CN106270205B - 一种带预紧结构的旋压增厚成形模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带预紧结构的旋压增厚成形模具，该成形模具包括上压盘、下压盘和旋压轮，所述上压盘包括上定盘、碟簧和上动盘，上定盘中部开设有凹槽，碟簧和上动盘均嵌装在凹槽内，并且碟簧位于上定盘和上动盘之间，三者同轴设置，并通过紧固件相连；所述旋压轮包括心轮、环形槽轮和压紧盖，心轮的下端为法兰结构，其中部设有圆孔，上端面均布有防转槽，心轮依次穿过环形槽轮和压紧盖，并与压紧盖螺纹连接，压紧盖上端面均布有防转槽，该防转槽与心轮上端面的防转槽对齐，对齐的防转槽内安装有通过紧固件固定在心轮上端面上的防转键。本发明可有效解决工件翘曲以及模具过早失效的问题，具有结构简单、成形方便等优点。
Description
技术领域
本发明属于旋压增厚技术领域，更具体地，涉及一种带预紧结构的旋压增厚成形模具。
背景技术
旋压是一种成形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轴线旋转时，旋压工具沿坯料径向相对进给，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，该方法在最终厚度增加较大时，需要经多次旋压。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。以上旋压技术均针对轮缘旋压增厚，由于在旋压过程中旋轮槽中受坯料的楔入力，极易开裂，且工件在上下压盘的夹持下，夹持不稳，极易出现翘曲，因此需对现有的旋压模具进行改进设计。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种旋压增厚成形模具，其中结合旋压增厚成形的工艺特点，相应设计了带预紧结构的适用于盘形件轮缘旋压增厚的旋压增厚成形模具，通过对其关键组件如上压盘和旋压轮的结构及其具体工艺参数进行研究和设计，相应的可有效解决工件翘曲以及模具过早失效的问题，具有结构简单、成形方便等优点。
为实现上述目的，本发明提出了一种带预紧结构的旋压增厚成形模具，该成形模具包括上压盘、下压盘和旋压轮，其中：
所述上压盘包括上定盘、碟簧和上动盘，该上定盘中部开设有凹槽，所述碟簧和上动盘均嵌装在该上定盘中部的凹槽内，并且碟簧位于上定盘和上动盘之间，所述上定盘、碟簧和上动盘同轴设置，并通过紧固件相连；
所述旋压轮包括心轮、带环形槽的环形槽轮和压紧盖，所述心轮的下端为法兰结构，其中部设有圆孔，上端面均布有防转槽，该心轮依次穿过所述环形槽轮和压紧盖，并与压紧盖螺纹连接，所述压紧盖的上端面同样均布有防转槽，该防转槽与心轮上端面的防转槽对齐，对齐的防转槽内安装有防转键，该防转键通过紧固件固定在心轮的上端面上。
作为进一步优选的，所述环形槽轮的环形槽的槽宽H2大于待旋压板坯厚度t且小于2.3t，环形槽轮两侧壁厚H1、H3大于10mm同时大于所述槽宽H2的3倍；环形槽上下侧壁倾角α1、α2优选为94-96°，槽底厚度L2优选大于所述槽宽H2的3倍同时大于10mm。
作为进一步优选的，所述心轮下端法兰结构的上表面由位于内侧的凹槽结构和位于外侧的平面结构构成，该平面结构与环形槽轮的下表面接触，其接触宽度为L4，所述压紧盖下表面的端缘为凸起结构，该凸起结构与环形槽轮的上表面接触，其接触宽度为L3，所述L4和L3相等，并且为环形槽轮轮槽深度的1.1-1.2倍。
作为进一步优选的，所述环形槽轮的轴向预紧力F通过拧紧压紧盖与心轮之间的螺纹控制，当拧紧到预定的压紧力后，在压紧盖与心轮的防转槽中安装防转键，防止工作中压紧盖与心轮松开。
作为进一步优选的，所述预紧力F采用以下公式计算：
式中：σs为待旋压板坯的屈服强度，H2为环形槽的槽宽，r1为成形后工件的半径，r2为环形槽轮的外半径。
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.本发明将上压盘设计成组合结构，并在上压盘内通过内置的方式设置有蝶形弹簧，在旋压增厚过程中，使得上压盘的上动盘始终保持对工件盘面的压力，有效解决了工件在旋压过程中，盘面由于受到周期性压力而引起变形及翘曲的问题，夹持稳定方便。
