CN105414299B - 一种回转体零件拉深成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属材料加工成形技术领域，特别涉及一种回转体零件拉深成形装置及方法，装置包括上组合模、凸模、凹模、凹模框、下模、导柱、导套、顶杆及顶料板，凸模与下组合模的下端固定连接，凹模设置在凹模框内，凹模与下模的上端固定连接，顶杆的下端与顶料板连接，顶杆的上端穿过下模与凹模框固定连接。凹模设置在凸模的下方，凸模与凹模的轴线重合。导套的一端与上组合模固定连接，导柱的一端与下模固定连接，导柱的另一端穿插在导套的另一端内。方法包括坯料制作、坯料定位、坯料拉深、坯料退火、模具保压及机械加工。本发明提供的回转体零件拉深成形装置及方法，解决了回转体零件在拉深过程中易出现拉裂、起皱以及划伤的问题。

Description

一种回转体零件拉深成形装置及方法

技术领域

本发明涉及金属材料加工成形技术领域，特别涉及一种回转体零件拉深成形方法及装置。

背景技术

压力容器作为承载一定压力的密闭设备，对气密性及耐压性有严格的要求，常见的压力容器包括金属压力容器、非金属压力容器以及金属内衬复合材料压力容器等。金属内衬复合材料压力容器常见的结构为薄壁回转体，薄壁回转体中的厚壁小体积结构主要采用整体机械加工半件再焊接成形的方法，薄壁大体积结构主要采用旋压或者拉深成型再焊接成形的方法。

不锈钢以其优良的抗腐蚀性能、抗高温氧化性以及高强度而成为金属内衬的常见材料。但不锈钢材料弹性模量较大，旋压成形回弹较大，精度难以保证，因此不锈钢薄壁大体积回转体零件主要采用拉深成形的方法。由于不锈钢材料硬化指数较高，深拉深过程中不锈钢材料加工硬化严重、塑性降低等现象显著，因此金属内衬复合材料压力容器在拉深过程中极易出现拉裂、起皱以及划伤等缺陷。

发明内容

本发明实施例通过提供一种回转体零件拉深成形方法及装置，解决了现有技术中金属薄壁回转体零件在拉深过程中易出现拉裂、起皱以及划伤等缺陷的技术问题，实现了金属薄壁回转体零件的一次性拉深成形，且成形后的金属薄壁回转体零件的合格率高。

本发明实施例提供了一种回转体零件拉深成形装置，所述装置用于将坯料加工为所述回转体零件，所述装置包括：上组合模、凸模、凹模、凹模框、下模、导柱、导套、顶杆及顶料板。所述凸模与所述上组合模的下端固定连接，所述凹模设置在所述凹模框内，所述下模设置在所述凹模的下方，所述凹模与所述下模固定连接；所述凹模设置在所述凸模的下方，所述凸模与所述凹模的轴线重合，所述凸模与所述凹模相配合；所述凸模及所述凹模上开设有通气孔，所述通气孔用于在对所述坯料进行拉深时，对所述坯料的上下方进行排气。

所述顶杆设置在所述顶料板的上方，所述顶杆的下端与所述顶料板连接，所述顶杆的上端穿过所述下模与所述凹模框固定连接。所述坯料固定在所述凹模框的上端，所述坯料的中心设置在所述凸模及所述凹模的轴线上。

所述导套的一端与所述上组合模固定连接，所述导柱的一端与所述下模固定连接，所述导柱的另一端穿插在所述导套的另一端内，所述导柱能够在所述导套内滑动，实现所述凸模与所述凹模合模。

进一步地，所述凸模及所述凹模的热处理硬度大于HRC60。

进一步地，所述凸模与所述凹模合模后，所述凸模与所述凹模之间的最小间隙为kδ+δ_max，所述δ为所述坯料的公称厚度，所述δ_max为所述坯料的最大厚度，所述k为所述坯料的间隙系数。

进一步地，所述凸模及所述凹模表面进行抛光处理。

本发明实施例还提供了一种回转体零件拉深成形方法，包括：坯料制作、坯料定位、坯料拉深、坯料退火、模具保压及机械加工。

所述坯料制作包括：将所述坯料加工成圆形，在所述坯料的外缘上开设止皱缺口。

所述坯料定位包括：将所述坯料的外侧限定在凹模框的上端，将所述坯料的中心设置在凸模及凹模的轴线上。

所述坯料拉深包括：采用10～15t的顶起力向上顶起顶料板，使上组合模及所述凹模框夹紧所述坯料；采用20～25t的下压力推动所述上组合模向下运动，控制所述上组合模的运动速度为5～10mm/s，对所述坯料进行拉深。每进行一次所述坯料拉深过程将所述坯料拉深30～50mm，每次所述坯料拉深过程结束后，控制所述上组合模抬起，使所述凸模与所述凹模分离，卸载所述下压力，然后对所述坯料进行下一次所述坯料拉深过程。

