CN106862354A - 旋轮托架夹柄装置及大型薄壁曲面制品的旋压加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋轮托架夹柄装置及大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其中旋轮托架夹柄装置，包括刀杆、轮座和旋压滚轮，旋压滚轮为三圆弧复合形。大型薄壁曲面制品的旋压加工方法是将有好的延展性的板形坯料周边固定在工装上或模具上，整体放置在大型立车平台上，旋压装置固定在车床刀架上，车床编程曲面圆弧曲线，对坏料分层次循序渐进，快速旋转并向下按圆弧轨迹进给加工，毛坯在旋轮的作用下产生塑性变形，累积成形为曲面。本发明大幅提高产品的质量和生产效益，确保拉伸过程中不会因过渡拉伸造成破裂现象，表面光整度保持光滑无任何划伤。

Description

旋轮托架夹柄装置及大型薄壁曲面制品的旋压加工方法

技术领域

本发明属于旋压加工技术领域，尤其是涉及一种旋轮托架夹柄装置及大型薄壁曲面制品的旋压加工方法。

背景技术

旋压工艺是一种连续的局部逐点变形的塑性加工工艺，在加工薄壁曲面件方面有着无可比拟的优势，可生产出高强度、高性能的回转体零件.是薄壁空心回转体零件最有效的制造方法之一，在航空、汽车、兵器等塑性加工领域占有很重要的地位。对于大型薄壁曲面的成形加工，特别单件小批量生产模式，在生产过程中，如采用传统旋压方式，制做凹凸模或胎具方法，不仅模具胎具精度尺寸要求高，结构大，需专用的大型旋压机床设备，成本很高，生产周期长，在研制生产中是一项技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，该结构实现了激光和白光照明兼用的功能，该设计具有结构紧凑，小型化，重量轻，操作流程简单的优点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋轮托架夹柄装置，包括刀杆、轮座和旋压滚轮，所述刀杆和轮座一体成型，且轮座倾斜固定于刀杆的端部，刀杆和轮座之间所呈夹角β为钝角，旋压滚轮的两侧卡设有轴承座，轴承座内安装有轴承，旋压滚轮、轴承和轴承座设于轮座内，并通过芯轴贯穿连接，芯轴通过螺母锁紧于轮座。

进一步，所述芯轴和轴承之间以及螺母和轴承之间均设有挡圈。

进一步，所述轮座的侧部与刀杆呈倾斜钝角β，芯轴的轴心线与刀杆较长的侧边之间所呈夹角λ为锐角。

进一步，所述轮座的前部与刀杆呈倾斜夹角β，芯轴的轴心线垂直于刀杆的较长的侧边。

一种大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，应用上述的旋轮托架夹柄装置，包括如下步骤：

步骤A，将等直径的铝板，通过紧固螺钉固定在机床上的支承工装法兰圆环上，压紧过程中保持边缘平整；

步骤B，将旋轮托架夹柄装置安装在刀架上，旋压滚轮垂直于机床台面，以中心对刀，在旋压加工时采用由边缘向中心进刀方式；

步骤C，编制球面圆弧曲线程序，确定球面半径为工件最终值，保持曲面轨迹和进给路径不变，多次循序渐近，旋压成型，然后进行精整加工；

步骤D，松动紧固螺钉，释放应力，减少变形回弹，再次紧固螺钉；

步骤E，进行精整加工，同样的加工轨迹，使薄壁曲面一次成型，之后再精整加工一次；

步骤F，切割薄壁曲面制品的最大外圆成型，拆卸工件各工装。

进一步，所述步骤B中，机床顺时针旋转时，旋压滚轮从机床中心向周边进刀，机床逆时针旋转时，旋压滚轮从机床周边向中心进刀，走刀轨迹采用补正的方式。

进一步，所述轮座和旋压滚轮装夹后所呈的螺旋升角和后角均为8～12°。

进一步，所述步骤C中，采用的切割速度为500-700m/min，精整加工之前的走刀量为5-8mm/转，精整加工时的走刀量为1-4mm/转，旋压时每道次的旋压深度为50mm。