2.本发明将旋压轮设计成组合结构，通过心轮和压紧盖的螺纹配合，可事先对与工件接触的环形槽轮施加轴向预压力，提高其承受成形过程中工件的楔入力的能力，有效防止旋轮破裂，提高了旋轮的使用寿命。
3.本发明还对旋压轮中各部件的形状及工艺尺寸进行了研究和设计，获得满足旋压工艺要求的心轮、环形槽轮和压紧盖，在提高旋轮使用寿命的同时，可制备出满足实际工艺需求的工件。
附图说明
图1(a)和(b)分别是本发明成形模具总装的剖视图和俯视图；
图2(a)是本发明的环形槽轮的结构示意图；
图2(b)是图2(a)的局部放大图；
图3(a)是本发明的心轮的结构示意图；
图3(b)是图3(a)的C-C面剖视图；图3(c)是图3(b)的局部放大图；
图4(a)是本发明的压紧盖的结构示意图；
图4(b)是图4(a)的E-E面剖视图；图4(c)是图4(b)的局部放大图。
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。
如图1所示，本发明实施例提供的一种带预紧结构的旋压增厚成形模具，该成形模具包括上压盘1、下压盘3和旋压轮4，其中，上压盘1为组合式结构，下压盘3与上压盘1配合使用，用于夹持坯料2并与坯料2一同绕轴线旋转，下压盘3为常规的圆盘形结构，旋压轮4用于沿圆盘坯料径向进给将圆盘形坯料轮缘增厚，其同样为组合式结构，其在使用之前可对用于旋压增厚工件的环形槽轮施加预压力，可提高环形槽轮承受成形中工件的楔入力，有效防止旋轮破裂，提高旋轮的使用寿命，通过上述各个部件的相互配合，可实现工件的有效旋压增厚，并可防止工件翘曲，且可解决旋压增厚成形模具过早失效的问题。
下面将对各个关键部件逐一进行更为具体的说明。
如图1所示，作为其中一个关键部件的上压盘1包括上定盘1-1、碟簧1-2和上动盘1-3，该上定盘1-1中部开设有凹槽，所述碟簧1-2和上动盘1-3均嵌装在该上定盘1-1中部的凹槽内，并且碟簧1-2位于上定盘1-1和上动盘1-3之间，所述上定盘1-1、碟簧1-2和上动盘1-3同轴设置，并通过紧固件譬如螺钉1-4相连，螺钉1-4依次穿过上动盘1-3、碟簧1-2，然后与上定盘1-1螺纹连接，以将上动盘1-3、碟簧1-2挂接在上定盘1-1上。在非夹持状态下(即未使用时)，上动盘1-3伸出上定盘1-2mm，碟簧1-2处于未压缩状态，当用于夹持时，上动盘1-3被动受压，从而压缩碟簧1-2，使上动盘1-3的下表面与上定盘1-1的下表面平齐，以保证在夹持状态下，碟簧1-2处于压缩状态，从而给上动盘1-3提供夹持坯料的压力。
作为另一个关键部件的旋压轮4包括心轮4-4、环形槽轮4-5和压紧盖4-1，所述心轮4-4的下端为法兰结构，其中部设有圆孔，该圆孔与用于旋压的旋压机的轴承配合，该心轮4-4的上端面均布有防转槽，其圆柱面上端设有外螺纹，该心轮4-4依次穿过环形槽轮4-5和压紧盖4-1，其圆柱面上设置的外螺纹与压紧盖4-1内壁上的螺纹连接，所述压紧盖4-1的上端面同样均布有防转槽，该防转槽与心轮4-4上端面的防转槽对齐，对齐的防转槽内对称安装有防转键4-2，该防转键4-2通过紧固件例如螺钉4-3固定在心轮4-4的上端面上。
如图2所示，环形槽轮4-5外侧面设有环形槽，该环形槽的槽宽H2大于待旋压增厚的原始板坯厚度t，且同时小于2.3t，槽宽在该范围内可有效防止轮缘旋压卷曲，槽深(轮槽深度)L1与工件轮缘增厚所要求的宽度相同；环形槽轮两侧壁厚H1、H3大于10mm，可便于制造和装配，同时大于槽宽H2的3倍，可有效的保证足够的承载能力；环形槽上下侧壁倾角α1、α2为94-96°(即环形槽上下侧壁与环形槽轮4-5轴线的夹角)，倾角在该范围内，可防止轮缘旋压时失稳，保证旋压的稳定性，槽底厚度L2大于槽宽H2的3倍同时大于10mm，在保证足够的承载能力时还便于制造和装配。
如图3所示，心轮4-4下端法兰结构的上表面由位于内侧的凹槽结构和位于外侧的平面结构构成，该平面结构与环形槽轮4-5的下表面接触，其接触宽度为L4。
