CN109201832A - 一种短模旋压成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短模旋压成形装置。该设备包括芯轴、零件支撑环、成形环、成形环驱动模块和旋轮。其中，芯轴为筒形结构，芯轴的一端与主轴同轴连接；零件支撑环套设在与主轴连接的芯轴的外端面上，用于支撑待加工零件；成形环可轴向移动的环向设在芯轴的中间段的外表面上；成形环驱动模块安装在芯轴的筒腔内，用于驱动成形环轴向移动；旋轮设置在芯轴的外周，在零件的成形加工部位与成形环同步运动。通过设置独立的零件支撑环和成形环，以及成形环驱动模块和芯轴配合作用，提高了零件加工效率，能根据不同使用需求进行合理选材和更换维护，通用性强，在保证加工质量的同时降低了整体重要，节约了生产成本。

Description

一种短模旋压成形装置

技术领域

本发明涉及金属成形设备领域，特别是涉及一种适用于薄壁筒形件的短模旋压成形装置。

背景技术

薄壁筒形件在工业生产特别是在航空航天等领域有着广泛的应用，如DF-XX、DF-XXX发动机壳体、运载火箭、导弹壳体直筒段、大型航空发动机机匣类零件。旋压成形技术被公认为是制造薄壁筒形件最有效的工艺方法之一，它结合了锻造、拉拔、挤压、滚压和轧制等多种工艺特点，在航空航天领域已得到广泛应用。

筒形件旋压成形通常采用流动旋压方法。旋压过程中，旋轮加压于随模具一同旋转的金属厚壁筒形毛坯，使其产生连续均匀的局部塑性变形而成为所需的薄壁筒形件。现有技术的旋压模具通常是实心的圆棒或者空心厚壁的圆筒，模具外径与工件内径相同，长度与工件长度相当。并且旋压模具由成形模具和支撑模具两部分构成的铸造或锻造的整体结构，其中成形部分主要起到配合旋轮完成毛坯旋压成形的作用，支撑部分不直接参与材料的成形，主要起到支撑防护的作用。整体模具使用过程中通常因为成形部分的损伤就造成了整个模具的报废。并且不能根据实际使用环境及功能对旋压模具各部分进行差别设计，而整体模具加工周期长，费用高，不利于单件小批量产品研制的快速响应。

尤其对大直径、大高度薄壁筒形件来说，如某导弹发动机壳体直径在2.6m，再如某导弹发动机壳体直径也在1.4m以上，单个零件高度超过2m，若采用现有技术的旋压成形装置，模具体型庞大，即便设计成空心结构，模具重量仍然会很大。模具尺寸、重量越大，对旋压设备主轴刚性要求也高，对机床轴承等部件的损伤也大。

因此，发明人提出了适用于薄壁筒形件的一种短模旋压成形装置。

发明内容

本发明实施例提供了一种短模旋压成形装置，该装置通过安装独立的零件支撑环和成形环，解决了现有模具的成形部分和支撑部分因整体成形结构造成的安装维护不便、模具整体尺寸大、重量大以及通用性差的问题。

本发明的实施例提出了一种短模旋压成形装置，该设备主要包括芯轴、零件支撑环、成形环、成形环驱动模块和旋轮。其中，芯轴为筒形结构，所述芯轴的一端与主轴同轴连接；零件支撑环套设在与所述主轴连接的所述芯轴的外端面上，用于支撑待加工零件；成形环可轴向移动的环向设在所述芯轴的中间段的外表面上； 成形环驱动模块安装在所述芯轴的筒腔内，用于驱动所述成形环轴向移动；旋轮设置在所述芯轴的外周，在所述零件的成形加工部位与所述成形环同步运动。

在第一种可能的实现方式中，所述成形环驱动模块包括液压系统和安装组件，所述成形环安装在所述安装组件上，所述液压系统驱动所述安装组件沿所述芯轴的轴向运动。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述液压系统包括液压执行元件和液压控制元件，所述液压控制元件控制所述液压执行元件沿所述芯轴的轴向运动，所述液压控制元件与所述旋轮的运动控制系统连接。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述安装组件包括固定板和连接块，所述固定板设置在所述液压执行元件的运动杆上，所述连接块的一端安装在所述固定板上，另一端与所述成形环可拆卸连接，多个所述连接块周向均布设置。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述芯轴沿轴向方向的中间段有中空槽，所述连接块通过所述中空槽伸向所述芯轴外部与所述成形环安装连接。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述芯轴的中间段周向均布多个中空槽，所述中空槽为沿轴向的长槽，所述中空槽的数量不少于所述连接块的数量。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，还包括张力牵引模块，设置所述芯轴的另一端，用于提供与所述旋轮运动方向相反的张力，所述张力作用在已成形零件上。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，还包括卸料环，所述卸料环套设在所述零件支撑环的外部，用于安装所述待加工零件的端部，使所述待加工零件的端部支撑在所述零件支撑环上。