所述坯料退火包括：当所述坯料的拉深高度达到0.5H₀时，取出所述坯料并对所述坯料进行退火处理，所述H₀为所述回转体零件的设计高度H与所述坯料的直段高度余量h之和。

所述模具保压包括：对已完成退火处理的所述坯料再进行所述坯料拉深过程，直至将所述坯料拉深为回转体零件时，控制所述凸模与所述凹模合模，保压2～3min后取出所述回转体零件；经过所述模具保压过程后取出的所述回转体零件具有防皱法兰边及直段高度余量h。

所述机械加工包括：检测所述回转体零件的垂直度及轮廓度，控制所述回转体零件的垂直度及轮廓度小于0.3，采用机械加工的方法去除所述防皱法兰边及所述直段高度余量h。

进一步地，所述坯料定位过程中，采用圆柱销对所述坯料进行定位。

进一步地，所述坯料制作过程中，控制所述止皱缺口沿所述坯料的外缘均匀分布。

进一步地，在所述坯料定位过程前，还包括：涂润滑剂，在所述凸模及所述凹模的表面均匀涂抹所述润滑剂。

进一步地，所述润滑剂为机油或氯化石蜡油。

本发明实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：

1、本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凹模设置在凸模的下方，可保证坯料的压边力均匀分布，防止坯料在拉深的过程中起皱。凸模及凹模上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料进行拉深时，对坯料的上下方进行排气，防止拉深过程中气压增大而影响拉深质量。顶料板不仅是在回转体零件成形时使用，在卸料时相当于卸料装置，用于成形后取出回转体零件。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凸模及凹模的表面进行抛光处理，减小了摩擦阻力，热处理提高了凸模及凹模的耐磨性。

2、本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，将坯料加工成圆形，圆形坯料在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，保证了坯料的周向余量均匀。坯料留有一定的直段高度余量h及压边量，防止拉深过程中边部产生缺陷，保证了回转体零件的成形质量。在坯料的外缘开设止皱缺口，可保证拉深时坯料收缩不干涉，防止挤压形成褶皱而划伤回转体零件及模具表面。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模抬起，使凸模与凹模分离，卸载下压力，然后进行进行下一次坯料拉升过程，分次进行坯料拉深过程，能够释放坯料在拉深过程中产生的局部应力及能量，防止坯料褶皱或拉裂。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，当坯料的拉深高度达到0.5H₀时，对坯料进行退火处理，此时退火处理效果最佳，既能满足退火要求，又能满足后续工艺要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的回转体零件结构示意图；

图2为本发明实施例提供的坯料结构示意图；

图3为本发明实施例提供的的回转体零件拉深成形装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的顶杆及顶料板结构示意图；

图5为本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法流程图。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种回转体零件拉深成形方法及装置，解决了现有技术中金属薄壁回转体零件在拉深过程中易出现拉裂、起皱以及划伤等缺陷的技术问题，实现了金属薄壁回转体零件的一次性拉深成形，且成形后的金属薄壁回转体零件的合格率高。

参见图1～图4，本发明实施例提供了一种回转体零件拉深成形装置，该装置用于将坯料2加工为回转体零件1，加工成形的回转体零件1的最薄壁厚要求大于0.8mm。本发明实施例提供的回转体零件拉深装置包括：上组合模4、凸模7、凹模8、凹模框11、下模9、导柱5、导套6、顶杆12及顶料板13。

参见图1～图4，坯料2(如不锈钢坯料)在拉深过程中，坯料2与拉深模(包括凸模7及凹模8)之间易产生粘接瘤，因此拉深模需要选择抗粘合性强且耐磨的材料；本发明实施例中，上组合模4、凹模框11及下模9采用普通钢材，凸模7及凹模8采用合金或Cr12MoV，凸模7及凹模8的表面进行渗氮及抛光处理，且凸模7及凹模8的热处理硬度大于HRC60。

