CN109158469A - 一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于薄辐板凸台盘形件加工方法领域，并公开了一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，包括以下步骤：1)将圆环形的板料套接在立式旋压机的竖直主轴上，并且将板料放置于立式旋压机的下压盘上，让立式旋压机的上压盘与下压盘配合夹紧板料；2)将立式旋压机的第一压轮移动到所述上压盘旁；3)让立式旋压机的第一成形轮沿板料的径向进给，该第一成形轮对板料的上部材料施加推挤力从而使得板料上部的材料流动，当第一成形轮进给到设定距离时停止进给，从而完成环形凸台的成形。本发明利用旋压的渐进成形特点，成形过程所需旋压机吨位小，旋压模具结构简单，成形效率高，成形尺寸精度高，表面质量好。

Description

一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法

技术领域

本发明属于薄辐板凸台盘形件加工方法领域，更具体地，涉及一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法。

背景技术

随着汽车产业机械、汽车等制造业的飞速发展，节能环保已经是当今制造业生产主题，汽车零部件的轻量化和生产高效化的工艺设计逐渐成为生产过程中极为重要的环节。轻量化就是在保证零部件结构尺寸和性能质量要求的前提下，尽可能地减少零部件的质量，生产高效化即以尽量少的工艺流程和低的生产成本和能耗制造出合格的零部件。

对于中心、轮缘薄中部厚的这一类盘形件，其中部较厚保证了强度，同时其中间以及边缘部位较薄可以减小用料和零件整体质量，优化了零件结构，实现了零部件的轻量化。但这种中心、轮缘薄中部厚盘形件由于结构的特殊性，加工工艺往往复杂而又难以保证整体质量，不仅导致材料利用率低，而且加工工序繁多，效率低下，因此制造工艺亟待提高。

目前常见的盘形板料局部增厚的方法有C.J.Tan提出的拉深-挤压两步成形方法实现局部增厚，即先通过拉深使板料形成凸起，再用平底模具压平实现局部区域增厚的目的；夏琴香等人提出一种采用侧壁增厚的多楔带轮旋压成形工艺，将该过程分成预成形、腰鼓成形及增厚成形三个工步进行旋压成形得到侧壁增厚多楔带轮；专利CN201010518349.6公开了采用带有型槽的旋轮对圆形板料进行多道次轮缘旋压增厚成形，并针对该工艺提出了确定旋压道次及确定各旋压道次关键工艺参数的计算方法。

但以上方法均无法实现板料中部增厚，采用焊接的方法无法保证零部件的整体质量和性能，采用冲锻成形的方法模具结构复杂，且往往受到零件结构和模具载荷限制而难以做到单工序整体成形不等厚零件。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法。通过对旋压成形过程中关键组件成形轮和压轮的布置和结构进行设计，控制变形过程中材料的流动，由此实现区域增厚并保证成形质量和厚度均匀分布。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将圆环形的板料套接在立式旋压机的竖直主轴上，确保板料的中心线与该竖直主轴的中心线同线，并且将所述板料放置于立式旋压机的下压盘上，让立式旋压机的上压盘与下压盘配合夹紧板料；其中，上压盘和下压盘也套接在立式旋压机的竖直主轴上，所述上压盘的纵截面呈倒T形，下压盘的纵截面呈T形，所述上压盘、下压盘以及竖直主轴的中心线同线；

2)将立式旋压机的第一压轮移动到所述上压盘旁，其中，第一压轮可转动安装在立式旋压机的机架上，该第一压轮的中心线与所述板料的中心线垂直相交，该第一压轮与所述板料上表面之间存在间隙，该间隙作为环形凸台的成形空间；

3)让立式旋压机的第一成形轮沿待加工板料的径向进给，该第一成形轮对板料的上部材料施加推挤力从而使得板料上部的材料流动，当上部流动的材料增厚到设定厚度时会与第一压轮接触并带动第一压轮旋转，第一压轮限制上部的材料继续增厚，上压盘的外侧限制上部的材料的径向位置，当第一成形轮进给到设定距离时停止进给，从而完成环形凸台的成形，其中，所述第一成形轮整体呈圆台形，第一成形轮的侧面贴着板料的上部进给，第一成形轮的中心线与所述板料的中心线相交，并且第一成形轮的中心线、板料的中心线和第一压轮的中心线共面。

