CN107552629B - 一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法，其方法步骤如下：A、准备板料：B、将圆盘坯料经过剪切旋压加工成半成品零件：C、将半成品零件经过普旋加工成筒体零件：D、对筒体零件进行整形旋压处理：E、通过车床对步骤D整形旋压后的筒体零件两端端部进行机械加工，最终得到合格的筒体零件。本发明利用旋压方法整体成形壳体零件，具有产品强度高、精度高、操作工序简单、生产效率高、产品一致性好、投入模具少等诸多优点，成形后零件的组织和机械性能更佳。
Description
技术领域
本发明涉及精确塑性加工技术领域，尤其涉及一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法。
背景技术
随着高空高速无人机的发展，其动力系统微型涡喷发动机也呈现出多样化，推力级别基本实现全覆盖，发动机壳体结构大致一样，但其尺寸各不一样；再则随着产品更新换代的速度加快，其开发制造周期要求越来越短，对其加工精度和成形后强度要求越来越高。目前加工该类零件一般都采用传统的拉深成形工艺方法，该工艺方法投入的模具较多、生产周期较长、表面质量差，加工工序中一般都有3至4次拉伸，并伴有固溶处理、车、旋压等总工序达30多工序。旋压是一种精确塑性成形加工工艺，应用相当广泛，但微型涡喷发动机壳体类零件其结构属于多段深圆筒深圆锥组合面类零件，该零件圆筒形和圆锥形壁厚不一致，圆筒形壁厚为0.5mm，圆锥形壁厚为1.0mm，小圆筒直段尺寸精度要求为要保证其精度，加工难度较大。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法，利用旋压方法整体成形壳体零件，具有产品强度高、精度高、操作工序简单、生产效率高、产品一致性好、投入模具少以及成形后零件的组织和机械性能得到改善等诸多优点。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法，其方法步骤如下：
A、准备板料：准备圆形形状的圆盘坯料，在圆盘坯料的中心开设有一定位孔；
B、剪切旋压加工：将圆盘坯料通过旋压加工系统A将圆盘坯料加工成锥筒形状的半成品零件；所述旋压加工系统A包括第一旋压芯模、第一旋压芯模动力轴、第一旋轮、第一数控旋压机、第一尾顶盘、第一内卸料杆，所述第一旋压芯模整体呈锥筒形状，第一旋压芯模包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，所述第一旋压芯模通过第一法兰盘与第一旋压芯模动力轴连接，所述第一旋压芯模内部具有与第一旋压芯模轴向方向相对应的卸料腔，所述卸料腔贯穿第一旋压芯模的小头端，所述卸料腔中滑动配合安装有第一内卸料杆，所述第一数控旋压机上安装有与第一旋压芯模相对应的第一旋轮，所述第一尾顶盘与第一旋压芯模小头端、第一内卸料杆端部相对应；其剪切旋压加工如下：
将热处理后的圆盘坯料安装于第一旋压芯模小头端与第一尾顶盘端部之间，圆盘坯料的定位孔与第一旋压芯模小头端配合，第一尾顶盘运动并定位夹持固定圆盘坯料，所述第一数控旋压机通过第一旋轮对圆盘坯料进行剪切旋压加工成半成品零件；
C、普旋加工：先将半成品零件进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B将半成品零件加工成筒体零件；所述旋压加工系统B包括第二旋压芯模、第二旋压芯模动力轴、第二旋轮、第二数控旋压机、第二尾顶盘、第二内卸料杆，所述第二旋压芯模与与成品筒体零件相配合的形状，第二旋压芯模包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，所述第二旋压芯模通过第二法兰盘与第二旋压芯模动力轴连接，所述第二旋压芯模内部具有与第二旋压芯模轴向方向相对应的卸料腔，所述卸料腔贯穿第二旋压芯模的小头端，所述卸料腔中滑动配合安装有第二内卸料杆，所述第二数控旋压机上安装有与第二旋压芯模相对应的第二旋轮，所述第二尾顶盘与第二旋压芯模小头端、第二内卸料杆端部相对应；其普旋加工如下：
将热处理后的半成品零件对应安装于第二旋压芯模外部，第二尾顶盘运动与第二内卸料杆一同定位夹持固定半成品零件，所述第二数控旋压机通过第二旋轮对半成品零件进行普旋加工成筒体零件；