进一步，所述旋压滚轮为三圆弧复合形。

进一步，所述旋压滚轮的材质为聚氨酯或尼龙或铝青铜。

相对于现有技术，本发明所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法具有以下优势：

1、采用旋压快速成型加工技巧，大幅提高产品的质量和生产效益；

2、在整个加工过程中，始终以分层次循序渐近的操作原则，使被加工材料能够充分均匀的延展拉伸，使材料拉伸点达到均衡状态，以确保拉伸过程中不会因过渡拉伸造成破裂现象，表面光整度保持光滑无任何划伤。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1中旋轮托架夹柄装置的结构示意图；

图2为图1中刀杆和轮座的结构示意图；

图3为实施例2中旋轮托架夹柄装置的结构示意图；

图4为图2的结构分解图；

图5为铝板加工过程中旋压滚轮的运动路径图；

附图标记说明：

1-芯轴；2-挡圈；3-轴承；4-刀杆；5-轴承座；6-螺母；7-旋压滚轮；8-轮座；81-侧部；82-前部。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例1和实施例2来详细说明本发明的旋轮托架夹柄装置。

实施例1

如图1、2所示，一种旋轮托架夹柄装置，包括刀杆4、轮座8和旋压滚轮7，所述刀杆4和轮座8一体成型，且轮座8倾斜固定于刀杆4的端部，刀杆4和轮座8之间所呈夹角β为钝角，旋压滚轮7的两侧卡设有轴承座5，轴承座5内安装有轴承3，旋压滚轮7、轴承3和轴承座5设于轮座8内，并通过芯轴1贯穿连接，芯轴1通过螺母6锁紧于轮座8。

所述芯轴1和轴承3之间以及螺母6和轴承3之间均设有挡圈2。

所述轮座8的侧部81与刀杆4呈倾斜钝角β，芯轴1的轴心线与刀杆4较长的侧边之间所呈夹角λ为锐角。

所述旋压滚轮7的材质为聚氨酯或尼龙或铝青铜。

所述旋压滚轮7为三圆弧复合形。

实施例2

如图3、4所示，一种旋轮托架夹柄装置，包括刀杆4、轮座8和旋压滚轮7，所述刀杆4和轮座8一体成型，且轮座8倾斜固定于刀杆4的端部，刀杆4和轮座8之间所呈夹角β为钝角，旋压滚轮7的两侧卡设有轴承座5，轴承座5内安装有轴承3，旋压滚轮7、轴承3和轴承座5设于轮座8内，并通过芯轴1贯穿连接，芯轴1通过螺母6锁紧于轮座8。

所述芯轴1和轴承3之间以及螺母6和轴承3之间均设有挡圈2。

轮座8的前部82与刀杆4呈倾斜夹角β，芯轴1的轴心线垂直于刀杆4的较长的侧边。

所述旋压滚轮7的材质为聚氨酯或尼龙或铝青铜。

所述旋压滚轮7为三圆弧复合形。

实施例1和实施例2中，将旋压滚轮7设计为三圆弧复合形，有效解决加工中材料在旋压滚轮7前端堆积，旋压滚轮7实际压下量增大，旋压力增大的难题。通过合理的加工参数控制，避免超薄壁件的局部刚度不够造成失稳，实现加工。而且有效控制旋压滚轮与坯料的接触面，并且光滑过渡，加工中可减少应力，减小或完合避免内表面的非对称表面延伸，同时可更好保证加工精度。

实施例2适合工件小，旋压深度较大的产品。实施例1适合工件大，旋压深度相对小的工件，这样加工中，旋压滚轮7与坯料能平缓接触，主要作用力径向垂直旋压滚轮7，进给力和托架及旋压滚轮7走刀方向保持垂直，加工过程能保持平缓。

可根据不同的坯料材质选取不同的旋压滚轮7的材质，对于延伸率大，强度低的材质，旋压滚轮采用聚氨脂和尼龙柔性轮。对于延伸率小，强度高的材质选用铝青铜刚性好的刚性材质。

