CN110586730B - 带内壁纵向筋筒形件成品及其成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带内壁纵向筋的筒形件的成形方法，包括以下步骤：S1、成筋工艺参数设计；S2、旋压工艺轨迹规划：包括旋轮初始位置、筒形坯料加热温度、成筋工艺参数设计和表面整形工艺；S3、将筒形坯料进行预热；S4、将加热的筒形坯料套在旋压芯模上，并用尾顶固定筒形坯料尾部，同时初始化旋轮位置；S5、开启旋压机主轴并带动旋压芯模和筒形坯料转动，然后点燃火焰加热枪均匀加热筒形坯料；S6、启动旋压机操作系统，按照预设的旋压工艺轨迹进行加工，旋压完毕后，卸下带内壁纵向筋的筒形件成品。本发明结合了正旋、反旋、主轴反转旋压工艺优点，不但内筋高度得到了提升，而且内筋轴向和周向的均匀性提升明显。

Description

带内壁纵向筋筒形件成品及其成形方法

技术领域

本发明涉及板料塑性加工技术领域，具体地，涉及一种带内壁纵向筋筒形件成品及其成形方法。

背景技术

带纵向内筋筒形件整体加工目前主要是采用流动旋压、铸造、锻造-机械加工等方法。除了塑性加工方法，其它方法在加工带纵向内筋筒形件方面具有一定的局限性，比如铸造力学性能差、零件筒壁厚度大；锻造-机械加工铣削加工时间长、材料利用率低等问题。而旋压工艺具有相对载荷小、成形精度高、力学性能好等优点，为带纵向内筋筒形件整体成形制造提供了一个很好的途径。

在采用旋压工艺制造带纵向内筋筒形件方面，对于具有良好塑性材料的带纵向内筋筒形件，使用室温流动旋压工艺可以获得带纵向内筋筒形件，目前比较成熟的技术是在空心齿轮零件流动旋压制造上。空心齿轮零件特征为：齿比较稠密，齿高与齿宽比较小，齿的形状呈梯形。在航天产品结构中，存在另一类带纵向内筋筒形件，例如燃料贮箱。这类航天带纵向内筋筒形件特征为：内筋高宽比较大，内筋截面近似成矩形。与空心齿轮零件相比，航天带纵向内筋筒形件需要更大的筋条填充量，目前存在的室温流动旋压工艺难于制造出内筋饱满的构件，比如下压量大时室温流旋可能会造成开裂现象。

对于航天带纵向内筋筒形件，不仅要求内筋的均匀性好，而且由于内筋高宽比较大，内筋截面近似成矩形，传统方法并不适用。

经过对现有技术的检索，申请号为201410753785.X的发明专利一种筒形件的内横筋挤压方法，具体步骤如下：(1)左、右凸模向下挤压毛坯；(2)左、右凸模向左右各自运动，左、右凸模头部工作带压入筒壁；(3)旋转凹模，左、右凸模左右继续运动；(4)左、右凸模停止水平方向分离运动，左、右凸模再次挤压毛坯，同时凹模继续旋转，形成斜向纤维组织的筒壁；(5)凹模停止转动，左、右凸模合并；(6)合并后整体下行，挤压毛坯；(7)左、右凸模分开，凹模转动；(8)挤旋完成后，左、右凸模收拢；(9)左、右凸模上行，顶杆把挤压件从凹模中顶出，完成一个挤旋全过程。该方法是对筒形件内横筋的挤压方法，无法满足航天带纵向内筋筒形件中内筋高宽比较大的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带内壁纵向筋筒形件成品及其成形方法。

根据本发明提供的一种带内壁纵向筋的筒形件的成形方法，包括以下步骤：

步骤S1、成筋工艺参数设计

根据带内壁纵向筋的筒形件成品和内外光壁的筒形坯料的几何尺寸，分别设计以下五个关键工艺参数：旋轮成筋下压量M、旋压成形道次数目N、旋轮进给方向、主轴转速、进给率f；

步骤S2、旋压工艺轨迹规划，包括成筋阶段工艺和表面整形工艺。

具体包括旋轮初始位置、筒形坯料加热温度、成筋工艺参数设计和表面整形工艺，并输入旋压机操作系统中，生成旋压工艺轨迹；

步骤S3、将内外光壁的筒形坯料放到加热炉中进行预热；

步骤S4、将加热的内外光壁的筒形坯料套在带有多条纵向筋槽的旋压芯模上，并用尾顶固定筒形坯料尾部，同时初始化旋轮位置；

步骤S5、开启旋压机主轴并带动旋压芯模和筒形坯料转动，然后点燃火焰加热枪均匀加热筒形坯料，保持筒形坯料温度；

步骤S6、启动旋压机操作系统，按照步骤S2预设的旋压工艺轨迹进行加工，旋压完毕后，卸下带内壁纵向筋的筒形件成品。

进一步地，所述步骤S1中，旋轮成筋下压量M：小于带内壁纵向筋的筒形件成品的纵向筋高；旋压成形道次数目N：不小于3个道次，且为奇数道次，每道次均分成筋下压量M；旋轮进给方向：道次数为奇数时采用正向旋压，即旋轮从筒形坯料尾部走向筒形坯料端口；道次数为偶数时采用回程旋压，即旋轮从筒形坯料端口走向筒形坯料尾部；主轴转速：在50-100RPM，在旋压过程中主轴转动方向保持不变；进给率f：道次数为奇数时采用的进给率为0.5-2mm/r；道次数为偶数时采用的进给率大于道次数为奇数时采用的进给率。

