均为100mm/min，旋压机主轴转速为100r/min。
Ⅱ调整旋压间隙。将所述第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为2mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为1mm。
Ⅲ二道次旋压。启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施异步错距旋压，完成对筒形件旋压毛坯的旋压成型，得到的筒形件。旋压时，第一旋轮的进给速度为110mm/min，第二旋轮的进给速度为100mm/min；旋压机主轴转速为100r/min。
第四步，卸料。
当完成对筒形件旋压毛坯的旋压后，从旋压机上卸下并清理得到的筒形件。
本发明利用各旋轮可独立进给的旋压机，在旋压过程中采用两旋轮或者三旋轮轴向错距且进给速度不同的方法进行加工，成形高精度筒形旋压结构件。
本发明是结合张力旋压、异步轧制与错距旋压原理，提出的一种新型错距旋压——异步错距旋压，具体工艺手段是在正向错距旋压时，利用前旋轮的进给速度大于后旋轮的进给速度，在两旋轮间的变形区人为制造拉力，形成张力旋压，由于前、后旋轮进给速度不同步，所以称为异步错距旋压，附图所示。
工艺原理：在正旋错距旋压时，如果两旋轮进给速度不同，前轮的进给速度V1大于后轮的进给速度V2，或者三旋轮时V1＞V2＞V3，两旋轮错距量逐渐增加，相对远离，可在两旋轮间的变形区产生拉力。该拉力使得变形区的受力状态为两向拉力的平面应力状态，该状态时金属的流动更容易，表面质量更好。由于承受拉应力，金属的周向流动较小，坯料贴模较好，扩径现象不明显，且不容易失稳；金属的轴向流动情况得到了改善，后旋轮前方的堆积得到了改善，因此筒形件的直线度较好；同时，由于变形区金属承受拉应力，晶粒得到了细化，强度进一步提高；后轮在减薄时，由于拉应力，使得金属的变形更容易，所需的旋压力减小，在原有旋压力的基础上可实现较大的道次减薄率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.前后旋轮产生的拉力使得后旋轮前方变形区的受力状态为两向拉力的平面应力状态，该状态时金属的流动更容易，表面质量更好。图2所示为同步错距旋压圆筒表面纹路，图3所示为异步错距旋压圆筒表面纹路。
2.前后旋轮产生的拉应力，使得金属的周向偏差应力减小，从而使得金属周向流动较小，扩径现象不明显，筒形件坯料贴模较好，直线度、圆跳等形位精度通过高精度的旋压芯模得到保证，且不容易失稳；同时，随着金属的轴向流动情况得到了改善，后旋轮前方的金属堆积得到了改善，筒形件的圆度提高约5％，壁厚公差可达1％。
3.前后旋轮产生的拉应力使得变形区的金属晶粒得到了细化，强度得到提高，屈服强度提高约5％-10％，使用寿命可提高10％。
4.拉应力使得金属的变形更容易，所需的旋压力减小，根据材料不同，道次所需旋压力减小约5％-10％，由此，在原有旋压力的基础上能够实现较大的道次减薄率，减薄率提高约10％。
附图说明
图1是异步错距旋压加工原理示意图。
图2是同步错距旋压圆筒表面纹路。
图3是异步错距旋压圆筒表面纹路。
图4是本发明的流程图。图中：
1.第一旋轮；2.第二旋轮；3.第三旋轮；4.筒形件旋压毛坯；5.旋压芯模。
具体实施方式
实施例1
本实施例是通过各旋轮能够独立轴向进给的旋压机，采用两旋轮异步错距旋压方法加工超高强度钢薄壁筒形件。所述筒形件旋压毛坯的壁厚t0＝8mm，外径D＝Φ312mm。
本实施例的具体过程是：
第一步，安装筒形件旋压毛坯。将该筒形件旋压毛坯4安装在旋压机的旋压芯模5上。
第二步，调整旋轮攻角。所述的旋轮有两个，均为R8/30°旋轮。各旋轮移动至筒形件旋压毛坯的起旋端，并将该旋轮的攻角调整至与筒形件旋压毛坯轴线垂直。各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮1的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6mm；第二旋轮2的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为4mm。本实施例中，各旋轮之间的轴向错距量为8mm。
第三步，旋压。所述的旋压过程为两道次旋压。
1、一道次旋压：启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施同步错距旋压。所述两个旋轮运动中的进给速度均为100mm/min，旋压机主轴转速为100r/min。
本实施例的一道次旋压时，旋轮攻角调整至与卷焊筒形件主轴轴线垂直，减薄量为4mm，两个旋轮各压下2mm，主轴转速100r/min，X方向进给0mm/min,Y方向进给100mm/min。
2、调整旋压间隙。将所述第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为3mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为2mm。
3.二道次旋压。启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施异步错距旋压，完成对筒形件旋压毛坯的旋压成型，得到的筒形件。旋压时，第一旋轮的进给速度为110mm/min，第二旋轮的进给速度为100mm/min；旋压机主轴转速为120r/min。
本实施例的二道次旋压时，保持旋轮攻角调整至与筒形件毛坯主轴轴线垂直，减薄量2mm，两个旋轮各压下1mm，主轴转速升高至120r/min，进给速度X方向进给均为0mm/min，第一旋轮Y方向进给110mm/min，第二旋轮Y方向进给100mm/min，旋压过程中进行冷却与润滑，冷却后卸料。
