CN108161347B - 带环向内加强筋筒形件旋压成形方法 - Google Patents

带环向内加强筋筒形件旋压成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带环向内加强筋筒形件旋压成形方法，该方法包括如下步骤：1、采用卷板焊或挤压管材机加的方法制造结构简单的旋压毛坯，在毛坯端面预留厚度6mm左右，直径比毛坯外径大12mm左右的工艺环；2、通过退火处理消除毛坯内应力；3、采用压料环将毛坯固定在模具内，通过旋轮压下量、进给速度等参数的合理选取实现材料正向旋压，使毛坯逐点减薄并拉长，在此过程中，通过旋轮与旋压模具间隙的调整实现加强筋的成形；4、通过车削加工切去长度方向余量，使旋压后半成品达到产品长度要求。本发明的提供的成形方法中材料利用率高，成型过程容易控制，模具结构简单，生产效率高，产品精度高，材料性能高。

Description

带环向内加强筋筒形件旋压成形方法
技术领域
本发明属于旋压成形技术领域，具体涉及一种带环向内加强筋筒形件旋压成形方法。
背景技术
带环向内加强筋筒形薄壁结构是机械设备零部件设计时常用的结构形式，该结构形式的零部件能够显著提高零部件刚度、强度，减轻重量。该结构形式的零部件的内外型面一般以薄壁直筒形形面为主，带环向内加强筋，薄壁壁厚一般在1.5mm～3mm，直径一般为Φ300mm～Φ600mm。
该类零部件具有结构复杂，加工难度大、材料利用率低、合格率低等难点，例如采用锻件车铣加工，其材料利用率仅为10～20％左右；同时由于壁厚很薄，刚度非常低，机械加工也很困难，难以满足批量生产的需求。此外，若采用铸件的话，虽然材料利用率得到提高，但对于厚度只有1.5mm～3mm的零部件，在铸造砂眼、疏松等各种铸造缺陷的影响下，零部件合格率很低，且机械性能无法满足使用要求。因此，对于带环向内薄壁壳体类零部件成形方法首选旋压成形工艺。
若采用外旋压工艺制造此类产品，旋压加工完成后，为了把旋制的零部件卸下，芯模必须设计成分体式；并且每加工一个零部件，芯模必须装卸一次，加工周期长，效率极低；零部件带着模具进行外型面机加，脱模时需要进行加热，由于加热过程中控制温度的均匀性难度较大，脱模后零部件容易产生变形，外型面精度显著降低。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的带环向内加强筋筒形件结构零部件的加工周期长、加工效率极低的问题缺陷，而提出一种带环向内加强筋筒形件内旋压成形工艺，用于成形带环向内加强筋筒形件。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带环向内加强筋筒形件的内旋压成形方法，所述内旋压成形工艺包括如下步骤：
步骤一，旋压毛坯预成形：依次采用卷板焊和机加的方法、或者直接采用挤压管坯机加制造出旋压毛坯；机加时在旋压毛坯端面预留一定厚度，用于加工出直径比旋压毛坯外径大的工艺环；
步骤二，退火：采用退火工艺，消除所述旋压毛坯预成形时或旋压后产生的内应力；
步骤三，内旋压：所述带环向内加强筋筒形件内旋压成形时，经过退火后的所述旋压毛坯放置在所述旋压模具内型腔内，用于径向定位，通过压料环将所述旋压毛坯的工艺环压紧在所述旋压模具前端面，通过螺钉将所述压料环与所述旋压模具连接在一起，用于轴向定位及传递扭矩；
步骤四，机加：所述旋压毛坯经过旋压后的工件的内外型面不用再进行加工；所述工件的长度方向有一定的工艺余量，在车床上通过工装把所述工件找正后，并将所述工件长度方向上的工艺余量机加掉即可。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述步骤三中，旋压时，按照数控程序依次对所述旋压毛坯的前端加强框、薄壁蒙皮段、加强筋、后端加强框进行旋压，且旋压方式均采用正旋方式。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述旋压毛坯的加强筋与薄壁蒙皮段连接的斜坡各拐点需经过精确计算后，采取逐点连续变形的方式依次成形。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，当需要经过多道次旋压时，具体步骤如下：在完成第一次旋压后的所有步骤后再返回至步骤二中进行退火处理，消除应力，同时更换旋压模具进行下一道次旋压，更换的旋压模具的内径尺寸大于第一次旋压时使用的旋压模具内径尺寸；以此类推，下一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸大；