参见图1～图4，凸模7与上组合模4的下端固定连接，凹模8设置在凹模框11内，下模9设置在凹模8的下方，凹模8的下端与下模9的上端固定连接，凹模8设置在凸模7的下方，凸模7与凹模8的轴线重合，凸模7与凹模8相配合，凹模8设置在凸模7的下方可保证坯料2的压边力均匀分布，防止坯料2在拉深的过程中起皱。顶杆12设置在顶料板13的上方，顶杆12的下端与顶料板13连接，顶杆12的上端穿过下模9与凹模框11固定连接，顶料板13用于与设置在下端的顶起机构连接。顶料板13向上顶升时，带动顶杆12向上顶升，顶杆12带动凹模框11向上顶升，凹模8固定不动。参见图1～图4，坯料2的外缘通过压边结构固定在凹模框11的上端。坯料2的中心设置在凸模7及凹模8的轴线上。凸模7及凹模8上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料2进行拉深时，对坯料2的上下方进行排气。导套6的一端与上组合模4固定连接，导柱5的一端与下模9固定连接，导柱5的另一端穿插在导套6的另一端内，导柱5能够在导套6内滑动，实现凸模7与凹模8合模。凸模7与凹模8合模后，凸模7与凹模8之间的最小间隙为kδ+δ_max，其中δ为坯料2的公称厚度，δ_max为坯料2的最大厚度，k为坯料2的间隙系数；在制造过程中以凹模8尺寸为准，减小凸模7尺寸以取得最小间隙。由于不锈钢坯料2的塑性高、弹性模量大，拉深模设计时需要考虑回弹量，回转体零件1的实际直径为D为回转体零件1的目标直径。

参见图1～图5，本发明实施例还提供了一种回转体零件拉深成形方法，包括：坯料制作、坯料定位、坯料拉深、坯料退火、模具保压及机械加工等步骤。

步骤10、坯料制作，具体包括：步骤101、将坯料2加工成圆形，控制坯料2的厚度为1.5mm。将坯料2加工为圆形可使坯料2在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，以及保证坯料2的周向余量均匀。为保证回转体零件1的成形质量，坯料2留有一定的直段高度余量h及压边量，直段高度余量h为5～10mm，压边量与所需的压边力相关，压边量的大小为坯料2的直径乘以坯料2的厚度系数K，本发明实施例中，坯料2的厚度为1.5mm，厚度系数K为1.07。步骤102、在坯料2的外缘开设止皱缺口3，且止皱缺口3沿坯料2的外缘均匀分布，止皱缺口3内小外大，内部尖角采用倒圆角处理。止皱缺口3用于保证拉深时坯料2收缩不干涉，以防挤压形成褶皱而划伤回转体零件1及拉深模表面。

步骤20、涂润滑剂，具体为：在凸模7及凹模8的表面均匀涂抹润滑剂。本发明实施例中，润滑剂采用机油或氯化石蜡油。

步骤30、坯料定位，具体为：利用圆柱销对坯料2进行定位，利用压边机构将坯料2的外缘固定在凹模框11的上端，将坯料2的中心设置在凸模7及凹模8的轴线上。

步骤40、坯料拉深，具体包括：步骤401、采用10～15t的顶起力向上顶起顶料板13，使上组合模4及凹模框11夹紧坯料2。步骤402、采用20～25t的下压力推动上组合模4向下运动，控制上组合模4的运动速度为5～10mm/s，对坯料2进行拉深。每进行一次坯料拉升过程，将坯料2的高度拉深30～50mm，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模4抬起，使凸模7与凹模8分离，卸载下压力，然后进行下一次坯料拉升过程。

步骤50、坯料退火，具体为：当坯料2的拉深高度达到0.5H₀时，取出坯料2并对坯料2进行退火处理。其中，H₀为回转体零件1的设计高度H与坯料2的直段高度余量h之和；

步骤60、模具保压，具体为：对已完成退火处理的坯料2再进行坯料拉深过程，直至将坯料2拉深为回转体零件1时，控制凸模7与凹模8合模后，保压2～3min后取出回转体零件1。经过模具保压过程后取出的回转体零件1具有防皱法兰边及一定的直段高度余量h。

步骤70、机械加工，具体为：采用外形检测样板检测回转体零件1的垂直度及轮廓度，控制回转体零件1的垂直度及轮廓度小于0.3，采用机械加工的方法去除防皱法兰边及直段高度余量h。加工时以底面作基准平面，确定回转体零件1的设计高度H，装夹固定后采用线切割去除余量，线切割时高度按照控制，回转体零件1外形加工到位后用于内衬对焊。

在实施本发明是实施例提供的回转体零件拉深成形方法之前，需要对回转体零件拉深成形装置进行安装以及试运行，保证回转体零件拉深成形装置的正常运行。

本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法及装置，至少具备以下有益效果：

本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凹模设置在凸模的下方，可保证坯料的压边力均匀分布，防止坯料在拉深的过程中起皱。凸模及凹模上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料进行拉深时，对坯料的上下方进行排气，防止拉深过程中气压增大而影响拉深质量。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，顶料板不仅是在回转体零件成形时使用，在卸料时相当于卸料装置，用于成形后取出回转体零件。凸模及凹模的表面进行抛光处理，减小了摩擦阻力，热处理提高了凸模及凹模的耐磨性。