所述的X方向为卷焊筒形件的径向；所述的Y方向为卷焊筒形件的轴向；旋轮运动方向为正方向；前旋轮为第一旋轮，后旋轮为第二旋轮。
第四步，卸料。
当完成对的筒形件旋压毛坯的旋压后，从旋压机上卸下并清理得到的筒形件。
实施例2
本实施例是通过各旋轮能够独立轴向进给的旋压机，采用三旋轮异步错距旋压方法加工超高强度钢薄壁筒形件。所述筒形件旋压毛坯的壁厚t0＝10mm，外径D＝Φ312mm。
本实施例的具体过程是：
第一步，安装筒形件旋压毛坯。将该筒形件旋压毛坯4安装在旋压机的旋压芯模5上。
第二步，调整旋轮攻角。所述的旋轮有三个，均为R8/30°旋轮。各旋轮移动至筒形件旋压毛坯的起旋端，并将该旋轮的攻角调整至与筒形件旋压毛坯轴线垂直。各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮1的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为8.0mm；第二旋轮2的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6.0mm；第三旋轮3的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为4.0mm。
第三步，旋压。所述的旋压过程为两道次旋压。
1、一道次旋压：启动旋压机，使所述的三个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施同步错距旋压。所述三个旋轮运动中的进给速度均为100mm/min，旋压机主轴转速为100r/min。
本实施例的一道次旋压时，旋轮攻角调整至与卷焊筒形件主轴轴线垂直，减薄量为6mm，三个旋轮各压下2mm，主轴转速100r/min，X方向进给0mm/min,Y方向进给100mm/min。
2、调整旋压间隙。将所述第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为3mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为2mm；第三旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为1mm。
3.二道次旋压。启动旋压机，使所述的三个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施异步错距旋压，完成对筒形件旋压毛坯的旋压成型，得到的筒形件。旋压时，第一旋轮的进给速度为120mm/min，第二旋轮的进给速度为110mm/min，第三旋轮的进给速度为100mm/min；旋压机主轴转速为120r/min。
本实施例的二道次旋压时，保持旋轮攻角调整至与筒形件毛坯主轴轴线垂直，减薄量3mm，三个旋轮各压下1mm，主轴转速升高至120r/min，进给速度X方向进给均为0mm/min，第一旋轮Y方向进给120mm/min，第二旋轮Y方向进给110mm/min，第三旋轮Y方向进给100mm/min，旋压过程中进行冷却与润滑，冷却后卸料。
所述的X方向为卷焊筒形件的径向；所述的Y方向为卷焊筒形件的轴向，旋轮运动方向为正方向；前旋轮为第一旋轮，中旋轮为第二旋轮，后旋轮为第三旋轮。
第四步，卸料。
当完成对筒形件旋压毛坯的旋压后，从旋压机上卸下并清理得到的筒形件。

Claims (3)

1.一种异步错距旋压加工方法，其特征在于，具体过程是：
第一步，安装筒形件旋压毛坯；将该筒形件旋压毛坯安装在旋压机的旋压芯模上；
第二步，调整旋轮攻角；所述的旋轮有2个或3个，均为R8/30°旋轮；各旋轮移动至筒形件旋压毛坯的起旋端，并将该旋轮的攻角调整至与筒形件旋压毛坯轴线垂直；
第三步，旋压；所述的旋压过程为两道次旋压；
Ⅰ一道次旋压：启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施同步错距旋压；所述两个旋轮运动中的进给速度均为100mm/min，旋压机主轴转速为100r/min；
Ⅱ调整旋压间隙；将所述第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为2mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为1mm；
Ⅲ二道次旋压；启动旋压机，使所述的两个旋轮沿筒形件旋压毛坯的轴向运动，对所述的筒形件旋压毛坯实施异步错距旋压，完成对筒形件旋压毛坯的旋压成型，得到的筒形件；旋压时，第一旋轮的进给速度为110mm/min，第二旋轮的进给速度为100mm/min；旋压机主轴转速为100r/min；
第四步，卸料；
当完成对筒形件旋压毛坯的旋压后，从旋压机上卸下并清理得到的筒形件。
2.如权利要求1所述一种异步错距旋压加工方法，其特征在于，当采用2个旋轮时，各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为4mm。
3.如权利要求1所述一种异步错距旋压加工方法，其特征在于，当采用3个旋轮时，各旋轮之间的轴向错距量为6～8mm，第一旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为8.5mm；第二旋轮的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为7.5mm；第三旋轮3的R角的顶端表面与旋压芯模表面的直线距离为6mm。
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