D、整形旋压处理：先将步骤C加工后的筒体零件进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B对步骤C加工后的筒体零件进行整形旋压处理，旋压加工系统B分别对筒体零件的AB段、BC段、CD段、DE段进行旋压整形处理；
E、通过车床对步骤D整形旋压后的筒体零件两端端部进行机械加工，最终得到合格的筒体零件。
为了更好地实现本发明，所述步骤D中，通过旋压加工系统B对步骤C加工后筒体零件的AB段、BC段、CD段、DE段进行多次整形旋压处理；同时，通过多道次普旋对筒体零件进行贴模成形。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明利用旋压方法整体成形壳体零件，具有产品强度高、精度高、操作工序简单、生产效率高、产品一致性好、投入模具少等诸多优点，成形后零件的组织和机械性能更佳。
附图说明
图1为本发明所需要圆盘坯料的结构示意图；
图2为本发明所加工出的半成品零件结构示意图；
图3为本发明所要加工出的筒体零件结构示意图；
图4为本发明旋压加工系统B的结构示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－第二旋压芯模，2－第二旋轮,3－第二尾顶盘,4－第二内卸料杆，11－圆盘坯料,12－半成品零件,13－零件椎体顶部。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图4所示，一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法，其方法步骤如下：
A、准备板料：准备圆形形状的圆盘坯料11，在圆盘坯料11的中心开设有一定位孔；
B、剪切旋压加工：将圆盘坯料11通过旋压加工系统A将圆盘坯料11加工成锥筒形状的半成品零件12；旋压加工系统A包括第一旋压芯模、第一旋压芯模动力轴、第一旋轮、第一数控旋压机、第一尾顶盘、第一内卸料杆，第一旋压芯模整体呈锥筒形状，第一旋压芯模包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，第一旋压芯模通过第一法兰盘与第一旋压芯模动力轴连接，第一旋压芯模内部具有与第一旋压芯模轴向方向相对应的卸料腔，卸料腔贯穿第一旋压芯模的小头端，卸料腔中滑动配合安装有第一内卸料杆，第一数控旋压机上安装有与第一旋压芯模相对应的第一旋轮，第一尾顶盘与第一旋压芯模小头端、第一内卸料杆端部相对应；其剪切旋压加工如下：
将热处理后的圆盘坯料11安装于第一旋压芯模小头端与第一尾顶盘端部之间，圆盘坯料11的定位孔与第一旋压芯模小头端配合，第一尾顶盘运动并定位夹持固定圆盘坯料11，第一数控旋压机通过第一旋轮对圆盘坯料11进行剪切旋压加工成半成品零件12；
C、普旋加工：先将半成品零件12进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B将半成品零件12加工成筒体零件；旋压加工系统B包括第二旋压芯模1、第二旋压芯模动力轴、第二旋轮2、第二数控旋压机、第二尾顶盘3、第二内卸料杆4，第二旋压芯模1与与成品筒体零件相配合的形状，第二旋压芯模1包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，第二旋压芯模1通过第二法兰盘与第二旋压芯模动力轴连接，第二旋压芯模1内部具有与第二旋压芯模1轴向方向相对应的卸料腔，卸料腔贯穿第二旋压芯模1的小头端，卸料腔中滑动配合安装有第二内卸料杆4，第二数控旋压机上安装有与第二旋压芯模1相对应的第二旋轮2，第二尾顶盘3与第二旋压芯模1小头端、第二内卸料杆4端部相对应；其普旋加工如下：
将热处理后的半成品零件12对应安装于第二旋压芯模1外部，第二尾顶盘3运动与第二内卸料杆4一同定位夹持固定半成品零件12，半成品零件12的零件椎体顶部13正好被第二尾顶盘3与第二尾顶盘3端部所固定夹持以保证整个半成品零件12在普旋加工过程中不会发生移动，第二数控旋压机通过第二旋轮2对半成品零件12进行普旋加工成筒体零件；
D、整形旋压处理：先将步骤C加工后的筒体零件进行加热处理软化，然后步骤D中，通过旋压加工系统B对步骤C加工后筒体零件的AB段、BC段、CD段、DE段进行多次整形旋压处理；同时，通过多道次普旋对筒体零件进行贴模成形。
