CN108500108B - 一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法，所述旋压在机床上进行，所述工装包括外旋工装及内旋工装；所述外旋工装包括：芯模、外旋旋轮及顶尖；所述内旋工装包括：转接盘、平衡旋轮、芯模、内旋旋轮、旋轮杆及旋轮基座；本发明通过控制工装的装配精度、旋压坯料的尺寸精度及旋压工艺参数等因素，有效地实现了带内环向筋铝合金筒体的高精度成形，本发明涉及的成形方法实用性强，采用该工艺方法和工装旋压过程稳定可靠，零件成形精度好，为带环向筋筒体类零件的成形提供了一条切实可行的成形方法。

Description

一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法

技术领域

本发明属于旋压成形技术领域，尤其涉及一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法。

背景技术

带内环向筋结构是提高零件刚度、强度、减轻重量的首选设计形式，该结构外形面一般以筒形、锥形、曲母线形为主。这类零件的加工具有结构复杂，加工难度大，材料利用率低，合格率低等特点。采用锻件机加工方法，其加工效率高，但材料利用率较低，采用铸造机加工方法，虽然材料利用率得到提高，但由于铸造砂眼、疏松等各种铸造缺陷的影响，零件合格率低，且铸造材料机械性能低，不能满足高强度构件的设计要求。

旋压为带内环向筋构件的成形提供了一种加工方法，旋压工艺作为一种连续的局部逐点变形的塑性加工工艺，可生产出高强度、机械性能优良的精密复杂零件。外旋是一种最为常见的旋压工艺，技术难度小，但是，采用外旋成形带内环向筋构件存在扩径量难以控制以及形状、尺寸等技术指标难以满足的缺陷。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法，解决了筒体成形过程中存在的扩径量难控制、尺寸精度及一致性差的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种带内环向筋筒体旋压工 装，所述旋压在机床上进行，所述工装包括外旋工装及内旋工装；

所述外旋工装包括：芯模、外旋旋轮及顶尖，所述芯模安装到机床的设备卡盘上，外旋坯料套装在所述芯模上，所述外旋旋轮与所述外旋坯料的表面接触，并移动经过所述外旋坯料的表面；所述顶尖与所述芯模一端的中间位置连接，用于朝外旋旋轮的移动方向顶紧芯模；

所述内旋工装包括：转接盘、平衡旋轮、芯模、内旋旋轮、旋轮杆、旋轮基座及支座；所述转接盘与所述芯模固定连接，所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，在机床的一侧0°基座上安装所述平衡旋轮，所述内旋旋轮安装在所述旋轮基座上，所述旋轮基座安装在所述旋轮杆上，所述旋轮杆安装在所述支座上，所述支座固定在机床一侧的滑台上，内旋坯料位于所述芯模内侧。

作为进一步的优选，所述外旋工装还包括卸料环，所述卸料环套在所述芯模上，并与所述外旋坯料的一端连接。

作为进一步的优选，所述芯模安装到机床的设备卡盘上，包括：以芯模的凸台定位，将芯模的U形缺口与设备卡盘的T形槽对齐并固定在一起。

作为进一步的优选，所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，包括：以转接盘凸台定位，将转接盘的U形缺口与设备卡盘的T形槽对齐并固定在一起。

作为进一步的优选，所述内旋工装还包括压料环，所述压料环与所述芯模的一端连接，所述压料环压紧内旋坯料。

作为进一步的优选，所述内旋工装还包括卸料盘、顶料杆及支座，所述卸料盘位于所述芯模内侧，并与所述内旋坯料一端连接；所述支座设置有导向套，所述顶料杆从所述导向套穿过，并与所述卸料盘连接。

作为进一步的优选，所述外旋旋轮包括第一外旋轮及第二外旋轮，分别与所 述外旋坯料的外表面接触，所述内旋旋轮包括第一内旋轮及第二内旋轮，分别与所述内旋坯料的内侧接触。

作为进一步的优选，所述外旋坯料与所述芯模单边间隙为0.2～0.3mm。

作为进一步的优选，还包括校圆工装，所述校圆工装包括主杆及与主杆连接的伸缩杆，所述主杆及伸缩杆的另一端设置有顶块。

一种带内环向筋筒体旋压工装的成形方法，所述方法包括：

采用所述外旋工装对外旋坯料进行外旋压成形，得到外旋后的工件；所述外旋压成形采用一道次双旋轮错距反旋成形；

采用所述内旋工装对将外旋后的工件进行内旋压成形，得到带内环向筋的筒体；所述内旋压成形采用多道次单旋轮正旋成形。

作为进一步的优选，所述第一外旋轮和第二外旋轮的工作角为10-20°，所述第一外旋轮和第二外旋轮的工作圆角分别为R8、R6；所述第一外旋轮及第二外旋轮之间的错距量为30-35mm。