优选地，所述第一成形轮的刃口角为30°～80°，即母线与底面的夹角为30°～80。

优选地，所述板料在成形过程中的转速为200rpm～500rpm。

优选地，所述第一成形轮的进给速度为60mm/min～180mm/min。

优选地，所述下压盘与所述上压盘上下对称设置。

优选地，所述立式旋压机上还设置有第二成形轮和第二压轮，所述第二成形轮与所述第一成形轮上下对称设置，以用于对板料的下部材料施加推挤力从而使得板料下部的材料流动，所述第二压轮与所述第一压轮上下对称设置，以用于限制下部的板料继续增厚，所述第一成形轮与第二成形轮同步运动，从而实现环形凸台的上下对称增厚成形。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明采用了第一成形轮来对板料进行成型，并采用了第一压盘来限制材料增厚的厚度，合理布置，有效地控制材料流动，将整体变形转化为局部变形，有效地降低了成形力，降低了设备吨位，旋压轮模具结构简单，大大减少了制造成本。

2)本发明成形过程板料发生整体塑性变形，保证了板料的力学性能的同时，得到的零件尺寸精度高，厚度分布均匀，成形质量稳定。

3)本发明的第一成形轮的刃口角为非垂直角，即第一成形轮的底面与水平面有一定的角度，这样可以避免成形过程中板料中间层的材料与第一成形轮底面的接触，从而减少其发生变形，减小摩擦，从而减小成形力，同时也保证了第一成形轮的成型侧面的强度。

4)本发明的第一压轮中心线与板料中心线共面垂直，即第一压轮与板料接触接近于线接触，接触面积很小，且是在板料的上部材料的带动下转动，这样上部的材料与第一压轮之间几乎无相对滑动，可有效降低第一压轮与材料之间的摩擦作用，减小成形力的同时能够保证良好表面质量。

附图说明

图1a是本发明中板料初始形状示意图；

图1b是本发明中板料进行成形后的形状示意图；

图2是本发明中板料环形凸台渐进增厚成形方法的成形过程的初始状态示意图；

图3是本发明中板料环形凸台渐进增厚成形方法的成形过程的中间状态示意图；

图4是本发明中板料环形凸台渐进增厚成形方法的成形过程的最终状态示意图；

图5是本发明中板料单侧环形凸台渐进增厚成形示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照各附图，本发明的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其主要成形步骤是指利用对称布置的成形轮径向进给推挤上、下层材料，使得上、下层材料堆积，并通过对称分布的压轮约束材料流动，成形出板料中部环形台阶。

一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，包括以下步骤：

1)将圆环形的板料1套接在立式旋压机的竖直主轴2上，确保板料1的中心线与该竖直主轴2的中心线同线，并且将所述板料1放置于立式旋压机的下压盘3上，让立式旋压机的上压盘4与下压盘3配合夹紧板料1；其中，上压盘4和下压盘3也套接在立式旋压机的竖直主轴2上，所述上压盘4的纵截面呈倒T形，所述上压盘4的纵截面呈倒T形，所述下压盘3的纵截面呈T形，上压盘4、下压盘3以及立式旋压机的竖直主轴2的中心线同线；

2)将立式旋压机的第一压轮5移动到所述上压盘4旁，其中，第一压轮5可转动安装在立式旋压机的机架上，即第一压轮5可沿自身的中心轴自由转动，该第一压轮5的中心线与所述板料1的中心线垂直相交，该第一压轮5与所述板料1上表面之间存在间隙，该间隙作为环形凸台的成形空间；

3)让立式旋压机的第一成形轮6沿板料1的径向进给，该第一成形轮6对板料1的上部材料施加推挤力从而使得板料1上部的材料流动，当上部流动的材料增厚到设定厚度时会与第一压轮5接触并带动第一压轮5旋转，第一压轮5限制上部的材料继续增厚，当第一成形轮6进给到设定距离时停止进给，从而完成环形凸台的成形，其中，所述第一成形轮6整体呈圆台形，第一成形轮6的侧面贴着板料1的上部进给，第一成形轮6的中心线与所述板料1的中心线相交，第一成形轮6的刃口角为非垂直角，即第一成形轮6的底面与水平面有一定的角度，这样可以避免成形过程中板料1中间层的材料与第一成形轮6底面的接触，从而减少其发生变形，减小摩擦，从而减小成形力，同时也保证了第一成形轮6的成型侧面的强度，并且第一压轮5中心线与板料1中心线共面垂直，即第一压轮5与板料1接触接近于线接触，接触面积很小，且是在板料1的上部材料的带动下转动，这样上部的材料与第一压轮5之间几乎无相对滑动，可有效降低第一压轮5与材料之间的摩擦作用，减小成形力的同时能够保证良好表面质量。