优选地，单道次旋压减薄率不大于30％；同一个旋压模具内多次旋压统一位置时，累计减薄率不大于50％。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述下一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸大0.4-0.8mm。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述步骤一中，机加时在旋压毛坯端面预留厚度为4-7mm，用于加工出直径比旋压毛坯外径大8-14mm的工艺环。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，机加时在旋压毛坯端面预留厚度为6mm，用于加工出直径比旋压毛坯外径大12mm的工艺环。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，当工件需要作淬火强化处理时，采用将工件淬火处理后并在1-3小时内进行内旋压操作，实现既能提高材料性能又能保证产品形状。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述旋压毛坯在进行内旋压时，所述旋压毛坯安装固定在所述旋压模具内型腔内，且紧贴所述旋压模具的内壁面；旋轮位于所述旋压模具内型腔内，且所述旋压毛坯位于所述旋压模具内型腔的腔壁与所述旋轮之间，所述旋轮在转动的过程中，所述旋轮的外表面紧压在所述旋压毛坯的表面上；平衡轮机构位于所述旋压模具的外部，且所述平衡轮机构的外表面紧压在所述旋压模具的外壁面；压料环通过螺钉与旋压模具端面连接，并将所述旋压毛坯的工艺环压紧在所述旋压模具前端面。
在如上所述的内旋压成形方法，优选，所述旋压毛坯在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：进给率为0.8；旋轮圆角半径为R4mm～R8mm。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1)本发明提供的技术方案用于成形带环向内加强筋筒形件的生产效率大大提高，避免了外旋压成形带环向内加强筋筒形件时采用的分瓣模设计，本发明可以实现带环向内加强筋筒形件的批量生产，而不是外旋压时的单件生产。
2)本发明提供的技术方案工艺简单、操作方便，采用简单的强旋工艺代替了复杂的普旋工艺。
3)本发明生产出的产品的精度得到显著提高，主要在于零部件的外径、圆度和壁厚精度都较外旋压工艺成形零部件有一定提高，提高幅度在30％以上。
4)本发明提供的技术方案经济效益明显，缩短生产周期，节约了人力成本，简化机加工艺，降低了加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例中带环向加强筋筒形件内旋压时旋轮、旋压毛坯、旋压模具和平衡轮机构之间的位置结构示意图；
图2为本发明实施例中旋压毛坯未经旋压时的结构示意图；
图3为本发明实施例中旋压毛坯经过旋压之后旋压产品的结构示意图；
图中：1-床身；2-旋压模具；3-旋轮；4-工件；5-平衡轮机构；6-螺钉；7-压料环；8-旋轮臂；9-侧床身；10-旋压毛坯；11-旋压产品。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。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，本发明中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-图2所示，本发明的具体实施例提供一种带环向内加强筋筒形件的内旋压成形方法，本发明是为了解决现有方法加工带环向内加强筋筒形件时存在的材料利用率低、模具结构复杂、材料精度和性能低、加工周期长等问题而提出采用内旋压的方法制造高精度带环向内加强筋筒形件的方法。