进一步地，所述旋轮成筋下压量M，为内壁纵向筋高的80％—90％。

进一步地，所述步骤S1中，旋压成形道次数目N为正整数，3≤N≤7，且为奇数。

进一步地，所述步骤S1的成筋工艺参数中，偶数道次进给率为奇数道次进给率的3-7倍。

进一步地，所述步骤S2中，旋轮初始位置：将旋轮移动到内外光壁的筒形坯料的尾部，且与筒形坯料外表面相切；坯料加热温度，将内外光壁的筒形坯料加热，满足成形塑性要求；成筋工艺参数设计，按照步骤S1设计。

进一步地，所述步骤S2中，成形塑性要求为以不出现开裂现象为准。

进一步地，所述表面整形工艺中，基于步骤S1成筋工艺参数，使用进给率为0.5-2mm/r，并且为正向旋压，以达到表面粗糙度要求。

进一步地，所述步骤S3中，对安装在主轴上带有多条纵向筋槽的旋压芯模进行固体润滑，仅涂抹凸模筋槽部分。

本发明还提供一种带内壁纵向筋的筒形件，采用上述所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法制成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明带内壁纵向筋的筒形件的成形方法，结合回程旋压思想及多道次旋压工艺与未采用回程旋压的旋压工艺相比，有效的提升了带内壁纵向筋的筒形件成品的内筋高度。

2、本发明带内壁纵向筋的筒形件的成形方法，能够明显增加回程旋压后筒形坯料的厚度，能够增加筒壁与芯模的抱紧力，增加了其材料轴向流动的阻力，使得在回程旋压后的正向旋压道次时材料更容易沿周向流动，利于材料流向纵向筋槽。

3、本发明带内壁纵向筋的筒形件的成形方法，结合了正旋、反旋、主轴反转旋压工艺优点，不但内筋高度得到了提升，而且内筋轴向和轴向的均匀性提升明显。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中内外光壁的筒形坯料的结构示意图；

图2为本发明中带内壁纵向筋的筒形件成品的结构示意图；

图3为本发明中成筋阶段旋压轨迹示意图；

图4为本发明中旋压芯模的结构示意图；

图5为本发明中带内壁纵向筋的筒形件成品的旋压过程状态图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种带纵向内筋筒形件的成形方法，包括以下步骤：步骤S1：设计成筋阶段工艺参数；步骤S2：旋压工艺轨迹规划，包括成筋阶段工艺和表面整形工艺；步骤S3：筒形坯料预热，并对旋压芯模上纵向筋槽进行润滑；步骤S4：将加热筒形坯料固定到旋压芯模上；步骤S5：多道次加热旋压，形成符合要求的带纵向内筋筒形件。本发明结合了正旋、反旋、主轴反转旋压工艺优点，不但内筋高度得到了提升，而且内筋轴向和周向的均匀性提升明显。

实施例

本发明提供的结合回程旋压的带纵向内筋构件多道次旋压方法为：针对一个内外光壁的筒形坯料，确定筒形坯料外径R1，内径R2；确定旋轮成筋下压量M，旋轮的下压量要从旋轮紧贴筒形坯料外表面时开始计算，确定多道次旋压成形道次数目N＝3；确成筋旋轮的每道次下压量M/N；在成筋阶段道次数为奇数时采用正向旋压，在道次数为偶数时采用回程旋压，成筋阶段每道次旋轮下压量均为M/3。

本实施例中选用2219-O铝合金内外光壁的筒形坯料，参数为，外径R1＝161mm，内径R2＝150mm、芯模直径为150mm，四条对称筋槽，筋槽宽度4mm，筋槽深度为3mm。

如图1和图5所示，带内壁纵向筋的筒形件成品的成形方法，包括以下步骤：

步骤S1、成筋工艺参数设计，根据内外光壁的筒形坯料(图1)几何尺寸：外径为161mm、内径为150mm；带内壁纵向筋的筒形件成品(图2)的几何尺寸：筋槽深度3mm，分别设计以下五个关键工艺参数：旋轮成筋总下压量M＝2.7mm，每道次压下量为0.9mm；旋压成形道次数目N＝3；旋轮进给方向(如图3)：第1和3道次采用正向旋压，即旋轮从筒形坯料尾部2走向筒形坯料端口1，第2道次回程旋压，即旋轮从筒形坯料端口走向筒形坯料尾部；主轴转速为100RPM，主轴转动方向保持不变；进给率f＝1.5mm/s(第1和3道次),f＝5mm/s(第2道次)。

