CN109772986B - 一种调节三旋轮旋压错距量的方法 - Google Patents

Abstract

一种调节三旋轮旋压错距量的方法，在设定各旋轮减薄量时，依据材料的加工硬化规定了三旋轮错距旋压时各旋轮的减薄量。根据总减薄量T以及旋轮数量、各旋轮错距旋压时减薄量分配值，得到各旋轮减薄量。在调整各旋轮的轴向位置时，将各旋轮沿筒形件径向移动至旋压毛坯相应的壁厚减薄量区域，使各旋轮旋入角α边所在直线均与第一个旋轮旋入角α边所在直线相切，得到各旋轮间错距量，精度达到0.01mm级。本发明将多个旋轮等效为一个台阶式整体旋轮，实现金属材料的稳定变形；在确定各旋轮间错距量时，充分考虑了材料及设备的回弹、各旋轮减薄量的分配导致的加工硬化，与实际生产相吻合，并且具有操作简单、快捷方便的特点，效率极高。

Description

一种调节三旋轮旋压错距量的方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体是一种三旋轮旋压错距量的调节方法。

背景技术

随着我国航空、航天等高精制造行业以及国民经济的迅速发展，对薄壁金属旋压筒形件的需求也越来越多、越来越迫切，且零件的精度要求也越来越高，因此，对于筒形件强力旋压工艺的稳定性、适用性、参数选取的科学性、快捷性等要求也越来越高。

错距旋压可以实现在一次旋压行程得到较大的道次减薄率，生产效率较高；各旋轮间错距量太大或太小都会影响旋压件质量。错距量太大会使金属材料变形的连续性下降，出现多头螺纹轨迹，造成产品壁厚偏差较大，圆度、直线度等形位精度较差，甚至使旋压件产生扭曲失稳、开裂。错距量太小时，各旋轮会使金属材料变形及流动产生干涉，使各旋轮承受的旋压力严重不均匀，出现偏载现象，破坏预设的减薄量等工艺参数，降低旋压筒形件的产品精度。因此，合理有效的旋压错距量对于旋压筒形件产品质量控制具有重要意义。

经过调研，现阶段筒形件错距旋压过程中各旋轮错距量的计算、设定主要采取两套方案：1、依据生产经验取值，2、简单的公式计算取值，上述两种方案存在以下几点不足：

1、依据生产经验取值。各生产单位根据自身所加工产品的材料、直径、道次壁厚减薄情况、设备的加工能力以及其他特殊的情况，总结一些相对稳定的错距量调节经验，该经验参数对于该单位一定范围内的产品生产具有一定的指导意义，但依据生产经验选取各旋轮错距量的方法稳定性、适用性、科学性较差，该经验不具有普遍的推广意义。

2、简单的公式计算取值。相关的一些文献均提出了简单的轴向错距量的计算方法，这些计算方法一般仅对道次减薄量、旋轮结构及参数等做出判断，未充分考虑设备的回弹以及各旋轮减薄量的分配等，存在考虑不够全面等现象，实际错距量需要进一步根据试旋压加工结果进行调节，不具备充分的生产实际的指导意义，且计算公式复杂，计算量较大，不具备快速便捷的实用性。

发明内容

为克服现有技术在存在的稳定性、适用性、科学性较差，以及计算过程繁琐的不足，本发明提出了一种调节三旋轮旋压错距量的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，确定旋轮的基本参数。

所述旋轮的数量N为3个，并且各旋轮的结构相同。所述旋轮的基本参数包括旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β和旋轮圆角半径R。

所述旋轮的直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d0为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

步骤2，毛坯厚度和回弹参数的确定。

所述的毛坯厚度包括毛坯初始壁厚t₀和毛坯旋后壁厚t。

所述的回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和。

所述回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和。依据公式1确定总减薄量T：

T＝t₀-t+Δt (1)

公式(1)中，Δt为回弹参数。

步骤3，确定各旋轮的减薄量。

确定第一旋轮减薄量为总减薄量的35～40％，第二旋轮减薄量为总减薄量的 35～40％，第三旋轮减薄量为总减薄量的20～30％。

根据总减薄量T、旋轮数量、确定的各旋轮错距旋压时的减薄比例，计算各旋轮的径向减薄量。分别得到第一旋轮的径向减薄量t₁、第二旋轮的径向减薄量t₂和第三旋轮的径向减薄量t₃。