下面将结合实施例3详细说明本发明的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法。

实施例3

需要制作的产品为一圆柱形容器的顶部，为直径5米多的超大型薄壁球形曲面，壁厚3mm，材料为LF21-0铝板，因达不到一定的批量，不适采用模具胎具制做。经过分析，采用大型薄壁曲面在车床上进行旋压加工实现的方法。

毛坯铝板需固定在具有一定强度的等直径圆环法兰工装上，工装起固定和支承作用，便于向下旋压。设计支承工装为圆环状，材质为Q235，直径为5米，圆环宽度为135mm，高度100mm，圆上均布螺纹孔，以便于平整均匀紧固压紧毛坯铝板，避免旋压拉伸边缘产生拉伸变形褶皱现象。

制做旋轮托架夹柄装置，为保证良好的性能，采用45调质钢整体加工成型，夹柄截面设计为平行四边形，装夹后自然形成8-12°的螺旋升角和后角，使加工过程更容易切入，更加平稳。

根据向铝板加压的情况，设计旋压滚轮的直径为140mm，铝板材料LF21-O易延伸，但表面硬度低，为了避免在拉伸过程中内表面出现压痕，影响表面光洁度，同时，有效避免多次旋压后内表面表面积增加，导致产品中心出现褶皱现象，旋压滚轮7的材料采用非金属聚氨酯制做。

本发明采用一种大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，应用上述旋轮托架夹柄装置，包括如下步骤：

步骤A，将等直径的铝板，通过紧固螺钉固定在机床上的支承工装法兰圆环上，压紧过程中保持边缘平整；

步骤B，将旋轮托架夹柄装置安装在刀架上，旋压滚轮7垂直于机床台面，以中心对刀，在旋压加工时采用由边缘向中心进刀方式；

步骤C，编制球面圆弧曲线程序，确定球面半径为工件最终值，保持曲面轨迹和进给路径不变，多次循序渐近，旋压成型，然后进行精整加工；

步骤D，松动紧固螺钉，释放应力，减少变形回弹，再次紧固螺钉；

步骤E，进行精整加工，同样的加工轨迹，使薄壁曲面一次成型，之后再精整加工一次；

步骤F，切割薄壁曲面制品的最大外圆成型，拆卸工件各工装。

所述步骤B中，机床顺时针旋转时，旋压滚轮7从机床中心向周边进刀，机床逆时针旋转时，旋压滚轮7从机床周边向中心进刀，走刀轨迹采用补正的方式。

所述轮座8和旋压滚轮7装夹后所呈的螺旋升角和后角均为8～12°。

所述步骤C中，采用的切割速度为500-700m/min，精整加工之前的走刀量为5-8mm/转，精整加工时的走刀量为1-4mm/转。

所述步骤C中，旋压时每道次的旋压深度为50mm。

该加工方法是将一定厚度且有较好延展性的板形坯料周边固定在工装上或模具上，整体放置在大型立车平台上，制作专用的旋轮托架夹柄装置，固定在车床刀架上，旋轮托架夹柄装置上固定旋压滚轮7，车床编程曲面圆弧曲线，对坯料分层次循序渐进，快速旋转并向下按圆弧补正轨迹进给加压。旋压滚轮7由于与工件间的摩擦力作用面被动的旋转，并同时作平行于母线方向的进给运动，毛坯与旋压滚轮7之间的相对运动是一个螺旋式的进程。毛坯在旋压滚轮7的作用下产生塑性变形，形变过程如图5所示的箭头方向，由于被旋压的金属周向方向流动阻力较大，因此沿着阻力最小的轴向下流动，累积成形为技术要求复合曲面。按照旋压时金属流动的方向与旋压滚轮7运动的方向是否一致可以分为正旋和反旋两种。前者指方向相同，后者则方向相反。在实际旋压中，两种方两种方法都得到了很好的运用，有时也可联合使用。

