CN108817190A - 双面复杂筋特征结构件一体化成形装置 - Google Patents

Abstract

一种双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，包括：机架、转动设置于机架上的滚筒成形装置以及设置于滚筒成形装置内的支撑机构，本发明具有用于成形筒形件外表面复杂筋的外模具内表面带有复杂筋特征，用于成形筒形件内表面复杂筋的内模具外表面带有复杂筋特征；本发明可以通过两种不同的加载方式实现筒形结构件的成形。

Description

双面复杂筋特征结构件一体化成形装置

技术领域

本发明涉及的是一种金属成形领域的技术，具体是一种双面复杂筋特征结构件一体化成形装置。

背景技术

现有的强力旋压技术通过将旋压机的普通芯模换成带有纵横向内筋的芯模，通过强力旋压成形过程，将坯料变形区的金属流向纵横向筋位置，从而形成圆筒坯料内壁的纵横向筋。由于纵横向内筋的形成，坯料变形区金属的流动规律将不再等同于普通筒形件的强旋成形，使得成形过程的变形机理更加复杂，相应的各个工艺参数对强力旋压的影响也会随之变化，不能够按照普通的筒形件的强旋规律进行选择；另外在强力旋压加工过程中，易出现龟裂和裂纹现象，并且在多道次成形旋压过程中，首道次成形效果良好，但是后面道次成形中出现裂纹；此外，在成形结束需要退轮时，工件端部的内筋处易出现裂纹，并且芯模安装拆卸繁琐；强力旋压技术尚不能旋出双面带复杂筋特征的结构件。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，具有用于成形筒形件外表面复杂筋的外模具内表面带有复杂筋特征，用于成形筒形件内表面复杂筋的内模具外表面带有复杂筋特征；本发明可以通过两种不同的加载方式实现筒形结构件的成形。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，包括：机架、转动设置于机架上的滚筒成形装置以及设置于滚筒成形装置内的支撑机构。

所述的滚筒成形装置包括：由外而内依次设置的外滚筒、外模具、内模具和内滚筒。

所述的转动设置，通过设置于滚筒成形装置外部的至少一个支撑辊实现，该支撑辊与滚筒成形装置的外部转动接触用于在加工时提供动力和支撑整个滚筒成形装置，支撑辊独特的设计方式，能够很好的限制滚筒成形装置的轴向移动。

所述的支撑辊优选为三个且均布于滚筒成形装置的外部，在加工过程中能够很好的保证整个滚筒成形装置轴向位置。

所述的支撑机构为活动支撑模块或固定支撑模块，其中：

活动支撑模块包括：液压系统和与之相连的工作辊，该工作辊的边部设有用于限制内滚筒的轴向移动的下凹台阶，液压系统穿过机架置于滚筒成形装置中央位置。

所述的工作辊通过连接装置与液压系统相连，该连接装置包括：单活塞杆液压缸和连接杆，通过连接装置控制工作辊径向进给，实现在加工时渐进挤压的过程。

固定支撑模块包括：液压系统和与之相连的下压轴以及与下压轴相接触的楔形模块，该楔形模块包括互相固定连接的楔形块、下压块和滑块，通过楔形块和下压块将下压轴的竖直方向的压力和位移转化为径向方向的压力和位移。

所述的下压块的圆弧半径小于内模具的内壁半径，从而保证下压块与滚筒成形装置中的内模具为线接触，并在加工过程中通过配合下压轴的下压和滚筒成形装置轴向转动，从而保证下压块在每一道次加工时渐进挤压所有内模具。