本发明的成形方法的设备采用专用数控旋压机，该旋压机包括数控系统、传动系统、主轴、侧床身9、旋轮臂8、旋轮3、平衡轮机构5。内旋压工艺不同于外旋压工艺，本发明的旋轮3和旋压毛坯10均在旋压模具2型腔的内部，成形时旋压毛坯10、旋轮3和旋压模具2的位置关系具体如图1所示：旋压毛坯10在进行内旋压时，旋压毛坯10安装固定在旋压模具2内型腔内，且紧贴旋压模具2的内壁面；旋轮3位于旋压模具2内型腔内，且旋压毛坯10位于旋压模具2内型腔的腔壁与旋轮3之间，旋轮3在转动的过程中，旋轮3的外表面紧压在旋压毛坯10的表面上；平衡轮机构5位于旋压模具2的外部，且平衡轮机构5(优选为力压平衡轮)的外表面紧压在旋压模具2的外壁面。一般情况下，带环向内加强筋筒形件(可称为工件4)的直径为Ф300mm～Ф600mm，由于旋压模具2内部的内型腔空间有限，本发明采用一个旋轮3进行旋压，而现有技术中外旋压一般采用两个或三个旋轮3进行旋压。同时为了保证内旋压时力的平衡，本发明在旋压模具2的外部安装了一个平衡轮机构5。
本发明具体实施例中带环向内加强筋筒形件的内旋压成形工艺包括如下步骤：
步骤一，旋压毛坯10预成形：依次采用卷板焊和机加的方法、或者直接采用挤压管坯机加制造出旋压毛坯10；机加时在旋压毛坯10端面预留一定厚度，用于加工出直径比旋压毛坯10外径大的工艺环。进一步优选，机加方法为采用挤压管坯机加的方法
机加时在旋压毛坯10端面预留厚度为4-7mm(例如4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm)，用于加工出直径比旋压毛坯10外径大8-14mm(例如9mm、10mm、11mm、12mm、13mm)的工艺环。优选地，机加时在旋压毛坯10端面预留厚度为6mm，用于加工出直径比旋压毛坯10外径大12mm的工艺环。
步骤二，退火：采用退火工艺，消除旋压毛坯10预成形时或旋压后产生的内应力。
步骤三，内旋压：带环向内加强筋筒形件内旋压成形时，经过退火后的旋压毛坯10放置在旋压模具2内型腔内，用于径向定位，通过压料环7将旋压毛坯10的工艺环压紧在旋压模具2前端面，如图1所示通过螺钉6将压料环7与旋压模具2连接在一起，用于轴向定位及传递扭矩。优选地，本发明中的螺钉6数量为6个，且均布于圆周上。
旋压时，按照数控程序依次对旋压毛坯10的前端加强框、薄壁蒙皮段、加强筋、后端加强框进行旋压，且旋压方式均采用正旋方式。
旋压毛坯10的加强筋与薄壁蒙皮段连接的斜坡各拐点需经过精确计算后，采取逐点连续变形的方式依次成形，由加强筋向薄壁蒙皮段过渡的斜坡旋压时优选压下量和下刀位置，放置掉屑。
工件4壁厚精度通过估算材料变形反弹量并控制旋轮3与模具间隙获得，如旋轮3与旋压模具2的内壁面之间的间隙设置为t1-a，其中：t1为旋压毛坯10经过旋压后要求的壁厚，a为旋压毛坯10材质的反弹厚度。
工件4的外径、圆度、直线度精度通过保证旋压毛坯10各段均匀、连续变形并结合旋压模具2形面获得。
在本发明中，当工件4需要作淬火强化处理时，采用将工件4淬火处理后并在1-3小时内进行内旋压操作，实现既能提高材料性能又能保证产品形状。
在本发明中，当需要经过多道次旋压时，具体步骤如下：在完成第一次旋压后的所有步骤后再返回至步骤二中进行退火处理，消除应力，同时更换旋压模具2进行下一道次旋压，更换的旋压模具2的内径尺寸大于第一次旋压时使用的旋压模具2内径尺寸；以此类推，下一道次旋压所使用的旋压模具2的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具2的内径尺寸大。
优选地，下一道次旋压所使用的旋压模具2的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具2的内径尺寸大0.4-0.8mm(例如0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.75mm)。
