CN110538913A - 一种垫层旋压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种垫层旋压方法，具体采用旋压模具与旋压件之间增加垫层的方法，解决了分瓣旋压模具引起的内表面质量差的问题；由于增加垫层后需要考虑垫层与旋压件分离的问题，为此本发明还提出了选择低熔点材料作为垫层的方法，以垫层材料熔点比旋压件热处理温度低为最佳；此外，由于板材坯料旋压成形无法脱模的结构，其变形角度大于90°，变形非常剧烈，若采用正式坯料与垫层材料同时旋压成形的方法，垫层在随坯料变形过程中易于出现褶皱的现象，垫层局部折叠导致正式旋压件的壁厚不可控；因此本发明采用先对垫层材料进行旋压成形，然后再对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层的逐层旋压成型的方法。
Description
技术领域
本发明属于旋压成形技术领域，尤其涉及一种垫层旋压方法。
背景技术
旋压是用于成形薄壁空心回转零件的一种金属塑性成形方法(如附图1)。它是借助旋轮等工具对旋转的坯料施加压力，使之产生连续的局部塑性变形而成形。通常是先将金属平板坯料或预制坯料卡紧在旋压机的模具上，由主轴带动模具和坯料旋转，然后旋轮以一定的轨迹和移动速率对坯料施加压力，使坯料产生连续、逐点的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。
金属旋压通常用于开放形状的工件，多成形筒形件和锥形件，即成形末端直径不能小于其他部分直径，这样可以直接脱模(如附图2)。脱模后装卡新的坯料继续旋压成形。但是对于两端直径小，中间直径大的零件无法直接脱模(如附图3)，该类零件可以采用分瓣旋压模具进行成形，旋压成形后将模具和旋压件一起卸下，将分瓣模具逐个抽出，实现脱模(图4)。为了实现旋压件的高质量，因而国内外学者对旋压模具的设计及改进进行了大量的研究。
文献“Spinning process and die design for hemispherical shell,XingyunWang,Jing Liang,Xiaoming Zhang and Xiaohui Lin:Journal of forging&stampingtechnology,2017,42(06):145-149.”通过对半球形壳体类零件旋压成形过程进行分析，提出了半球形壳体两模法旋压工艺路线，通过制作模具，先使用预成形模具对坯料大端部分进行旋压，再使用成品模具进行旋压，最终旋压获得了满足尺寸要求的半球形壳体。
文献“Optimal design of spinning die for aluminum alloy wheel,LijuanZhang:Manufacturing Technology&Tool,2012,49(5):37-40.”对旋压模具进行了改进前后的分析，传统模具设计方法使旋压过程中模具对车轮在窗口部位起不到支撑作用，在旋压力的作用下，窗口部位较轮辐部位沿轴向变形大，造成了车轮端面不平。优化后，更改了毛坯预机加方式，在旋压过程中使模具对毛坯有支撑力，解决了车轮端面变形的问题。
文献“喷涂烘干室可调风嘴旋压成形分瓣式芯模设计,蔡欣:中国职协2015年度优秀科研成果获奖论文集(中册),2015:6.”提出了一种新的喷涂烘干室专用可调风嘴旋压成形分瓣式芯模的结构方案，解决了芯模取出困难的问题，节省了加工工时，降低了生产成本。
文献“Optimal design of spinning die for spin casting aluminum alloywheel,Shiwen Xu,Lijuan Zhang,Haiping Chang and Huayou Li:Journal of NetshapeForming Engineering,2018,10(2):122-125.”以某款车轮旋压模具为研究对象，对其旋压模具结构进行重新设计，增加定位滑块、垫板等设计，提高毛坯与模具的定位与配合，增强模具对毛坯的自适应性。旋压件的尺寸、性能均能够满足机加工和产品标准。