本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，将坯料加工成圆形，圆形坯料在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，保证了坯料的周向余量均匀。坯料留有一定的直段高度余量h及压边量，防止拉深过程中边部产生缺陷，保证了回转体零件的成形质量。在坯料的外缘开设止皱缺口，可保证拉深时坯料收缩不干涉，防止挤压形成褶皱而划伤回转体零件及模具表面。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模抬起，使凸模与凹模分离，卸载下压力，然后进行进行下一次坯料拉升过程，分次进行坯料拉深过程，能够释放坯料在拉深过程中产生的局部应力及能量，防止坯料褶皱或拉裂。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，当坯料的拉深高度达到0.5H₀时，对坯料进行退火处理，此时退火处理效果最佳，既能满足退火要求，又能满足后续工艺要求。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种回转体零件拉深成形装置，所述装置用于将坯料加工为所述回转体零件，其特征在于，所述装置包括：上组合模、凸模、凹模、凹模框、下模、导柱、导套、顶杆及顶料板；

所述凸模与所述上组合模的下端固定连接，所述凹模设置在所述凹模框内，所述下模设置在所述凹模的下方，所述凹模与所述下模固定连接；所述凹模设置在所述凸模的下方，所述凸模与所述凹模的轴线重合，所述凸模与所述凹模相配合；所述凸模及所述凹模上开设有通气孔，所述通气孔用于在对所述坯料进行拉深时，对所述坯料的上下方进行排气；

所述顶杆设置在所述顶料板的上方，所述顶杆的下端与所述顶料板连接，所述顶杆的上端穿过所述下模与所述凹模框固定连接；

所述坯料固定在所述凹模框的上端，所述坯料的中心设置在所述凸模及所述凹模的轴线上；

所述导套的一端与所述上组合模固定连接，所述导柱的一端与所述下模固定连接，所述导柱的另一端穿插在所述导套的另一端内，所述导柱能够在所述导套内滑动，实现所述凸模与所述凹模合模。

2.如权利要求1所述的回转体零件拉深成形装置，其特征在于，所述凸模及所述凹模的热处理硬度大于HRC60。

3.如权利要求2所述的回转体零件拉深成形装置，其特征在于，所述凸模与所述凹模合模后，所述凸模与所述凹模之间的最小间隙为kδ+δ_max，所述δ为所述坯料的公称厚度，所述δ_max为所述坯料的最大厚度，所述k为所述坯料的间隙系数。

4.如权利要求3所述的回转体零件拉深成形装置，其特征在于，所述凸模及所述凹模表面进行抛光处理。

5.一种回转体零件拉深成形方法，其特征在于，包括：坯料制作、坯料定位、坯料拉深、坯料退火、模具保压及机械加工；

所述坯料制作包括：将所述坯料加工成圆形，坯料留有一定的压边量，压边量与所需的压边力相关，压边量的大小为坯料的直径乘以坯料的厚度系数K；在所述坯料的外缘上开设止皱缺口，止皱缺口沿坯料的外缘均匀分布，止皱缺口内小外大，内部尖角采用倒圆角处理；

所述坯料定位包括：将所述坯料的外侧限定在凹模框的上端，将所述坯料的中心设置在凸模及凹模的轴线上；

所述坯料拉深包括：采用10～15t的顶起力向上顶起顶料板，使上组合模及所述凹模框夹紧所述坯料；采用20～25t的下压力推动所述上组合模向下运动，控制所述上组合模的运动速度为5～10mm/s，对所述坯料进行拉深；

每进行一次所述坯料拉深过程将所述坯料拉深30～50mm，每次所述坯料拉深过程结束后，控制所述上组合模抬起，使所述凸模与所述凹模分离，卸载所述下压力，然后对所述坯料进行下一次所述坯料拉深过程；

所述坯料退火包括：当所述坯料的拉深高度达到0.5H₀时，取出所述坯料并对所述坯料进行退火处理，所述H₀为所述回转体零件的设计高度H与所述坯料的直段高度余量h之和；

所述模具保压包括：对已完成退火处理的所述坯料再进行所述坯料拉深过程，直至将所述坯料拉深为回转体零件时，控制所述凸模与所述凹模合模，保压2～3min后取出所述回转体零件；经过所述模具保压过程后取出的所述回转体零件具有防皱法兰边及直段高度余量h；

所述机械加工包括：检测所述回转体零件的垂直度及轮廓度，控制所述回转体零件的垂直度及轮廓度小于0.3，采用机械加工的方法去除所述防皱法兰边及所述直段高度余量h。

6.如权利要求5所述的回转体零件拉深成形方法，其特征在于，所述坯料定位过程中，采用圆柱销对所述坯料进行定位。

7.如权利要求6所述的回转体零件拉深成形方法，其特征在于，在所述坯料定位过程前，还包括：

涂润滑剂，在所述凸模及所述凹模的表面均匀涂抹所述润滑剂。

8.如权利要求7所述的回转体零件拉深成形方法，其特征在于，所述润滑剂为机油或氯化石蜡油。