作为进一步的优选，所述外旋工装的芯模主轴转速为35-45r/min，进给比为1.0-2.0mm/r。

作为进一步的优选，所述内旋压成形采用两道次单旋轮正旋成形，所述第一道次采用第一内旋轮，所述第二道次采用第二内旋轮，所述第一内旋轮和第二内旋轮的工作角为20-30°，所述第一内旋轮和第二内旋轮的工作圆角分别为R10、R6。

作为进一步的优选，所述内旋工装的芯模主轴转速为35-45r/min，进给比为0.5-1.0mm/r。

作为进一步的优选，所述外旋坯料为管状坯料，所述管状坯料的壁厚为25- 35mm，所述带内环向筋的筒体的壁厚为10-20mm。

作为进一步的优选，所述外旋坯料在外旋压成形之前，经热处理退火，退火温度355℃±5℃，保温时间150-200min。

作为进一步的优选，将所述外旋后的工件，经过热处理退火，退火温度355℃±5℃，保温时间150-200min。

作为进一步的优选，将所述外旋后的工件，经过校圆处理。

作为进一步的优选，将所述外旋后的工件，车削加工后得到内旋坯料，所述内旋坯料的外径与内旋芯模内径之间的差为0.5-0.8mm。

作为进一步的优选，将所述内旋压成形后的工件，经过热处理退火，退火温度355℃±5℃，保温时间150-200min。

本发明的有益效果是：本发明先将管状坯料经过外旋工装外旋压成形，旋压在双旋轮数控旋压机床上进行，所述外旋工装包括芯模、外旋旋轮及顶尖，所述芯模安装到机床的设备卡盘上，管状坯料套装在所述芯模上，所述外旋旋轮与所述坯料的表面接触，并移动经过所述坯料的表面；顶尖顶在芯模中心保证前后同轴，在外旋旋轮作用下工件壁厚减小，长度增加。上述外旋后的工件再经过内旋工装内旋压成形，得到本发明带内环向筋的筒体；所述内旋工装包括转接盘、平衡旋轮、芯模、内旋旋轮、旋轮杆、旋轮基座及支座；所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，将外旋后的工件装入内旋芯模中，由支座、旋轮杆及旋轮基座提供旋轮的稳固基座，旋轮深入工件内壁进行压料旋压，平衡旋轮在工件外壁轴向相同位置提供支撑平衡，内旋成形环向筋，旋压后脱模获得满足质量要求的带内环向筋筒体工件。本发明通过工装的设计及装配，有效的实现了带内环向筋铝合金筒体的高精度成形，工装旋压过程稳定可靠，零件成形精度好，而且为带环向筋筒体类零件的成形提供了一条切实可行的成形方法。

附图说明

图1为本发明实施例成形得到的带内环向筋铝合金筒体结构示意图。

图2a为本发明实施例外旋坯料的结构示意图。

图2b为本发明实施例内旋坯料的结构示意图。

图3为本发明实施例外旋工装的结构示意图。

图4为本发明实施例内旋工装的结构示意图。

图5为图4中A-A向剖面结构示意图

图6为图4中旋轮基座的结构示意图。

图7a、7b为内旋第一道次及第二道次得到的外形结构示意图。

图8为本发明实施例校圆工装的结构示意图。

附图中标记的说明如下：1-1、蒙皮，1-2、内环向筋，2-1、外旋坯料，2-2、内旋坯料，3-1、卸料环，3-2、旋轮，3-3、芯模，3-4、顶尖，3-5、旋轮；4-1、顶块，4-2、主杆，4-3、螺纹杆；5-1、卸料盘，5-2、转接盘，5-3、平衡旋轮，5-4、压料环，5-5、芯模，5-6、顶料杆，5-7、导向套，5-8、支座；6、旋轮基座，6-1、轴承隔板，6-2、旋轮，6-3、圆锥滚子轴承，6-4、轴承盖，6-5、锁紧螺母，6-6、旋轮杆；7-1、第一道次外形，7-2、第二道次外形；8-滑台。