分瓣旋压模具由多瓣模具和中心轴组成(如附图4)，由于存在加工和装配误差，多瓣模具之间存在缝隙，导致旋压成形后，旋压件内表面产生多条轴向和环形凸起。这些凸起降低了零件内表面质量，后续需要增加机械加工或打磨抛光的工序，降低了生产效率，同时，薄壁构件的壁厚加工和打磨过程中，其壁厚均匀性控制较难，易出现壁厚超差问题，导致产品合格率降低。
发明内容
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种垫层旋压方法，包括以下步骤：
(107)根据正式旋压件的材料特性选择合适的垫层材料，保证垫层材料熔点比正式旋压件热处理温度低，并根据垫层材料旋压成形后的壁厚，优化设计分瓣模具的外型；
(108)优化后的分瓣模具安装在旋压设备上，先对垫层材料进行旋压成形；
(109)对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层；
(110)将模具、垫层和正式旋压件一起从设备上卸下，逐个抽出垫层中心的分瓣模具；
(111)将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉进行热处理，并设置热处理温度大于垫层材料的熔点且小于正式旋压件的熔点；
(112)将热熔去除垫层的正式旋压件出炉冷却，获得最终的旋压件成品。
优选的，步骤105中将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉时，采用使正式旋压件连同垫层的口部正对热源的倒置放入方式。
优选的，低碳钢、不锈钢或高温合金材料的正式旋压件旋压成形，采用铝或铝合金作为垫层材料。
优选的，铝合金材料的正式旋压件旋压成形，采用锡作为垫层材料。
优选的，垫层材料旋压后沿其轴向分布的长度大于正式旋压件沿其轴向分布的长度。
优选的，步骤103中对正式坯料进行旋压成形时，采用多道次旋压成形的方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
(1)本发明采用旋压模具与旋压件之间增加垫层的方法，解决了分瓣旋压模具引起的内表面质量差的问题。
(2)由于增加垫层后需要考虑垫层与旋压件分离的问题，为此本发明还提出了选择低熔点材料作为垫层的方法，以垫层材料熔点比旋压件热处理温度低为最佳。
(3)由于板材坯料旋压成形无法脱模的结构，其变形角度大于90°，变形非常剧烈，若采用正式坯料与垫层材料同时旋压成形的方法，垫层在随坯料变形过程中易于出现褶皱的现象，垫层局部折叠导致正式旋压件的壁厚不可控；因此本发明采用先对垫层材料进行旋压成形，然后再对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层的逐层旋压成型的方法。
(4)在将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉时，采用使正式旋压件连同垫层的口部正对热源的倒置放入方式，倒置的放入方式不仅能够保证垫层材料与热源充分接触；同时还能方便热熔水顺利流出。
(5)为了避免正式坯料在旋压完成后因边缘位置长于垫层材料边缘造成正式坯料边缘与分瓣模具直接接触的问题，本发明在进行垫层材料尺寸选择时，应保证垫层材料旋压后沿其轴向分布的长度大于正式旋压件沿其轴向分布的长度。
附图说明
附图1是旋压成形工艺示意图；
附图2是旋压件脱模过程示意图；
附图3是无法直接脱模的旋压件结构示意图；
附图4是分瓣旋压模具主视结构示意图；
附图5是分瓣旋压模具剖视结构分解图；
附图6是垫层旋压成形示意图；
附图7是正式坯料旋压成形示意图。
附图标记说明
图中：1-垫层；2-开放形坯料；3-一体式模具；4-旋轮；5-尾顶；6-分瓣旋压模具；7-正式坯料。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
一种垫层旋压方法，包括以下步骤：
(1)根据正式旋压件的材料特性选择合适的垫层材料，保证垫层材料熔点比正式旋压件热处理温度低，并根据垫层材料旋压成形后的壁厚，优化设计分瓣模具的外型；