旋轮托架夹柄装置主要的作用是支撑作用，而不是作为加工形成曲面的基准，相对模胎，极大简化，常用铝或钢材质的管类件焊接而成，通过工装，工件的坯料可牢固的固定在车床的平台上，并能压紧，实施加工。

车床为普通数控立车，不需要进行车床的改造，在加工中按车床的转速、走刀量等参数实施。

本发明针对目前大型薄壁曲面不易的加工技术特点入手，薄壁曲面成型一般采用凹凸模，冷热拉伸成形，但针对大直径，特别3米以上单件小批量加工曲面时，制作拉伸模具的成本高，需专用的拉伸液压机床设备，产品质量和生产周期受到很大影响，利用大型立车，制作三圆弧复合旋轮及工装，采用旋压快速成型加工技巧，大幅提高产品的质量和生产效益。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.旋轮托架夹柄装置，其特征在于：包括刀杆(4)、轮座(8)和旋压滚轮(7)，所述刀杆(4)和轮座(8)一体成型，且轮座(8)倾斜固定于刀杆(4)的端部，刀杆(4)和轮座(8)之间所呈夹角β为钝角，旋压滚轮(7)的两侧卡设有轴承座(5)，轴承座(5)内安装有轴承(3)，旋压滚轮(7)、轴承(3)和轴承座(5)设于轮座(8)内，并通过芯轴(1)贯穿连接，芯轴(1)通过螺母(6)锁紧于轮座(8)。

2.根据权利要求1所述的旋轮托架夹柄装置，其特征在于：所述芯轴(1)和轴承(3)之间以及螺母(6)和轴承(3)之间均设有挡圈(2)。

3.根据权利要求1所述的旋轮托架夹柄装置，其特征在于：所述轮座(8)的侧部(81)与刀杆(4)呈倾斜钝角β，芯轴(1)的轴心线与刀杆(4)较长的侧边之间所呈夹角λ为锐角。

4.根据权利要求1所述的旋轮托架夹柄装置，其特征在于：所述轮座(8)的前部(82)与刀杆(4)呈倾斜夹角β，芯轴(1)的轴心线垂直于刀杆(4)的较长的侧边。

5.一种大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，应用权利要求1～4任一项的旋轮托架夹柄装置，其特征在于：包括如下步骤：

步骤A，将等直径的铝板，通过紧固螺钉固定在机床上的支承工装法兰圆环上，压紧过程中保持边缘平整；

步骤B，将旋轮托架夹柄装置安装在刀架上，旋压滚轮(7)垂直于机床台面，以中心对刀，在旋压加工时采用由边缘向中心进刀方式；

步骤C，编制球面圆弧曲线程序，确定球面半径为工件最终值，保持曲面轨迹和进给路径不变，多次循序渐近，旋压成型，然后进行精整加工；

步骤D，松动紧固螺钉，释放应力，减少变形回弹，再次紧固螺钉；

步骤E，进行精整加工，同样的加工轨迹，使薄壁曲面一次成型，之后再精整加工一次；

步骤F，切割薄壁曲面制品的最大外圆成型，拆卸工件各工装。

6.根据权利要求5所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其特征在于：所述步骤B中，机床顺时针旋转时，旋压滚轮(7)从机床中心向周边进刀，机床逆时针旋转时，旋压滚轮从机床周边向中心进刀，走刀轨迹采用补正的方式。

7.根据权利要求5所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其特征在于：所述轮座(8)和旋压滚轮(7)装夹后所呈的螺旋升角和后角均为8～12°。

8.根据权利要求5所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其特征在于：所述步骤C中，采用的切割速度为500-700m/min，精整加工之前的走刀量为5-8mm/转，精整加工时的走刀量为1-4mm/转，旋压时每道次的旋压深度为50mm。

9.根据权利要求1所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其特征在于：所述旋压滚轮(7)为三圆弧复合形。

10.根据权利要求1所述的大型薄壁曲面制品的旋压加工方法，其特征在于：所述旋压滚轮(7)的材质为聚氨酯或尼龙或铝青铜。