具体实施方式

现有技术中采用外旋成形带内环向筋构件时，存在扩径量难以控制的缺点，形状、尺寸等技术指标难以满足，另外，为了能够将零件从模具上卸下来，外旋成形模具必须采用分辨模具，带来了模具成本高，使用效率低等问题。为了解决上述缺陷，本发明实施例提供了一种带内环向筋筒体旋压工装及成形方法。

为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：

本发明实施例带内环向筋筒体旋压工装，旋压在机床上进行，所述工装包括外旋工装及内旋工装；

所述外旋工装包括：芯模、外旋旋轮及顶尖，所述芯模安装到机床的设备卡盘上，外旋坯料套装在所述芯模上，所述外旋旋轮与所述外旋坯料的表面接触，并移动经过所述外旋坯料的表面；所述顶尖与所述芯模一端的中间位置连接，用于朝外旋旋轮的移动方向顶紧芯模；

所述内旋工装包括：转接盘、平衡旋轮、芯模、内旋旋轮、旋轮杆及旋轮基座；所述转接盘与所述芯模固定连接，所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，在机床的一侧0°基座上安装所述平衡旋轮，所述内旋旋轮安装在所述旋轮基座上，所述旋轮基座安装在所述旋轮杆上，所述旋轮杆安装在所述支座上，所述支座固定在机床一侧的滑台上，内旋坯料位于所述芯模内侧。

本发明实施例带内环向筋筒体旋压工装的成形方法，所述方法包括：

采用所述外旋工装对外旋坯料进行外旋压成形，得到外旋后的工件；所述外旋压成形采用一道次双旋轮错距反旋成形；

采用所述内旋工装对将外旋后的工件进行内旋压成形，得到带内环向筋的筒体；所述内旋压成形采用多道次双旋轮错距反旋成形。

本发明实施例通过外旋保证管坯长度、内旋成形环向筋，解决了大直径、大壁厚、带内环向筋的筒体旋压成形质量控制与尺寸精度控制，实现了环向筋内旋压冷旋成形，尺寸精度可达到设计要求。

为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举实施例，来说明本发明所述之带内环向筋筒体旋压工装及成形方法。

本发明实施例成形得到的带内环向筋铝合金筒体如图1所示，为直段壳体结构，由蒙皮1-1和均匀分布的6条内环向筋1-2组成。

如图3-6所示，本发明实施例涉及的带内环向筋铝合金筒体旋压工装包括 外旋工装3和内旋工装5，外旋工装3包括芯模3-3、卸料环3-1、顶尖3-4及旋轮3-2、3-5，内旋工装5包括转接盘5-2、平衡旋轮5-3、芯模5-5、卸料盘5-1、压料环5-4、旋轮基座6、顶料杆5-6、导向套5-7、支座5-8等组成，其中，内旋旋轮基座6包括旋轮6-2、圆锥滚子轴承6-3、轴承隔板6-1、轴承盖6-4、旋轮杆6-6及锁紧螺母6-5等组成。

本发明实施例采用的外旋坯料首先可采用如下方法加工处理：选择壁厚为30mm的5A06铝合金管坯，送热处理退火，退火温度355℃±5℃，保温时间180min，空冷。退火后进行车削加工，得到外旋坯料，如图1所示。

本发明实施例外旋压成形具体为：旋压在双旋轮数控旋压机床上进行，参见图3，先将芯模3-3安装到设备卡盘上，以芯模3-3凸台定位，将芯模3-3的U形缺口与设备卡盘的T形槽对齐，采用螺栓进行固定；然后将卸料环3-1套在芯模3-3上，以键槽定位，将第一旋轮3-2和第二旋轮3-5分别安装在左右0°旋轮基座上，将外旋坯料2-1吊装到芯模3-3上，外旋坯料2-1与芯模3-3单边间隙要求为0.2～0.3mm，确保装配不干涉，用顶尖3-4顶紧芯模3-3；找正芯模3-3、第一旋轮3-2、第二旋轮3-5圆跳动不大于0.1；最后调出旋压程序进行外旋压成形，外旋采用一道次错距反旋成形工艺，其中第一旋轮3-2的工作角和工作圆角分别为15°、R8，压入量为6mm，第二旋轮3-5的工作角和工作圆角分别为15°、R6，压入量为6.2mm，第一旋轮3-2在前，第二旋轮3-5在后，错距量为33mm，芯模3-3主轴转速为40r/min，进给比为1.5mm/r；旋压后推动卸料环3-1将外旋后的工件卸下来。