步骤S2、旋压工艺轨迹规划：主要包括，旋轮初始位置为旋轮紧贴筒形坯料尾部(如图1)，且与筒形坯料外表面相切；坯料加热温度为250℃；成筋工艺参数同步骤1设置；表面整形工艺：压下量为0.5mm，进给率f＝0.5mm/s，正向旋压，其他均不变。并输入旋压机操作系统中，生成工艺轨迹。

步骤S3、将内外光壁的筒形坯料(图1)放到加热炉加热至250℃；同时对安装在主轴上带有多条纵向筋槽6的旋压芯模(图4,其中，7、旋压芯模尾部)凸模筋槽部分涂抹石墨固体润滑剂；

步骤S4、将加热的内外光壁的筒形坯料8(图1)套在带有多条纵向筋槽的旋压芯模9(图4)上，并用尾顶10固定筒形坯料尾部(图5)，同时初始化旋轮11位置。

步骤S5、开启旋压机主轴并带动旋压芯模和筒形坯料转动，然后采用丙烷火焰加热器均匀加热筒形坯料，保持筒形坯料温度250℃；

步骤S6：启动旋压工艺轨迹，按照预设旋压轨迹进行加工，旋压完毕后，卸下带内壁纵向筋5的筒形件成品(如图2，图中，3、筒形件成品端口，4、筒形件成品尾部)，此时筒形件产品的纵向筋填充饱满，筋高为3mm，筋宽为4mm，内径为150mm外径为154mm。

采用传统工艺，即在成筋阶段的三个道次均采用相同的旋轮进给方向和主轴旋转方向，带内壁纵向筋的筒形件成品的筋高为2.67mm，纵向筋截面尚未饱满。与传统工艺相比，本发明专利的工艺方法可以提升内筋高度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、成筋工艺参数设计

根据带内壁纵向筋的筒形件成品和内外光壁的筒形坯料的几何尺寸，分别设计以下五个关键工艺参数：旋轮成筋下压量M、旋压成形道次数目N、旋轮进给方向、主轴转速、进给率f；

旋轮成筋下压量M，小于带内壁纵向筋的筒形件成品的纵向筋高；

旋压成形道次数目N，不小于3个道次，且为奇数道次，每道次均分成筋下压量M；

旋轮进给方向，道次数为奇数时采用正向旋压，即旋轮从筒形坯料尾部走向筒形坯料端口；道次数为偶数时采用回程旋压，即旋轮从筒形坯料端口走向筒形坯料尾部；

主轴转速在50-100RPM，在旋压过程中主轴转动方向保持不变；

进给率f，道次数为奇数时采用的进给率为0.5-2mm/r；道次数为偶数时采用的进给率大于道次数为奇数时采用的进给率，偶数道次进给率为奇数道次进给率的3-7倍；

步骤S2、旋压工艺轨迹规划

包括旋轮初始位置、筒形坯料加热温度、成筋工艺参数设计和表面整形工艺，并输入旋压机操作系统中，生成旋压工艺轨迹；

步骤S3、将内外光壁的筒形坯料放到加热炉中进行预热；

步骤S4、将加热的内外光壁的筒形坯料套在带有多条纵向筋槽的旋压芯模上，并用尾顶固定筒形坯料尾部，同时初始化旋轮位置；

步骤S5、开启旋压机主轴并带动旋压芯模和筒形坯料转动，然后点燃火焰加热枪均匀加热筒形坯料，保持筒形坯料温度；

步骤S6、启动旋压机操作系统，按照步骤S2预设的旋压工艺轨迹进行加工，旋压完毕后，卸下带内壁纵向筋的筒形件成品。

2.根据权利要求1所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述旋轮成筋下压量M，为内壁纵向筋高的80%—90%。

3.根据权利要求1所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述步骤S1中，旋压成形道次数目N为正整数，3≤N≤7，且为奇数。

4.根据权利要求1所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述步骤S2中，

旋轮初始位置，将旋轮移动到内外光壁的筒形坯料的尾部，且与筒形坯料外表面相切；

坯料加热温度，将内外光壁的筒形坯料加热，满足成形塑性要求；

成筋工艺参数设计，按照步骤S1设计。

5.根据权利要求4所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述成形塑性要求为以不出现开裂现象为准。

6.根据权利要求1所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述表面整形工艺中，基于步骤S1成筋工艺参数，使用进给率为0.5-2mm/r，并且为正向旋压，以达到表面粗糙度要求。

7.根据权利要求1所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法，其特征在于，所述步骤S3中，对安装在主轴上带有多条纵向筋槽的旋压芯模进行固体润滑，仅涂抹凸模筋槽部分。

8.一种带内壁纵向筋的筒形件成品，其特征在于，采用权利要求1至7任意一项所述的带内壁纵向筋筒形件成品的成形方法制成。

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