E、通过车床对步骤D整形旋压后的筒体零件两端端部进行机械加工，最终得到合格的筒体零件。
本发明按照上述多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法以如下具体实施例来说明本发明的加工方法：
A、准备板料：准备圆形形状的圆盘坯料11，在圆盘坯料11的中心开设有一定位孔；如图3所示，本发明需要加工出图3所示的筒体零件(筒体零件又叫壳体零件)，选用壳体零件材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，筒体零件的BD段变壁厚成形，筒体零件的大直段(筒体零件的AB段)尺寸要求筒体零件的小直段(筒体零件的CD段)尺寸要求总体而言，对于薄钣金零件，精度要求极高。
本发明实施的加工方案为“机械加工-旋压-机械加工”，圆盘坯料11的设计过程为：1)确定圆盘坯料11的壁厚：首先根据最终零件要求壁厚最大为1mm，普旋道次减薄率20％左右确定出普旋之前，剪切旋压完成后零件厚度应达到1.25mm，再根据正弦率sin30°确定零件对应圆盘坯料厚度为2.5mm。2)确定圆盘坯料尺寸：根据材料塑性变形体积不变原理计算坯料尺寸为φ185，预留机械加工的余量最终确定坯料尺寸为φ215。
B、剪切旋压加工：将圆盘坯料11通过旋压加工系统A将圆盘坯料11加工成锥筒形状的半成品零件12；旋压加工系统A包括第一旋压芯模、第一旋压芯模动力轴、第一旋轮、第一数控旋压机、第一尾顶盘、第一内卸料杆，第一旋压芯模整体呈锥筒形状，第一旋压芯模包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，第一旋压芯模通过第一法兰盘与第一旋压芯模动力轴连接，第一旋压芯模内部具有与第一旋压芯模轴向方向相对应的卸料腔，卸料腔贯穿第一旋压芯模的小头端，卸料腔中滑动配合安装有第一内卸料杆，第一数控旋压机上安装有与第一旋压芯模相对应的第一旋轮，第一尾顶盘与第一旋压芯模小头端、第一内卸料杆端部相对应；本实施例使用的第一数控旋压机为2F-900CNC数控旋压机，第一数控旋压机采用西门子840D SL控制系统，通过伺服驱动主轴实现第一旋压芯模的第一旋压芯模动力轴轴向转动，通过伺服驱动旋压底座实现第一旋轮的径向和轴向进给运动，将圆盘坯料11装在第一旋压芯模上，驱动尾座液压缸通过第一尾顶盘顶紧坯料圆盘坯料11，通过设备工装，调整旋轮底座，使第一旋轮端面轴线与第一旋压芯模呈30°夹角。其剪切旋压加工如下：
将热处理后的圆盘坯料11安装于第一旋压芯模小头端与第一尾顶盘端部之间，圆盘坯料11的定位孔与第一旋压芯模小头端配合，第一尾顶盘运动并定位夹持固定圆盘坯料11，第一数控旋压机通过第一旋轮对圆盘坯料11进行剪切旋压加工成半成品零件12；
圆盘坯料11经过一道次剪切旋压成形如图2所示，旋压参数见表一：
表一 剪切旋压参数表
上表中，采用了恒线速，为了更好的使其材料在旋压过程中变形均匀，防止起皱。
2)作为本发明的核心技术，为了不让零件在后续普旋中变形不均匀而失稳，现采取车加工去除锥筒大端不均匀部分；再进行固溶处理，防止后续普旋时起皱，拉裂。
C、普旋加工：先将半成品零件12进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B将半成品零件12加工成筒体零件；旋压加工系统B包括第二旋压芯模1、第二旋压芯模动力轴、第二旋轮2、第二数控旋压机、第二尾顶盘3、第二内卸料杆4，第二旋压芯模1与与成品筒体零件相配合的形状，第二旋压芯模1包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，第二旋压芯模1通过第二法兰盘与第二旋压芯模动力轴连接，第二旋压芯模1内部具有与第二旋压芯模1轴向方向相对应的卸料腔，卸料腔贯穿第二旋压芯模1的小头端，卸料腔中滑动配合安装有第二内卸料杆4，第二数控旋压机上安装有与第二旋压芯模1相对应的第二旋轮2，第二尾顶盘3与第二旋压芯模1小头端、第二内卸料杆4端部相对应；其普旋加工如下：
将热处理后的半成品零件12对应安装于第二旋压芯模1外部，第二尾顶盘3运动与第二内卸料杆4一同定位夹持固定半成品零件12，半成品零件12的零件椎体顶部13正好被第二尾顶盘3与第二尾顶盘3端部所固定夹持以保证整个半成品零件12在普旋加工过程中不会发生移动，第二数控旋压机通过第二旋轮2对半成品零件12进行普旋加工成筒体零件；