所述的外模具为分段式多片结构，每片模具插入式固定于外滚筒和内模具之间且其内表面上设有复杂筋特征，以保证在装入滚筒成形装置中复杂筋特征的连贯性。

所述的内模具为分段式多片结构，每片模具插入式固定于外模具和内滚筒之间且其外表面上设有复杂筋特征，以保证在装入滚筒成形装置中能够实现复杂筋特征的连贯性。

为了能够实现内模具的径向进给，所述的内、外滚筒上对应设有匹配外、内模具的腰形槽，保证在工作辊渐进挤压时，实现内模具的径向进给。

所述的内、外滚筒均为带孔筒形结构且底部中心位置设有方便组装滚筒成形装置的圆形孔洞。

所述的内、外滚筒的底部设有用于定位内外模具插入时的初始位置的定位孔。

所述的内滚筒与外滚筒为相向内嵌设置，内、外滚筒在配合时底部向外，以方便拆卸。

所述的内、外滚筒之间设有连接结构，当内外滚筒及内外模具装配好后，通过连接结构限制内外滚筒的相对运动，保证在加工时滚筒成形装置的稳定性。

所述的内、外滚筒之间设有防松结构，通过防松结构能够有效防止内模具的回弹，由于在加载时分片内模具会处在加载与卸载交替中，所以防松结构能够很好的防止内模具在卸载时的回弹。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过通过更换内外模具实现两种不同的加载方式，可以实现多道次渐进挤压成形，可实现对于结构件双面复杂筋特征一体化成形的目标；本发明采用可分离的滚筒成形装置，容易实现结构件在成形后与模具的分离，能够大大减小脱模的困难；本发明结构设计精炼，体积和占地面积较小，设备制造、运输、安装、调试等过程方便，制造维护成本较低。

附图说明

图1为本发明第一种加载方式示意图；

图2位本发明第二种加载方式示意图；

图3为本发明外滚筒结构示意图；

图4为图3中A区域竖向剖视图；

图5为图3中A区域横向剖视图；

图6为本发明滚筒成形装置结构局部放大图；

图中：1 机架、2 滚筒成形装置、3 液压进给装置、4 工作辊、5 支撑辊、6 连接装置、7 下压轴、8 楔形块、9 下压块、10 滑块、11 模具底座、12 外滚筒、13 外模具、14 筒形结构件、15 内模具、16 内滚筒、17 内外滚筒连接结构、18 防松结构。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本实施例第一种加载方式，用来固定滚筒成形装置2、支撑辊5和液压缸3的机架1分成前后两部分，其中：前机架中间设有用于装卸滚筒成形装置2的圆形孔洞。

在试验开始时，需要将装配好的滚筒成形装置2设置于机架1的固定位置上，完成滚筒成形装置2的预定位，目的是使支撑辊5和工作辊4通过液压进给装置3到达初始加工位置，并限制住滚筒成形装置2的轴向移动，保证在加工时只有内模具15径向的进给。

滚筒成形装置2安装完毕后，通过液压系统推动连接装置6，使支撑辊5缓慢靠近滚筒成形装置2，到达初始加工位置即停止径向进给，滚筒成形装置2的预定位能够保证滚筒成形装置2能够完全内嵌在支撑辊5中，从而限制滚筒成形装置2的轴向移动。

液压进给装置3设置于机架1上，位于滚筒成形装置的中心，工作辊4通过连接装置6设置于液压进给装置3上，能够通过液压系统实现径向进给。在试验开始前，工作辊4位于初始位置，即与滚筒成形装置2无配合；加工开始时，液压系统控制液压进给装置3径向进给，单道次进给量设定为0.2mm，通过连接装置6将工作辊4缓慢靠近滚筒成形装置2，在到达初始加工位置时，液压进给装置3即停止径向进给。工作辊4外侧的独特设计能够使滚筒成形装置2内边缘内嵌于工作辊4，从而保证滚筒成形装置2在加工时轴向没有位移。

加工开始后，通过支撑辊5提供动力带动滚筒装置2转动，主轴转速设置为1rpm；在加工过程中，在设定一道次径向进给位移量0.2mm后，通过液压系统控制液压进给装置3，使得工作辊4渐进挤压滚筒成形装置2的内表面，即在径向推动内模具15，即可完成一道次加工。在完成第一次道次加工后，液压系统继续按照设定值推动工作辊4径向进给，开始后续道次的加工，目标设定值为3mm，即进给量累计达到3mm即停止加工，从而实现多道次渐进挤压。加工完成后，液压系统控制工作辊4和支撑辊5退回到初始位置，再将滚筒成形装置2从机架1中卸出。