在本发明中，旋压毛坯10在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：进给率为0.8；旋轮3圆角半径为R4mm～R8mm(例如5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm)。
优选地，单道次旋压减薄率不大于30％；同一个旋压模具内多次旋压统一位置时，累计减薄率不大于50％。
步骤四，机加：旋压毛坯10经过旋压后的工件4的内外型面不用再进行加工；工件4的长度方向有一定的工艺余量，在车床上通过工装把工件4找正后，并将工件4长度方向上的工艺余量机加掉即可。如图2和图3所示，旋压毛坯10未经旋压时的形状与经过旋压之后旋压产品11的形状差距显著，且制备出的旋压产品11符合设计要求、精确度极高。
在本发明中，内旋压工艺的设备为专用旋压机，主要由主轴箱、导轨、床身1、侧床身9、平衡轮机构5、液压站等部分组成。旋压模具2、旋压毛坯10均位于床身1上，旋轮3通过旋轮臂8与侧床身9连接，旋轮3与选用模具内型面的间隙通过侧床身9上旋臂的轴向和径向的移动来保证。最终道次模具的内型面与产品的外型面的形状和尺寸一致，最终产品的外型面靠旋压模具2保证。
总而言之，本发明提供的一种采用旋压技术成形带环向加强筋筒形零件的方法，该方法具体步骤如下：1、采用卷板焊或挤压管材机加的方法制造结构简单的旋压毛坯，在毛坯端面预留厚度6mm左右，直径比毛坯外径大12mm左右的工艺环；2、通过退火处理消除毛坯内应力；3.采用专用压料环将毛坯固定在模具内，通过旋轮压下量、进给速度等参数的合理选取实现材料正向旋压，使毛坯逐点减薄并拉长，在此过程中，通过旋轮与模具间隙的调整实现加强筋的成形；4.通过车削加工切去长度方向余量，使旋压后半成品达到产品长度要求。本发明的优点：与制带环向加强筋筒形零件的传统方法相比，该方法材料利用率高，成型过程容易控制，模具结构简单，生产效率高，产品精度高，材料性能高。
实施例1:
本实施例制造带环向内加强筋筒形件的设计要求为：长度为620mm，外径为360mm，加强筋数量为1，加强筋长度为40mm，两端各有一内端框且长度均为60mm，薄壁蒙皮壁厚2mm，加强筋与端框壁厚3.5mm的2A12需热处理强化铝合金筒形产品。带环向内加强筋筒形件的制造步骤如下：
1)采用热挤压管材车削旋压毛坯10，车削后旋压毛坯10的外径358.7mm，壁厚8mm，长度200mm，旋压毛坯10端面预留厚度(带厚度)为6mm，外径为371mm的压料环7。
2)采用箱式热处理炉进行退火处理，消除内应力。
3)将旋压模具2(第一道次旋压时采用内径359mm的旋压模具2)安装在床身1上，调整旋压模具2内径跳动至0.03mm，选择圆角半径为6mm的旋轮3安装在旋轮臂8上，将旋压毛坯10(图1中工件4的位置)放入旋压模具2，用压料环7通过螺钉6(6个螺钉6，均布于圆周)压紧在旋压模具2上，同时调整平衡轮机构5与旋压模具2贴合，并使旋压模具2向侧床身9方向偏移0.15mm。
4)设定进给率为0.8，旋轮3与旋压模具2之间的间隙为5.6mm，将旋压毛坯10由厚度8mm、长度200mm经过内旋压至毛坯厚度为6mm、长度253mm，不带加强筋。
5)将经过第一次旋压后的旋压毛坯10进行退火处理。
6)重复步骤3)的工作，其中旋压模具2更换为内径为359.5mm模具，进行第二次旋压。
设定进给率为0.8，强筋及端框段旋轮3与旋压模具2间隙4.7mm，薄壁蒙皮段旋轮3与旋压模具2间隙3.2mm，将旋压毛坯10旋压为端框段壁厚5mm、长度42mm，加强筋壁厚5mm、长度28mm，蒙皮段壁厚3.5mm，总长380mm。
7)进行淬火处理。
8)在经过淬火后3小时内重复步骤3)，其中旋压模具2换为内径为360mmm模具，进行最后一次旋压。
设定进给率为0.8，加强筋及端框段旋轮3与模具间隙3.2mm，薄壁蒙皮段旋轮3与模具间隙1.8mm，将旋压毛坯10旋压为端框段壁厚3.5mm、长度60mm，加强筋壁厚3.5mm、长度40mm，蒙皮段壁厚2mm，总长620mm。
9)放在空气中自然时效96小时，进行车削加工，切去工艺环及尾端长度余量，完成产品加工，得到符合要求产品。
综上所述，本发明具有如下有益技术效果：
1)本发明提供的技术方案用于成形带环向内加强筋筒形件的生产效率大大提高，避免了外旋压成形带环向内加强筋筒形件时采用的分瓣模设计，本发明可以实现带环向内加强筋筒形件的批量生产，而不是外旋压时的单件生产。