如图4所示，压紧盖4-1下表面的端缘为凸起结构，该凸起结构与环形槽轮4-5的上表面接触，其接触宽度为L3，本发明中将L3和L4设置为相等，并且为环形槽轮轮槽深度L1的1.1-1.2倍。
通过拧紧压紧盖4-1与心轮4-4之间的螺纹可控制环形槽轮4-5的轴向预紧力F，当拧紧到预定的压紧力后，在压紧盖4-1与心轮4-4的防转槽中安装防转键4-2，防止旋压中压紧盖4-1与心轮4-4之间松开。
其中，预紧力F按照以下公式计算：
本实施例中坯料初始板厚厚度t＝2.0mm，工件成形后轮缘厚度为4mm，宽度为4mm(即槽深L1为4mm)，工件半径r1＝135mm，材料为45号钢，屈服强度σs为330Mpa，环形槽轮外半径为r2＝80mm。根据成形件的需要，槽宽H2取4mm(等于工件轮缘厚度)，该槽宽满足条件t＝2mm<H2＝4mm＜2.3t＝4.6mm，槽底厚度L2取13mm＞3×H2＝12mm，壁厚H1＝H3取13mm＞3×H2＝12mm，上下壁倾角α1＝α2＝95°，环形槽轮与心轮和压盖接触区域宽度L3＝L4＝1.2×4＝4.8mm，则压紧盖拧紧的预紧力为：
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 (4)
1.一种带预紧结构的旋压增厚成形模具，其特征在于，该成形模具包括上压盘(1)、下压盘(3)和旋压轮(4)，其中：
所述上压盘包括上定盘(1-1)、碟簧(1-2)和上动盘(1-3)，该上定盘(1-1)中部开设有凹槽，所述碟簧(1-2)和上动盘(1-3)均嵌装在该上定盘(1-1)中部的凹槽内，并且碟簧(1-2)位于上定盘(1-1)和上动盘(1-3)之间，所述上定盘(1-1)、碟簧(1-2)和上动盘(1-3)同轴设置，并通过紧固件相连；在非夹持状态下，上动盘(1-3)伸出上定盘1-2mm，碟簧(1-2)处于未压缩状态，当用于夹持时，上动盘(1-3)被动受压，从而压缩碟簧(1-2)，使上动盘(1-3)的下表面与上定盘(1-1)的下表面平齐，以保证在夹持状态下，碟簧(1-2)处于压缩状态，从而给上动盘(1-3)提供夹持坯料的压力；
所述旋压轮(4)包括心轮(4-4)、带环形槽的环形槽轮(4-5)和压紧盖(4-1)，所述心轮(4-4)的下端为法兰结构，其中部设有圆孔，上端面均布有防转槽，该心轮(4-4)依次穿过所述环形槽轮(4-5)和压紧盖(4-1)，并与压紧盖(4-1)螺纹连接，所述压紧盖(4-1)的上端面同样均布有防转槽，该防转槽与心轮(4-4)上端面的防转槽对齐，对齐的防转槽内安装有防转键(4-2)，该防转键(4-2)通过紧固件固定在心轮(4-4)的上端面上；所述环形槽轮(4-5)的环形槽的槽宽H2大于待旋压板坯厚度t且小于2.3t，环形槽轮(4-5)两侧壁厚H1、H3大于10mm同时大于所述槽宽H2的3倍；环形槽上下侧壁倾角α1、α2为94-96°，槽底厚度L2大于所述槽宽H2的3倍同时大于10mm。
2.如权利要求1所述的带预紧结构的旋压增厚成形模具，其特征在于，所述心轮(4-4)下端法兰结构的上表面由位于内侧的凹槽结构和位于外侧的平面结构构成，该平面结构与环形槽轮(4-5)的下表面接触，其接触宽度为L4，所述压紧盖(4-1)下表面的端缘为凸起结构，该凸起结构与环形槽轮(4-5)的上表面接触，其接触宽度为L3，所述L4和L3相等，并且为环形槽轮轮槽深度的1.1-1.2倍。
3.如权利要求2所述的带预紧结构的旋压增厚成形模具，其特征在于，所述环形槽轮(4-5)的轴向预紧力F通过拧紧压紧盖(4-1)与心轮(4-4)之间的螺纹控制，当拧紧到预定的压紧力后，在压紧盖(4-1)与心轮(4-4)的防转槽中安装防转键(4-2)，防止工作中压紧盖(4-1)与心轮(4-4)松开。
4.如权利要求1-3任一项所述的带预紧结构的旋压增厚成形模具，其特征在于，所述预紧力F采用以下公式计算：
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式中：σs为待旋压板坯的屈服强度，H2为环形槽的槽宽，r1为成形后工件的半径，r2为环形槽轮的外半径。
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