普旋加工的旋压参数设定如下：
在BD段以及DE段成形时，第二旋压芯模动力轴的转速为300～550r/min，第二旋压芯模动力轴的倍率：100％；
第二旋轮2的进给速度为：1000～1500mm/min，第二旋轮2每次左右横向偏移量为0.3～0.6mm，第二旋轮2每次径向进给倍率30％；为保证BD段光洁度，再进行一道次普旋，第二旋轮2的进给速度为：300～550mm/min，第二旋轮2每次左右横向偏移量为0.4～0.6mm，第二旋轮2每次径向进给倍率30％；
在AB段成形时，第二旋压芯模动力轴的转速为200～450r/min，第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮2的进给速度为1500～2000mm/min，第二旋轮2每次左右横向偏移量为0.3～0.45mm，第二旋轮2每次径向进给倍率30％；
本发明要对AB段进行贴模减薄处理，在AB段贴模减薄处理时，第二旋压芯模动力轴的转速为200～400r/min，第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮2的进给速度为：200～350mm/min，第二旋轮2每次左右横向偏移量为0.2～0.4mm，第二旋轮2每次径向进给倍率30％。
D、整形旋压处理：先将步骤C加工后的筒体零件进行加热处理软化，然后步骤D中，通过旋压加工系统B对步骤C加工后筒体零件的AB段、BC段、CD段、DE段进行多次整形旋压处理；同时，通过多道次普旋对筒体零件进行贴模成形。完成后的筒体零件AB段壁厚0.65mm，BD段贴模较好，壁厚0.85～1mm，因多次旋压，筒体零件的料表面已硬化，很难贴模，需要热处理后再次双旋轮旋压直边，第二旋压芯模动力轴的转速为200～400r/min第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮2的进给速度为：200～300mm/min，第二旋轮2每次左右横向偏移量为0.2～0.4mm，第二旋轮2每次径向进给倍率50％；完成后AB段壁厚0.5mm。
E、通过车床对步骤D整形旋压后的筒体零件两端端部进行机械加工，最终得到合格的筒体零件。本发明最终根据图纸要求，利用车床仅对筒体零件两端进行机械加工，获得合格产品。
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 (1)
1.一种多段深圆筒深圆锥组合面壳体零件旋压成形方法，其特征在于：其方法步骤如下：
A、准备板料：准备圆形形状的圆盘坯料(11)，在圆盘坯料(11)的中心开设有一定位孔；
所述步骤A中，选用壳体零件材料为1Cr18Ni9Ti不锈钢，筒体零件的BD段变壁厚成形，筒体零件的大直段尺寸要求筒体零件的小直段尺寸要求圆盘坯料(11)的设计过程为：1)确定圆盘坯料(11)的壁厚：首先根据最终零件要求壁厚最大为1mm，普旋道次减薄率20％左右确定出普旋之前，剪切旋压完成后零件厚度应达到1.25mm，再根据正弦率sin30°确定零件对应圆盘坯料厚度为2.5mm，2)确定圆盘坯料尺寸：根据材料塑性变形体积不变原理计算坯料尺寸为预留机械加工的余量最终确定坯料尺寸为
B、剪切旋压加工：将圆盘坯料(11)通过旋压加工系统A将圆盘坯料(11)加工成锥筒形状的半成品零件(12)；所述旋压加工系统A包括第一旋压芯模、第一旋压芯模动力轴、第一旋轮、第一数控旋压机、第一尾顶盘、第一内卸料杆，所述第一旋压芯模整体呈锥筒形状，第一旋压芯模包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，所述第一旋压芯模通过第一法兰盘与第一旋压芯模动力轴连接，所述第一旋压芯模内部具有与第一旋压芯模轴向方向相对应的卸料腔，所述卸料腔贯穿第一旋压芯模的小头端，所述卸料腔中滑动配合安装有第一内卸料杆，所述第一数控旋压机上安装有与第一旋压芯模相对应的第一旋轮，所述第一尾顶盘与第一旋压芯模小头端、第一内卸料杆端部相对应；其剪切旋压加工如下：