2)本发明提供的技术方案工艺简单、操作方便，采用简单的强旋工艺代替了复杂的普旋工艺。
3)本发明生产出的产品的精度得到显著提高，主要在于零部件的外径、圆度和壁厚精度都较外旋压工艺成形零部件有一定提高，提高幅度在30％以上。
4)本发明提供的技术方案经济效益明显，缩短生产周期，节约了人力成本，简化机加工艺，降低了加工成本。
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、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带环向内加强筋筒形件的内旋压成形方法，其特征在于，所述内旋压成形工艺包括如下步骤：
步骤一，旋压毛坯预成形：依次采用卷板焊和机加的方法、或者直接采用挤压管坯机加制造出旋压毛坯；机加时在旋压毛坯端面预留一定厚度，用于加工出直径比旋压毛坯外径大的工艺环；
所述步骤一中，机加时在旋压毛坯端面预留厚度为4-7mm，用于加工出直径比旋压毛坯外径大8-14mm的工艺环；
步骤二，退火：采用退火工艺，消除所述旋压毛坯预成形时或旋压后产生的内应力；
步骤三，内旋压：所述带环向内加强筋筒形件内旋压成形时，经过退火后的所述旋压毛坯放置在旋压模具内型腔内，用于径向定位，通过压料环将所述旋压毛坯的工艺环压紧在旋压模具前端面，通过螺钉将所述压料环与所述旋压模具连接在一起，用于轴向定位及传递扭矩；所述螺钉数量为6个，且均布于所述旋压模具的圆周上；
所述步骤三中，旋压时，按照数控程序依次对所述旋压毛坯的前端加强框、薄壁蒙皮段、加强筋、后端加强框进行旋压，且旋压方式均采用正旋方式；
步骤四，机加：所述旋压毛坯经过旋压后的工件的内外型面不用再进行加工；所述工件的长度方向有一定的工艺余量，在车床上通过工装把所述工件找正后，并将所述工件长度方向上的工艺余量机加掉即可；
所述旋压毛坯的加强筋与薄壁蒙皮段连接的斜坡各拐点需经过精确计算后，采取逐点连续变形的方式依次成形；工件壁厚精度通过估算材料变形反弹量并控制旋轮与所述旋压模具间隙获得，所述旋轮与所述旋压模具的内壁面之间的间隙设置为t1-a，其中t1为旋压毛坯经过旋压后要求的壁厚，a为旋压毛坯材质的反弹厚度；
当需要经过多道次旋压时，具体步骤如下：
在完成第一次旋压后的所有步骤后再返回至步骤二中进行退火处理，消除应力，同时更换旋压模具进行下一道次旋压，更换的旋压模具的内径尺寸大于第一次旋压时使用的旋压模具内径尺寸；
以此类推，下一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸大；
所述下一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸均要比上一道次旋压所使用的旋压模具的内径尺寸大0.4-0.8mm；
在最后一次进行旋压前进行淬火处理，将工件淬火处理后并在1-3小时内进行内旋压操作；
单道次旋压减薄率不大于30%；同一个旋压模具内多次旋压同一位置时，累计减薄率不大于50%。
2.如权利要求1所述的内旋压成形方法，其特征在于，机加时在旋压毛坯端面预留厚度为6mm，用于加工出直径比旋压毛坯外径大12mm的工艺环。
3.如权利要求1所述的内旋压成形方法，其特征在于，所述旋压毛坯在进行内旋压时，所述旋压毛坯安装固定在所述旋压模具内型腔内，且紧贴所述旋压模具的内壁面；
旋轮位于所述旋压模具内型腔内，且所述旋压毛坯位于所述旋压模具内型腔的腔壁与所述旋轮之间，所述旋轮在转动的过程中，所述旋轮的外表面紧压在所述旋压毛坯的表面上；
平衡轮机构位于所述旋压模具的外部，且所述平衡轮机构的外表面紧压在所述旋压模具的外壁面；
压料环通过螺钉与旋压模具端面连接，并将所述旋压毛坯的工艺环压紧在所述旋压模具前端面。
4.如权利要求1所述的内旋压成形方法，其特征在于，所述旋压毛坯在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：进给率为0.8；旋轮圆角半径为R4mm～R8mm。
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