所述第一旋轮的径向减薄量t₁＝T×(35～40）％，第二旋轮的径向减薄量 t₂＝T×(35～40)％和第三旋轮的径向减薄量t₃＝T×(20～30)％。

步骤4，调整各旋轮的轴向位置。

将步骤1至步骤3得到的各参数输入计算机中，绘制三旋轮错距旋压示意图。

根据得到的三旋轮错距旋压示意图，调整各旋轮的轴向位置，具体是：

第一旋轮不动。移动第二旋轮，使该第二旋轮的旋轮旋入角α₂所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。移动第三旋轮，使该第三旋轮的旋轮旋入角α₃所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。

步骤5，确定各旋轮错距量

各旋轮的错距量是指各旋轮中心线之间的轴向距离。

通过测量步骤4中调整后的各旋轮中心线的轴向位置，得到各旋轮错距量。

至此，完成三旋轮旋压错距量的调节。

筒形件的错距旋压是指多个旋轮旋压时，在径向和轴向均处在不相同的位置，相对都错开一定距离；根据设备及生产实际情况，常规的错距旋压一般包括两旋轮错距旋压、三旋轮错距旋压、四旋轮错距旋压，且各旋轮均为对称、均匀分布。

在多旋轮错距旋压时，各旋轮间错距量太大或太小都会影响旋压件质量。根据生产经验以及塑性成形理论分析可知，各旋轮间错距量的选取需充分保证金属材料塑性变形的连续性、各旋轮承受的旋压力的均匀性，避免出现变形干涉、受力偏载现象。本程序规定，多旋轮错距旋压稳定变形时，各旋轮轮廓线均与第一个旋轮旋入角α的一边所在直线相切，这时，后续各旋轮与第一个旋轮可等效为一个台阶式整体旋轮，可实现金属材料的稳定变形。

在三旋轮错距旋压时，变形区金属在前旋轮碾压变形后会出现材料的加工硬化，导致材料的屈服强度的变化，影响后续旋轮的旋压力，因此，将总减薄量经简单计算均匀分配于各旋轮的方法会导致各旋轮受力不平衡。本发明在设定各旋轮减薄量时，充分考虑了材料的加工硬化，规定在旋压加工过程中，三旋轮错距旋压时，第一旋轮减薄量为总减薄量的35％～40％，第二旋轮轮减薄量为总减薄量的35％～40％，第三旋轮轮减薄量为总减薄量的20％～30％。

输入旋轮结构基本参数，包括旋轮数量N、旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β、旋轮圆角半径R。

输入毛坯初始壁厚t₀、回弹参数Δt毛坯旋后壁厚t，对总减薄量T进行计算。总减薄量T为毛坯初旋壁厚t₀与毛坯旋后壁厚t的差值加上回弹参数Δt。该总减薄量T 用于计算各旋轮减薄量及旋压最小间隙。根据总减薄量T以及旋轮数量、各旋轮错距旋压时减薄量分配值，得到各旋轮减薄量。

根据确定的各旋轮减薄量以及旋压毛坯的基本参数，绘制三旋轮错距旋压过程示意图。将各旋轮沿筒形件径向移动至旋压毛坯相应的壁厚减薄量区域，第一旋轮不动，沿筒形件轴向移动各旋轮，使各旋轮旋入角α边所在直线均与第一个旋轮旋入角α边所在直线相切，这时，后续各旋轮与第一个旋轮可等效为一个台阶式整体旋轮，可实现金属材料的稳定变形。

根据筒形件强力错距旋压过程示意图，确定相邻两旋轮间的错距量，第一旋轮与第二旋轮间错距量为Z₁₂、第二旋轮与第三旋轮间错距量Z₂₃。

本发明涉及旋压制造领域，通过确定旋轮基本参数、毛坯初始壁厚、毛坯旋后壁厚、回弹参数，绘制旋压加工的过程示意图，并根据该示意图确定各旋轮间的具体错距量，根据该错距量方便快捷的设定旋压工艺，用于成形高精度筒形旋压结构件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在确定各旋轮间错距量时，充分考虑了金属材料塑性变形的连续性、各旋轮承受的旋压力的均匀性，避免出现变形干涉、受力偏载现象。错距量调节原理是将多个旋轮等效为一个台阶式整体旋轮，可实现金属材料的稳定变形。