结合上述可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述成形环和/或所述零件支撑环的外径与加工零件的内径相当。

结合上述可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，3个所述旋轮在所述芯轴外周相互呈120°的夹角均布设置，3个所述旋轮作用在所述待加工零件上且同步进给。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种短模旋压成形装置的结构示意图。

图中：

1：主轴；2：卸料环；3：零件支撑环；

4：成形环驱动模块； 41：液压缸；42：固定板；43：连接块；44：锁紧件；

5：旋轮；6：成形环；7：零件；8：张力牵引模块；9：芯轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“上面”、“下面”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“设置”、“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，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

针对筒形件旋压成形制造工艺中，现有技术的旋压成形装置中旋压模具通常是实心的圆棒或者空心壁厚的圆筒，旋压模具为整体结构导致成型工艺存在的不足，提出了如图1所示的一种短模旋压成形的装置。

如图1所示，一种短模旋压成形的装置，用于筒形零件7的旋压成形加工工艺，该装置主要包括了主轴1、卸料环2、零件支撑环3、成形环驱动模块4、旋轮5、成形环6、张力牵引模块8以及芯轴9。其中，芯轴9为沿轴向具有空腔的筒形结构，芯轴9的一端与主轴1同轴固定连接，可通过螺钉/螺栓等安装紧固件进行固定连接，芯轴9的另一端设置有张力牵引模块8，用于提供与旋轮5轴向运动方向相反的张力，张力牵引模块8的张力作用在已成形的零件7上。零件支撑环3套设在与主轴1连接的芯轴9的外端面上，确保旋压成形过程中，使零件7的未成形部分受力良好，以便支撑待加工零件7。成形环6可轴向移动的环向设在芯轴9的中间段的外表面上。成形环驱动模块4安装在芯轴9的中心筒腔内，用于驱动成形环6沿轴向移动。旋轮5设置在芯轴9的外周，在零件7的成形加工部位与成形环6同步运动。卸料环2套设在零件支撑环3的外部，用于安装待加工零件7的端部，使改待加工零件7的端部支撑在零件支撑环3上。

由此，相比于传统模具的整体结构，本发明通过设置独立的零件支撑环3和成形环6，这种短模的旋压成形装置能使模具整体变小变轻。零件支撑环3作为模具的支撑部分，为待加工的零件7提供支撑作用，成形环6作为模具的成形部分随零件7旋压成形部位的运动，既为零件7旋压成形的部位提供支撑作用，同时，成形环6还与旋轮5配合作用，实现零件7的减薄拉长。由于成形环驱动模块4能驱动成形环6随着轴向方向移动，使得只需要一段独立的成形环6就能满足旋压成形工艺，独立的零件支撑环3和成形环6 分别单独设在芯轴9的不同部位，方便单独拆装维护，并且便于小批量薄壁筒形零件生产研制的快速响应，节省了加工成本。

需要说明的是，由于零件支撑环3和成形环6 分别单独设置，在生产加工中，可以根据装置各部件的实际使用环境及功能，选取不同的材料，既能满足加工工艺要求，又能合理的节约成本。具体地，由于零件支撑环3不直接参与旋压成形，受力小，因此可选择密度较小、较为经济的材料，例如采用碳钢即可满足为一般薄壁筒形零件提供的支撑作用；而成形环6与旋轮5相配合直接参与旋压成形，要求材料具有高强度、高耐磨性等性能，优选地，采用高强钢作为成形环6的材料；芯轴9作为零件支撑环3、成形环6和张力牵引模块8的支撑轴，并且成形环6和张力牵引模块8需在其外部进行移动或滑动，因此需选用具有良好耐磨性和强度的材料，本发明实施例的芯轴9优选采用了球墨铸铁材料。

如图1所示，成形环驱动模块4包括液压系统和安装组件，将成形环6安装在安装组件上，通过液压系统驱动安装组件沿芯轴9的轴向运动。液压系统包括液压执行元件和液压控制元件，由液压控制元件控制液压执行元件沿芯轴9的轴向运动，液压控制元件与旋轮5的运动控制系统连接。

需要说明的是，液压执行元件的运动杆可以在芯轴9的中间筒腔内往复运动，安装组件包括固定板42和连接块43，固定板42设置在液压执行元件的运动杆上，为了安装的牢固性，在安装固定板42的运动杆上还可以设置锁紧件44，以保证在液压执行元件的运动杆活动时，固定板42安装牢固不会脱离。连接块43的一端安装在固定板42上，另一端与成形环6可拆卸连接，便于拆装。具体可根据实际设计和使用要求采用螺钉等连接紧固件实现可拆卸连接方式，也可以通过凹凸形状的卡接结构实现可拆卸连接，当成形环6因不同使用环境的需求或者因反复使用而需更换时，可拆卸的连接方式有利于实现成形环6的快速拆装。