将热处理后的圆盘坯料(11)安装于第一旋压芯模小头端与第一尾顶盘端部之间，圆盘坯料(11)的定位孔与第一旋压芯模小头端配合，第一尾顶盘运动并定位夹持固定圆盘坯料(11)，所述第一数控旋压机通过第一旋轮对圆盘坯料(11)进行剪切旋压加工成半成品零件(12)；
所述步骤B中，通过伺服驱动主轴实现第一旋压芯模的第一旋压芯模动力轴轴向转动，通过伺服驱动旋压底座实现第一旋轮的径向和轴向进给运动，将圆盘坯料(11)装在第一旋压芯模上，驱动尾座液压缸通过第一尾顶盘顶紧坯料圆盘坯料(11)，通过设备工装，调整旋轮底座，使第一旋轮端面轴线与第一旋压芯模呈30°夹角，采取车加工去除锥筒大端不均匀部分；再进行固溶处理，圆盘坯料(11)经过一道次剪切旋压成形的旋压参数如下：
C、普旋加工：先将半成品零件(12)进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B将半成品零件(12)加工成筒体零件；所述旋压加工系统B包括第二旋压芯模(1)、第二旋压芯模动力轴、第二旋轮(2)、第二数控旋压机、第二尾顶盘(3)、第二内卸料杆(4)，所述第二旋压芯模(1)与与成品筒体零件相配合的形状，第二旋压芯模(1)包括筒体芯模本体，筒体芯模本体一端为小头端，筒体芯模本体另一端为大头端，所述第二旋压芯模(1)通过第二法兰盘与第二旋压芯模动力轴连接，所述第二旋压芯模(1)内部具有与第二旋压芯模(1)轴向方向相对应的卸料腔，所述卸料腔贯穿第二旋压芯模(1)的小头端，所述卸料腔中滑动配合安装有第二内卸料杆(4)，所述第二数控旋压机上安装有与第二旋压芯模(1)相对应的第二旋轮(2)，所述第二尾顶盘(3)与第二旋压芯模(1)小头端、第二内卸料杆(4)端部相对应；其普旋加工如下：
将热处理后的半成品零件(12)对应安装于第二旋压芯模(1)外部，第二尾顶盘(3)运动与第二内卸料杆(4)一同定位夹持固定半成品零件(12)，所述第二数控旋压机通过第二旋轮(2)对半成品零件(12)进行普旋加工成筒体零件；
所述步骤C中，普旋加工的旋压参数设定如下：
在BD段以及DE段成形时，第二旋压芯模动力轴的转速为300～550r/min，第二旋压芯模动力轴的倍率：100％；
第二旋轮(2)的进给速度为：1000～1500mm/min，第二旋轮(2)每次左右横向偏移量为0.3～0.6mm，第二旋轮(2)每次径向进给倍率30％；为保证BD段光洁度，再进行一道次普旋，第二旋轮(2)的进给速度为：300～550mm/min，第二旋轮(2)每次左右横向偏移量为0.4～0.6mm，第二旋轮(2)每次径向进给倍率30％；
在AB段成形时，第二旋压芯模动力轴的转速为200～450r/min，第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮(2)的进给速度为1500～2000mm/min，第二旋轮(2)每次左右横向偏移量为0.3～0.45mm，第二旋轮(2)每次径向进给倍率30％；
在AB段贴模减薄处理时，第二旋压芯模动力轴的转速为200～400r/min，第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮(2)的进给速度为：200～350mm/min，第二旋轮(2)每次左右横向偏移量为0.2～0.4mm，第二旋轮(2)每次径向进给倍率30％；
D、整形旋压处理：先将步骤C加工后的筒体零件进行加热处理软化，然后通过旋压加工系统B对步骤C加工后的筒体零件进行整形旋压处理；
所述步骤D中，通过旋压加工系统B对步骤C加工后筒体零件的AB段、BC段、CD段、DE段进行多次整形旋压处理；同时，通过多道次普旋对筒体零件进行贴模成形；
所述步骤D完成后的筒体零件AB段壁厚0.65mm，BD段贴模较好，壁厚0.85～1mm，因多次旋压，筒体零件的料表面已硬化，很难贴模，需要热处理后再次双旋轮旋压直边，第二旋压芯模动力轴的转速为200～400r/min第二旋压芯模动力轴的主轴倍率：100％，第二旋轮(2)的进给速度为：200～300mm/min，第二旋轮(2)每次左右横向偏移量为0.2～0.4mm，第二旋轮(2)每次径向进给倍率50％；完成后AB段壁厚0.5mm；
E、通过车床对步骤D整形旋压后的筒体零件两端端部进行机械加工，最终得到合格的筒体零件。
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