实施例2

如图2所示，为本实施例第二种加载方式，将模具底座11设置于压机工作台面上，再将楔形块8、下压块9和滑块10通过图中所示的螺栓连接，然后把组装完成后的结构设置于模具底座11上，再将滚筒成形装置2设置于模具底座11上，并且滚筒成形装置2内壁与下压块9紧密配合，最后将下压轴7与压机的压下机构连接，通过压机设置下压轴7的压下速度和下压压力分别为1mm/min和300KN，在下压轴7行进过程中会对楔形块8产生径向的位移和压力，推动底部的滑块10和下压块9径向进给，从而实现对滚筒成形装置2的加载，并通过动力装置控制滚筒成形装置2的圆周运动，设定转速为1rpm，在配合过程中实现渐进挤压过程。

如图3和4所示，所述的滚筒成形装置2的安装方式为先内后外，由内滚筒16开始装配，将外模具13分片插入到内滚筒16上，再将筒形结构件14装配到外模具13内侧，由于外模具13内表面具有复杂筋特征，所以在加工过程中，筒形结构件14外表面能够形成复杂筋特征；接着将内模具15分片插入到内滚筒16上，由于内模具15外表面带有复杂筋特征，所以能够使筒形结构件内表面形成复杂筋特征；最后将外滚筒12装配到内滚筒16上，对准所有的分片模具的插孔，完成滚筒成形装置2的安装。滚筒成形装置安装完成后的剖视图，如图4所示。当加工结束取出筒形结构件14时，需要先将外滚筒12从内滚筒16上卸出，在保持内外模具紧密贴合筒形结构件14稳定不动的同时，将内滚筒16卸出，最后将内外模具从筒形结构件14表面剥离，从而完成整个加工过程。

如图5所示为滚筒成形装置结构横向剖视图，可以看出外模具13分段设置于内滚筒16和筒形结构件14之间，并且外模具13外表面紧贴内滚筒16内表面，而具有复杂筋特征的内表面则与筒形结构件14外表面紧密贴合；同样，内模具15分段设置于筒形结构件14外侧，并且内模具15具有复杂筋特征的外表面与筒形结构件14内表面紧密贴合。

如图6所示为滚筒成形装置结构局部放大图，在外滚筒12和内滚筒16上设有用于固定内外模具的安装孔位，由于外模具13只需固定在内滚筒16内侧，所以安装孔为正常定位孔，起到固定外模具13的作用，而内模具15在加工过程中，需要能够径向进给，所以将安装孔设计成腰形孔，在加工时，工作辊4的径向进给能够渐进挤压内模具15，从而实现两面复杂筋特征的结构件的成形。同时，为了防止内模具15在加工过程中发生回弹，在外滚筒12和内滚筒16上设计了防松结构18，通过M5六角头螺栓、弹簧和M5螺母的相互配合实现，在内模具15安装完成后，由于弹簧处于收缩状态，拧松M5螺母，使得六角头螺栓能在弹簧的作用下，带动螺栓施加压力于内模具的插销上，并且伴随着加工过程的进行，能够始终保持有压力作用在内模具两端的插销上，从而能够保证内模具15在加工过程中不发生回弹。为了防止内外滚筒的相对运动，设计了内外滚筒连接结构17，在内外滚筒之间用连接块，通过M4内六角螺栓连接。

实验结果表明，本实施例两面带复杂筋特征的结构件成形的装置可以有效实现筒形结构件的双面带复杂筋特征成形的功能，在加工过程中能够保持筒形结构件轴向无位移，只有径向进给，实现渐进挤压的加工过程，最终能够很好的加工出双面带复杂筋特征的结构件，实现了双面带复杂筋结构件一体化成形的目标；另一方面可以有效减小设备的占地空间，运输、安装、调试等过程更加方便，制造维护成本低廉。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (13)

1.一种双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征在于，包括：机架、转动设置于机架上的滚筒成形装置以及设置于滚筒成形装置内的支撑机构；