(2)优化后的分瓣模具安装在旋压设备上，先对垫层材料进行旋压成形，且垫层材料旋压后沿其轴向分布的长度应大于正式旋压件沿其轴向分布的长度；
(3)采用多道次旋压成形的方法对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层；
(4)将模具、垫层和正式旋压件一起从设备上卸下，逐个抽出垫层中心的分瓣模具；
(5)将正式旋压件连同垫层的口部正对热源倒置放入热处理炉进行热处理，并设置热处理温度大于垫层材料的熔点且小于正式旋压件的熔点；
(6)将热熔去除垫层的正式旋压件出炉冷却，获得最终的旋压件成品。
在将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉时，采用使正式旋压件连同垫层的口部正对热源的倒置放入方式，倒置的放入方式不仅能够保证垫层材料与热源充分接触；同时还能方便热熔水顺利流出。
为了避免正式坯料在旋压完成后因边缘位置长于垫层材料边缘造成正式坯料边缘与分瓣模具直接接触的问题，在进行垫层材料尺寸选择时，应保证垫层材料旋压后沿其轴向分布的长度大于正式旋压件沿其轴向分布的长度。
为了提升正式旋压件的旋压变形均匀性，正式坯料进行旋压成形时，采用多道次旋压成形的方法。
本发明采用旋压模具与旋压件之间增加垫层的方法，解决了分瓣旋压模具引起的内表面质量差的问题；由于增加垫层后需要考虑垫层与旋压件分离的问题，为此本发明提出了选择低熔点材料作为垫层的方法，垫层材料熔点比旋压件热处理温度低为最佳。
由于板材坯料旋压成形无法脱模的结构，其变形角度大于90°，变形非常剧烈，若采用正式坯料与垫层材料同时旋压成形的方法，垫层在随坯料变形过程中易于出现褶皱的现象，垫层局部折叠导致正式旋压件的壁厚不可控；因此本发明采用先对垫层材料进行旋压成形，然后再对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层的逐层旋压成型的方法。
此外，对于大变形的板材坯料，宜采用塑性较好的低熔点材料作为垫层；
垫层材料的选择：低碳钢、不锈钢、高温合金等材料的旋压成形，优选采用铝和铝合金最为垫层材料；铝合金的旋压成形，优选采用更低熔点的锡作为垫层材料。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范。
Claims (6)
1.一种垫层旋压方法，其特征在于：包括以下步骤：
(101)根据正式旋压件的材料特性选择合适的垫层材料，保证垫层材料熔点比正式旋压件热处理温度低，并根据垫层材料旋压成形后的壁厚，优化设计分瓣模具的外型；
(102)优化后的分瓣模具安装在旋压设备上，先对垫层材料进行旋压成形；
(103)对正式坯料进行旋压成形，使坯料逐步贴合垫层；
(104)将模具、垫层和正式旋压件一起从设备上卸下，逐个抽出垫层中心的分瓣模具；
(105)将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉进行热处理，并设置热处理温度大于垫层材料的熔点且小于正式旋压件的熔点；
(106)将热熔去除垫层的正式旋压件出炉冷却，获得最终的旋压件成品。
2.根据权利要求1所述的一种垫层旋压方法，其特征在于：步骤105中将正式旋压件连同垫层一起放入热处理炉时，采用使正式旋压件连同垫层的口部正对热源的倒置放入方式。
3.根据权利要求1所述的一种垫层旋压方法，其特征在于：低碳钢、不锈钢或高温合金材料的正式旋压件旋压成形，采用铝或铝合金作为垫层材料。
4.根据权利要求1所述的一种垫层旋压方法，其特征在于：铝合金材料的正式旋压件旋压成形，采用锡作为垫层材料。
5.根据权利要求1所述的一种垫层旋压方法，其特征在于：垫层材料旋压后沿其轴向分布的长度大于正式旋压件沿其轴向分布的长度。
6.根据权利要求1所述的一种垫层旋压方法，其特征在于：步骤103中对正式坯料进行旋压成形时，采用多道次旋压成形的方法。
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