2、本发明在确定各旋轮间错距量时，充分考虑了材料及设备的回弹、各旋轮减薄量的分配导致的加工硬化等，与实际生产相吻合，具有较好的适用性。

3、通过参数的简单输入，即可得到多旋轮错距旋压过程简图以及各旋轮间的错距量。操作简单，快捷方便，效率极高。

4、根据本发明得到的错距量，精度达到0.01mm级，达到了旋压设备所能达到的最高精度，具有较强精度和较高的稳定性。

附图说明

图1是三旋轮错距旋压加工示意图。

图2是双锥面旋轮基本结构示意图。

图3是三旋轮错距旋压稳定变形示意图。

图4是三旋轮错距旋压旋轮参数输入及轮廓绘制示意图。

图5是三旋轮错距旋压毛坯、材料及设备回弹参数输入及过程示意图。

图6是三旋轮错距旋压过程示意图。

图7是三旋轮错距旋压错距量输出示意图。

图8是本发明的流程图。

图中：1.第一旋轮；2.第二旋轮；3.第三旋轮；4.筒形件旋压毛坯；5.旋压芯模。

具体实施方式

实施例1

本实施例是三旋轮错距旋压方法加工超高强度钢薄壁筒形件中旋压错距量的调节方法。

加工过程所用的旋轮结构完全相同，旋轮数量N为3个、旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

本实施例的具体过程是：

步骤一，确定旋轮的基本参数。

所述旋轮的数量N为3个，并且各旋轮的结构相同。所述旋轮的基本参数包括旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β和旋轮圆角半径R。

本实施例中，旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

步骤2，毛坯厚度和回弹参数的确定。

所述的毛坯厚度包括毛坯初始壁厚t₀和毛坯旋后壁厚t。均由旋压工艺要求确定。

所述的回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和。该回弹参数采用常规方法通过试加工得到。

本实施例中，毛坯初始壁厚t₀为10mm，毛坯旋后壁厚t为5mm、回弹参数Δt为 1mm。依据公式1对总减薄量T进行计算。

T＝t₀-t+Δt (1)

本实施例中，T＝t₀-t+Δt＝10-5+1＝6mm，即总减薄量T为6mm。

步骤3，确定各旋轮的减薄量。

采用常规方法，确定第一旋轮减薄量为总减薄量的35％，第二旋轮轮减薄量为总减薄量的35％，第三旋轮轮减薄量为总减薄量的30％。

采用常规方法，根据总减薄量T、旋轮数量、确定的各旋轮错距旋压时的减薄比例，计算各旋轮的径向减薄量。得到各旋轮的径向减薄量分别为t₁，t₂，t₃。

本实施例中：

t₁＝T×35％＝6×35％＝2.1mm

t₂＝T×35％＝6×35％＝2.1mm

t₃＝T×30％＝6×30％＝1.8mm

步骤4，轴向调整各旋轮的轴向位置。

将步骤1至步骤3得到的各参数输入计算机中，绘制三旋轮错距旋压示意图，如图5所示。

根据得到的三旋轮错距旋压示意图，轴向调整各旋轮的轴向位置，具体是：

第一旋轮不动。移动第二旋轮，使该第二旋轮的旋轮旋入角α₂所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。移动第三旋轮，使该第三旋轮的旋轮旋入角α₃所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。

步骤5，确定各旋轮错距量

各旋轮的错距量是指各旋轮中心线之间的轴向距离。

通过测量步骤4中调整后的各旋轮中心线的轴向位置，得到各旋轮错距量。

本实施例中，第一旋轮与第二旋轮间错距量Z₁₂为3.64mm，第二旋轮与第三旋轮间错距量Z₂₃为3.12mm。

至此，完成三旋轮旋压错距量的调节。

实施例2

本实施例是三旋轮错距旋压方法加工超高强度钢薄壁筒形件中旋压错距量的调节方法。

加工过程所用的旋轮结构完全相同，旋轮数量N为3个、旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

本实施例的具体过程是：

步骤一，确定旋轮的基本参数。

所述旋轮的数量N为3个，并且各旋轮的结构相同。所述旋轮的基本参数包括旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β和旋轮圆角半径R。