所述的滚筒成形装置包括：由外而内依次设置的外滚筒、外模具、内模具和内滚筒；

所述的外模具为分段式多片结构，每片模具插入式固定于外滚筒和内模具之间且其内表面上设有复杂筋特征，以保证在装入滚筒成形装置中复杂筋特征的连贯性；

所述的内模具为分段式多片结构，每片模具插入式固定于外模具和内滚筒之间且其外表面上设有复杂筋特征，以保证在装入滚筒成形装置中能够实现复杂筋特征的连贯性。

2.根据权利要求1所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的转动设置，通过设置于滚筒成形装置外部的至少一个支撑辊实现，该支撑辊与滚筒成形装置的外部转动接触用于在加工时提供动力和支撑整个滚筒成形装置从而限制滚筒成形装置的轴向移动。

3.根据权利要求2所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的支撑辊为三个且均布于滚筒成形装置的外部，在加工过程中能够很好的保证整个滚筒成形装置轴向位置。

4.根据权利要求1所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的支撑机构为活动支撑模块或固定支撑模块，其中：活动支撑模块包括：液压系统和与之相连的工作辊；固定支撑模块包括：液压系统和与之相连的下压轴以及与下压轴相接触的楔形模块。

5.根据权利要求4所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的工作辊的边部设有用于限制内滚筒的轴向移动的下凹台阶，液压系统穿过机架置于滚筒成形装置中央位置。

6.根据权利要求4或5所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的工作辊通过连接装置与液压系统相连，该连接装置包括：单活塞杆液压缸和连接杆，通过连接装置控制工作辊径向进给，实现在加工时渐进挤压的过程。

7.根据权利要求4所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的楔形模块包括互相固定连接的楔形块、下压块和滑块，通过楔形块和下压块将下压轴的竖直方向的压力和位移转化为径向方向的压力和位移。

8.根据权利要求4所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的下压块的圆弧半径小于内模具的内壁半径，从而保证下压块与滚筒成形装置中的内模具为线接触，并在加工过程中通过配合下压轴的下压和滚筒成形装置轴向转动，从而保证下压块在每一道次加工时渐进挤压所有内模具。

9.根据权利要求1所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的内、外滚筒均为带孔筒形结构且底部中心位置设有方便组装滚筒成形装置的圆形孔洞。

10.根据权利要求1或9所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的内、外滚筒上对应设有匹配外、内模具的腰形槽，保证在工作辊渐进挤压时，实现内模具的径向进给。

11.根据权利要求1或9所述的双面复杂筋特征结构件一体化成形装置，其特征是，所述的内、外滚筒之间设有防松结构，通过防松结构能够有效防止内模具的回弹，由于在加载时分片内模具会处在加载与卸载交替中，所以防松结构能够很好的防止内模具在卸载时的回弹。

12.一种基于权利要求2或3所述装置的双面复杂筋特征结构件一体化成形方法，其特征在于，通过支撑辊提供动力带动滚筒装置转动，主轴转速设置为1rpm；在加工过程中，在设定一道次径向进给位移量0.2mm后，通过液压系统控制液压进给装置，使得工作辊渐进挤压滚筒成形装置的内表面，即在径向推动内模具，即可完成一道次加工；

在完成第一次道次加工后，液压系统继续按照设定值推动工作辊径向进给，开始后续道次的加工，目标设定值为3mm，即进给量累计达到3mm即停止加工，从而实现多道次渐进挤压。加工完成后，液压系统控制工作辊和支撑辊退回到初始位置，再将滚筒成形装置从机架中卸出。

13.一种基于权利要求4或7或8所述装置的双面复杂筋特征结构件一体化成形方法，其特征在于，通过压机设置下压轴的压下速度和下压压力分别为1mm/min和300KN，在下压轴行进过程中会对楔形块产生径向的位移和压力，推动底部的滑块和下压块径向进给，从而实现对滚筒成形装置的加载，并通过动力装置控制滚筒成形装置的圆周运动，设定转速为1rpm，在配合过程中实现渐进挤压过程。