本发明实施例外旋后的工件可进行退火校圆与车削内旋毛坯步骤，具体包括：旋压后的构件进行热处理退火去应力，退火温度选择355℃±5℃，保温180min，空冷；由于外旋后的工件存在一定的扩径量及椭圆度，需经校圆后在车床上按内旋毛坯图2进行加工，如图8所示，校圆主要借助校圆工装4进行，校圆工装4主要包括主杆4-2、螺纹杆4-3和2件顶块4-1组成，通过伸缩螺纹杆4-3调节长度，确保能将不同内径的外旋工件撑圆，校圆时先测量距端面约100mm处同一截面均分(转45°)的4个内径值，以圆度最大的一组作为校圆点并在该4个点处做标记，将校圆工装4撑在椭圆的短轴处，用扳手将短轴撑大，直至短轴直径与长轴直径差小于0.1mm；车削内旋坯料2-2时，先利用校圆工装4撑圆止口端，装夹非止口端，平止口端，然后掉头装夹止口端，撑圆非止口端，平非止口端，平完前后端面后车内、外圆，车削保证其外径与内旋芯模5-5内径差为0.6mm，确保内旋坯料2-2能够正常装入内旋芯模5-5中。

本发明实施例内旋压成形，具体包括：参见图4-6，先将转接盘5-2与芯模5-5利用螺栓连接固定，然后以转接盘5-2凸台定位，将转接盘5-2的U形缺口与设备卡盘的T形槽对齐，采用螺栓进行固定；在旋压机床的右侧0°基座上安装平衡旋轮5-3，将内旋旋轮6-2安装在旋轮杆6-6上，将旋轮杆6-6安装在内旋旋轮基座6上，将内旋旋轮基座6固定在旋压机床左侧滑台上，找正平衡旋轮5-3、旋轮6-2及芯模5-5圆跳动不大于0.1；将卸料盘5-1安装在芯模5-5内孔，调试旋轮6-2和平衡旋轮5-3轴向坐标，保证两轮轴向中心一致，轴向同步，调整旋轮运行轨迹，确保旋轮6-2、平衡旋轮5-3与芯模5-5间隙均匀；内旋采用两道次旋压成形，保持外径和内旋变薄率不变，以工件最终壁厚为基准，根据外 旋工件实际内径并考虑内旋后扩径量计算每一道次筋的壁厚和蒙皮壁厚，再计算蒙皮内径和筋的内径，环向筋间蒙皮旋压长度主要依据体积不变原理进行计算，由内旋工件先确定每段蒙皮第二道次的旋压长度，再根据壁厚值计算出第一道次的旋压长度，基于以上计算，确定蒙皮第一、二道次旋压外形如图7a、7b所示；装入车削后的内旋坯料2-2，利用压料环5-4压紧内旋坯料2-2，保证轴向固定；调出旋压程序进行内旋压成形，第一、二道次内旋时旋轮6-2工作角和工作圆角分别为25°和R6，旋轮6-2压下量均为6.7mm，主轴转速采用40r/min，经给比为0.8mm/r，平衡旋轮5-3轴向同步运动；旋压后先拆卸压料环5-4，将顶料杆5-6从安装导向套5-7的支座5-8圆孔穿过，拧入芯模5-5内孔卸料盘5-1的螺纹孔中，向外移动滑台8，内旋旋轮基座6拉动卸料盘5-1，带动内旋后的工件脱模，内旋后的工件与芯模5-5处于过盈配合关系，卸料时为顺利脱模，利用钢和铝合金的线膨胀系数差，采用冰水混合物对工件进行冷却使工件收缩量大于模具来减小卸料力。

本发明实施例内旋后工件可进行后续处理，具体包括：将工件送热处理去应力退火，退火温度选择355℃±5℃，保温180min，空冷退火，转机加工，得到本发明实施例带内环向筋铝合金筒体。