本实施例中，旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

步骤2，毛坯厚度和回弹参数的确定。

所述的毛坯厚度包括毛坯初始壁厚t₀和毛坯旋后壁厚t。均由旋压工艺要求确定。

所述的回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和。该回弹参数采用常规方法通过试加工得到。

本实施例中，毛坯初始壁厚t₀为10mm，毛坯旋后壁厚t为5mm、回弹参数Δt为 1mm。依据公式1对总减薄量T进行计算。

T＝t₀-t+Δt(公式1)

本实施例中，T＝t₀-t+Δt＝10-5+1＝6mm，即总减薄量T为6mm。

步骤3，确定各旋轮的减薄量。

采用常规方法，确定第一旋轮减薄量为总减薄量的40％，第二旋轮轮减薄量为总减薄量的40％，第三旋轮轮减薄量为总减薄量的20％。

采用常规方法，根据总减薄量T、旋轮数量、确定的各旋轮错距旋压时的减薄比例，计算各旋轮的径向减薄量。得到各旋轮的径向减薄量分别为t₁，t₂，t₃。

本实施例中：

t₁＝T×40％＝6×40％＝2.4mm

t₂＝T×40％＝6×40％＝2.4mm

t₃＝T×20％＝6×20％＝1.2mm

步骤4，轴向调整各旋轮的轴向位置。

将步骤1至步骤3得到的各参数输入计算机中，绘制三旋轮错距旋压示意图，如图5所示。

根据得到的三旋轮错距旋压示意图，轴向调整各旋轮的轴向位置，具体是：

第一旋轮不动。移动第二旋轮，使该第二旋轮的旋轮旋入角α₂所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。移动第三旋轮，使该第三旋轮的旋轮旋入角α₃所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。

步骤5，确定各旋轮错距量

各旋轮的错距量是指各旋轮中心线之间的轴向距离。

通过测量步骤4中调整后的各旋轮中心线的轴向位置，得到各旋轮错距量。

本实施例中，第一旋轮与第二旋轮间错距量Z₁₂为4.16mm，第二旋轮与第三旋轮间错距量Z₂₃为2.08mm。

至此，完成三旋轮旋压错距量的调节。

实施例3

本实施例是三旋轮错距旋压方法加工超高强度钢薄壁筒形件中旋压错距量的调节方法。

加工过程所用的旋轮结构完全相同，旋轮数量N为3个、旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

本实施例的具体过程是：

步骤一，确定旋轮的基本参数。

所述旋轮的数量N为3个，并且各旋轮的结构相同。所述旋轮的基本参数包括旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β和旋轮圆角半径R。

本实施例中，旋轮直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

步骤2，毛坯厚度和回弹参数的确定。

所述的毛坯厚度包括毛坯初始壁厚t₀和毛坯旋后壁厚t。均由旋压工艺要求确定。

所述的回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和。该回弹参数采用常规方法通过试加工得到。

本实施例中，毛坯初始壁厚t₀为10mm，毛坯旋后壁厚t为5mm、回弹参数Δt为 1mm。依据公式1对总减薄量T进行计算。

T＝t₀-t+Δt (公式1)