此外，本发明的芯轴9沿轴向方向的中间段有中空槽，连接块43通过该中空槽伸向芯轴9的外部与成形环6安装连接。具体地，芯轴9的中间段周向均布多个中空槽，该中空槽为沿轴向的长槽，并且中空槽的数量不少于连接块的数量，以便使连接块都能从这些中空槽中伸出与成形环6安装连接，实践中，可以通过连接筋条将芯轴9的两端筒形壁进行连接，筋条之间的空隙形成中空槽，也可以是在芯轴9的筒形壁上采用去除材料的方式形成，本发明不限制中空槽的形成方式。只要是满足能形成本发明的中空槽均在保护范围内。

需要说明的是，为了保证薄壁筒形的零件7的加工质量，本发明的成形环6和零件支撑环3的外径与加工零件7的内径相当。本发明采用3个旋轮5在芯轴9的外周相互呈120°的夹角均布设置，3个旋轮5作用在待加工零件7的旋压加工部位的所在的同一截面上，并且3个旋轮5能同步进给，由受力平衡分析，此时芯轴9所受的来于旋轮5的压力合力为零，对芯轴9起到了一定的保护作用。

此外，张力牵引模块8可以包括一个能够牵拉成形零件7的活动装置，并且该活动装置能够沿芯轴9的轴向朝向材料流动方形进行运动。卸料环2安装在主轴1一侧的零件支撑环3的外部，将待加工的零件7进行安装固定，当完成旋压加工操作后可以通过将卸料环2拆卸实现零件7的拆装。

综上所述，本发明的短模旋压成形装置，能够根据实际使用环境选用不同的零件支撑环和成形环，便于单独加工和维护，通用性强，能够适用于不同薄壁筒形件的旋压成形加工，此外，本发明通过成形环驱动模块驱动成形环沿着成形方向的轴向移动，针对性的进行移动和相应加工，在此基础上合理的设计了相应的筒形芯轴，使装置的整体结构质量进行了优化，根据使用环境的需求合理采用适宜的材料和规格，减小了装置的整体重量，具有可控性高，加工效率高，便于维护等优点，有效降低了加工成本。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种短模旋压成形装置，其特征在于，包括：

芯轴，为筒形结构，所述芯轴的一端与主轴同轴连接；

零件支撑环，套设在与所述主轴连接的所述芯轴的外端面上，用于支撑待加工零件；

成形环，可轴向移动的环向设在所述芯轴的中间段的外表面上；

成形环驱动模块，安装在所述芯轴的筒腔内，用于驱动所述成形环轴向移动；

旋轮，设置在所述芯轴的外周，在所述零件的成形加工部位与所述成形环同步运动。

2.根据权利要求1所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述成形环驱动模块包括液压系统和安装组件，所述成形环安装在所述安装组件上，所述液压系统驱动所述安装组件沿所述芯轴的轴向运动。

3.根据权利要求2所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述液压系统包括液压执行元件和液压控制元件，所述液压控制元件控制所述液压执行元件沿所述芯轴的轴向运动，所述液压控制元件与所述旋轮的运动控制系统连接。

4.根据权利要求3所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述安装组件包括固定板和连接块，所述固定板设置在所述液压执行元件的运动杆上，所述连接块的一端安装在所述固定板上，另一端与所述成形环可拆卸连接，多个所述连接块周向均布设置。

5.根据权利要求4所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述芯轴沿轴向方向的中间段有中空槽，所述连接块通过所述中空槽伸向所述芯轴外部与所述成形环安装连接。

6.根据权利要求5所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述芯轴的中间段周向均布多个中空槽，所述中空槽为沿轴向的长槽，所述中空槽的数量不少于所述连接块的数量。

7.根据权利要求1所述的短模旋压成形装置，其特征在于，还包括张力牵引模块，设置所述芯轴的另一端，用于提供与所述旋轮运动方向相反的张力，所述张力作用在已成形零件上。

8.根据权利要求1所述的短模旋压成形装置，其特征在于，还包括卸料环，所述卸料环套设在所述零件支撑环的外部，用于安装所述待加工零件的端部，使所述待加工零件的端部支撑在所述零件支撑环上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的短模旋压成形装置，其特征在于，所述成形环和/或所述零件支撑环的外径与加工零件的内径相当。

10.根据权利要求9所述的短模旋压成形装置，其特征在于，3个所述旋轮在所述芯轴外周相互呈120°的夹角均布设置，3个所述旋轮作用在所述待加工零件上且同步进给。