进一步，所述下压盘3与所述上压盘4上下对称设置。

进一步，所述立式旋压机上还设置有第二成形轮8和第二压轮7，所述第二成形轮8与所述第二成形轮8上下对称设置，以用于对板料1的下部材料施加推挤力从而使得板料1下部的材料流动，所述第二压轮7与所述第一压轮5上下对称设置，以用于限制下部的板料继续增厚，所述第一成形轮6与第二成形轮8同步运动，从而实现上下对称增厚成形。

具体地，所述第一成形轮6刃口角为30°～80°，所述板料1在成形过程中的转速为200rpm～500rpm，所述第一成形轮6的进给速度为60mm/min～180mm/min。采用上述进给速度和转速，既可以在保证板料稳定变形的前提下提高成形效率，又避免了转动电机高负载可能带来的不稳定因素。

本实例中采用板料1厚t₀＝20mm，外径D＝200mm，d＝50mm直径的内孔用于成形过程中板料的安装定位，图1a是按照本发明的优选实例所构建的待加工板料的初始形状尺寸，图1b是本发明所需要成形得到的目标零件形状尺寸，板料变形区域外缘厚度为t₁＝10mm，径向长度为l₁＝20mm，增厚部分厚度为t₂＝44mm，径向长度为l₂＝10mm，目标零件尺寸由体积不变原理计算得到，根据目标零件尺寸确定压轮距离板料高度和成形轮进给距离。

如前所述介绍的是板料双侧环形凸台渐进成形方法，如图3所示，如若只需要成形单侧环形凸台，可将上述的第二成形轮8和第二压轮7撤离，下压盘3与板料1接触的部分的外径大于所述板料1的外径，增大下压盘3直径以在成形过程中支撑整个板料。

本领域的技术人员容易理解，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 (6)

1.一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将圆环形的板料套接在立式旋压机的竖直主轴上，确保板料的中心线与该竖直主轴的中心线同线，并且将所述板料放置于立式旋压机的下压盘上，让立式旋压机的上压盘与下压盘配合夹紧板料；其中，上压盘和下压盘也套接在立式旋压机的竖直主轴上，所述上压盘的纵截面呈倒T形，下压盘的纵截面呈T形，所述上压盘、下压盘以及竖直主轴的中心线同线；

2)将立式旋压机的第一压轮移动到所述上压盘旁，其中，第一压轮可转动安装在立式旋压机的机架上，该第一压轮的中心线与所述板料的中心线垂直相交，该第一压轮与所述板料上表面之间存在间隙，该间隙作为环形凸台的成形空间；

3)让立式旋压机的第一成形轮沿待加工板料的径向进给，该第一成形轮对板料的上部材料施加推挤力从而使得板料上部的材料流动，当上部流动的材料增厚到设定厚度时会与第一压轮接触并带动第一压轮旋转，第一压轮限制上部的材料继续增厚，上压盘的外侧限制上部的材料的径向位置，当第一成形轮进给到设定距离时停止进给，从而完成环形凸台的成形，其中，所述第一成形轮整体呈圆台形，第一成形轮的侧面贴着板料的上部进给，第一成形轮的中心线与所述板料的中心线相交，并且第一成形轮的中心线、板料的中心线和第一压轮的中心线共面。

2.根据权利要求1所述的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，所述第一成形轮的刃口角为30°～80°，即母线与底面的夹角为30°～80。

3.根据权利要求1或2所述的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，所述板料在成形过程中的转速为200rpm～500rpm。

4.根据权利要求1～3所述的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，所述第一成形轮的进给速度为60mm/min～180mm/min。

5.根据权利要求1～4所述的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，所述下压盘与所述上压盘上下对称设置。

6.根据权利要求1～5所述的一种圆环形板料环形凸台渐进增厚成形方法，其特征在于，所述立式旋压机上还设置有第二成形轮和第二压轮，所述第二成形轮与所述第一成形轮上下对称设置，以用于对板料的下部材料施加推挤力从而使得板料下部的材料流动，所述第二压轮与所述第一压轮上下对称设置，以用于限制下部的板料继续增厚，所述第一成形轮与第二成形轮同步运动，从而实现环形凸台的上下对称增厚成形。