本实施例中，T＝t₀-t+Δt＝10-5+1＝6mm，即总减薄量T为6mm。

步骤3，确定各旋轮的减薄量。

采用常规方法，确定第一旋轮减薄量为总减薄量的37.5％，第二旋轮轮减薄量为总减薄量的37.5％，第三旋轮轮减薄量为总减薄量的25％。

采用常规方法，根据总减薄量T、旋轮数量、确定的各旋轮错距旋压时的减薄比例，计算各旋轮的径向减薄量。得到各旋轮的径向减薄量分别为t₁，t₂，t₃。

本实施例中：是

t₁＝T×37.5％＝6×37.5％＝2.25mm

t₂＝T×37.5％＝6×37.5％＝2.25mm

t₃＝T×25％＝6×25％＝1.5mm；

其中，t₁是第一旋轮的径向减薄量，t₂是第二旋轮的径向减薄量，t₃是第三旋轮的径向减薄量。

步骤4，轴向调整各旋轮的轴向位置。

将步骤1至步骤3得到的各参数输入计算机中，绘制三旋轮错距旋压示意图，如图5所示。

根据得到的三旋轮错距旋压示意图，轴向调整各旋轮的轴向位置，具体是：

第一旋轮不动。移动第二旋轮，使该第二旋轮的旋轮旋入角α₂所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。移动第三旋轮，使该第三旋轮的旋轮旋入角α₃所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合。

步骤5，确定各旋轮错距量

各旋轮的错距量是指各旋轮中心线之间的轴向距离。

通过测量步骤4中调整后的各旋轮中心线的轴向位置，得到各旋轮错距量。

本实施例中，第一旋轮与第二旋轮间错距量Z₁₂为3.90mm，第二旋轮与第三旋轮间错距量Z₂₃为2.59mm。

至此，完成三旋轮旋压错距量的调节。

使用本发明得到的三旋轮错距量能够很好的旋压成形超高强度钢筒形件，能够有效提高筒形件的壁厚、直径精度及圆度和直线度。

Claims (4)

1.一种调节三旋轮旋压错距量的方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定旋轮的基本参数：

所述旋轮的数量N为3个，并且各旋轮的结构相同；所述旋轮的基本参数包括旋轮直径D、旋轮厚度d、旋轮旋入角α、旋轮旋入端厚度d₀、旋轮退出角β和旋轮圆角半径R；

步骤2，毛坯厚度和回弹参数的确定；

所述的毛坯厚度包括毛坯初始壁厚t₀和毛坯旋后壁厚t；

所述的回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和；

步骤3，确定各旋轮的减薄量：

确定第一旋轮减薄量为总减薄量的35～40％，第二旋轮减薄量为总减薄量的35～40％，第三旋轮减薄量为总减薄量的20～30％；

根据总减薄量T、旋轮数量、确定的各旋轮错距旋压时的减薄比例，计算各旋轮的径向减薄量；分别得到第一旋轮的径向减薄量t₁、第二旋轮的径向减薄量t₂和第三旋轮的径向减薄量t₃；

步骤4，调整各旋轮的轴向位置；

将步骤1至步骤3得到的各参数输入计算机中，绘制三旋轮错距旋压示意图；

根据得到的三旋轮错距旋压示意图，调整各旋轮的轴向位置，具体是：

第一旋轮不动；移动第二旋轮，使该第二旋轮的旋轮旋入角α₂所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合；移动第三旋轮，使该第三旋轮的旋轮旋入角α₃所在的边与第一个旋轮旋入角α₁所在的边重合；

步骤5，确定各旋轮错距量：

各旋轮的错距量是指各旋轮中心线之间的轴向距离；

通过测量步骤4中调整后的各旋轮中心线的轴向位置，得到各旋轮错距量；

至此，完成三旋轮旋压错距量的调节。

2.如权利要求1所述调节三旋轮旋压错距量的方法，其特征在于，所述旋轮的直径D为300mm、旋轮厚度d为70mm、旋轮旋入角α为30°、旋轮旋入端厚度d₀为35mm、旋轮退出角β为30°、旋轮圆角半径R为6mm。

3.如权利要求1所述调节三旋轮旋压错距量的方法，其特征在于，步骤2中所述回弹参数的值为每道次旋压中毛坯材料回弹量与旋压机的回弹量之和；依据公式1确定总减薄量T：

T＝t₀-t+Δt (1)

公式(1)中，Δt为回弹参数。

4.如权利要求1所述调节三旋轮旋压错距量的方法，其特征在于，所述第一旋轮的径向减薄量t₁＝T×(35～40)％，第二旋轮的径向减薄量t₂＝T×(35～40)％和第三旋轮的径向减薄量t₃＝T×(20～30)％。

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