经测量，经过两道次内旋压成形的带环向筋工件，达到设计图纸尺寸要求，质量和精度检测均合格。因此，采取以上旋压工艺可以有效地控制带内环向筋铝合金筒体旋压过程中的质量缺陷，提高产品质量。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本发明实施例先将管状坯料经过外旋工装外旋压成形，旋压在双旋轮数控旋压机床上进行，所述外旋工装包括芯模、外旋旋轮及顶尖，所述芯模安装到机床的设备卡盘上，管状坯料套装在所述芯模上，所述外旋旋轮与所述坯料的表面接触，并移动经过所述坯料的表面；顶尖顶在芯模中心保证前后同轴，在外旋旋轮作用下工件壁厚减小，长度增加。上述外旋后的工件再经过内旋工装内旋压成 形，得到本发明带内环向筋的筒体；所述内旋工装包括转接盘、平衡旋轮、芯模、内旋旋轮、旋轮杆及旋轮基座；所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，将外旋后的工件装入内旋芯模中，由旋轮杆及旋轮基座提供旋轮的稳固基座，旋轮深入工件内壁进行压料旋压，平衡旋轮在工件外壁轴向相同位置提供支撑平衡，内旋成形环向筋，旋压后脱模获得满足质量要求的带内环向筋筒体工件。本发明通过工装的设计及装配，有效的实现了带内环向筋铝合金筒体的高精度成形，工装旋压过程稳定可靠，零件成形精度好，而且为带环向筋筒体类零件的成形提供了一条切实可行的成形方法。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种带内环向筋筒体旋压工装，旋压在机床上进行，其特征在于：所述工装包括外旋工装及内旋工装；

所述外旋工装包括：外旋芯模、外旋旋轮及顶尖，所述外旋芯模安装到机床的设备卡盘上，外旋坯料套装在所述外旋芯模上，所述外旋旋轮与所述外旋坯料的表面接触，并移动经过所述外旋坯料的表面；所述顶尖与所述外旋芯模一端的中间位置连接，用于朝外旋旋轮的移动方向顶紧外旋芯模；

所述内旋工装包括：转接盘、平衡旋轮、内旋芯模、内旋旋轮、旋轮杆、旋轮基座及支座；所述转接盘与所述内旋芯模固定连接，所述转接盘安装到机床的设备卡盘上，在机床的一侧0°基座上安装所述平衡旋轮，所述内旋旋轮安装在所述旋轮基座上，所述旋轮基座安装在所述旋轮杆上，所述旋轮杆安装在所述支座上，所述支座固定在机床一侧的滑台上，内旋坯料位于所述内旋芯模内侧；

所述内旋工装还包括压料环，所述压料环与所述内旋芯模的一端连接，所述压料环压紧内旋坯料；

所述内旋工装还包括卸料盘、顶料杆，所述卸料盘位于所述内旋芯模内侧，并与所述内旋坯料一端连接；所述支座设置有导向套，所述顶料杆从所述导向套和旋轮杆穿过，并与所述卸料盘连接。

2.根据权利要求1所述的带内环向筋筒体旋压工装，其特征在于：所述外旋工装还包括卸料环，所述卸料环套在所述外旋芯模上，并与所述外旋坯料的一端连接。

3.根据权利要求1所述的带内环向筋筒体旋压工装，其特征在于：所述外旋旋轮包括第一外旋轮及第二外旋轮，分别与所述外旋坯料的外表面接触，所述内旋旋轮包括第一内旋轮及第二内旋轮，分别与所述内旋坯料的内侧接触。

4.一种利用如权利要求3所述带内环向筋筒体旋压工装进行的成形方法，其特征在于：所述方法包括：

采用所述外旋工装对外旋坯料进行外旋压成形，得到外旋后的工件；所述外旋压成形采用一道次双旋轮错距反旋成形，将所述外旋后的工件，经过退火、校圆处理和车削加工得到内旋坯料；

采用所述内旋工装对内旋坯 料进行内旋压成形，得到带内环向筋的筒体；所述内旋压成形采用多道次单旋轮正旋成形。

5.根据权利要求4所述的成形方法，其特征在于：所述第一外旋轮和第二外旋轮的工作角为10-20°，所述第一外旋轮和第二外旋轮的工作圆角分别为R8、R6；所述第一外旋轮及第二外旋轮之间的错距量为30-35mm。

6.根据权利要求4所述的成形方法，其特征在于：所述内旋压成形采用两道次单旋轮正旋成形，第一道次采用第一内旋轮，第二道次采用第二内旋轮，所述第一内旋轮和第二内旋轮的工作角为20-30°，所述第一内旋轮和第二内旋轮的工作圆角分别为R10、R6。

7.根据权利要求4所述的成形方法，其特征在于：所述外旋坯料为管状坯料，所述管状坯料的壁厚为25-35mm，所述带内环向筋筒体的壁厚为10-20mm。

8.根据权利要求4所述的成形方法，其特征在于：所述内旋坯料的外径与内旋芯模内径之间的差为0.5-0.8mm。

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