CN110900120A - 一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属型材复合成形技术领域，具体涉及一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，包括以下步骤：(1)采用旋压工艺或切削加工工艺制备机加筒坯；(2)剖分切割；(3)展开矫直前热处理；(4)展开矫直；(5)后续工艺处理。本发明的目的在于利用现有技术较容易生产出大直径高精度带外横向筋的薄壁筒形件的优势，利用本发明提出的宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，结合本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备和方法，可克服现有技术在宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形方面存在的诸多困难，破解“宽幅高筋薄壁金属壁板”整体成形的生产难题。

Description

一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法

技术领域

本发明属于金属型材复合成形技术领域，具体涉及一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法。

背景技术

在汽车、船舶、轨道交通、航空航天等现代高端制造领域，高强高韧薄壁铝合金板应用广泛。为满足构件强度高、刚性好、重量轻等性能要求，高强高韧薄壁铝合金板通常需用加强筋固定。当前高强高韧薄壁铝合金板与加强筋的固定方法主要有焊接和铆接两种方法，不可避免的带来焊接或铆接工作量大、整体增重、装配效率低等问题。宽幅高筋薄壁铝合金壁板的整体成形技术是解决上述问题的一个重要发展方向，有着广泛的应用前景，但其制备一直是国内外型材界的难题。

在制备铝合金整体壁板方面，常规的方法有机械加工、化学蚀铣、成形轧制、模锻、挤压等方法。机械加工法和化学蚀铣法可加工复杂形状的金属壁板，但加工成本高、效率低；成形轧制法的主要优点是生产率和材料利用率高，但可轧制的筋板高度受工艺限制；模锻法的主要缺点是模压板的面积和加强筋筋高受到压机能力的限制；挤压法的生产效率比成型轧制法和模锻法低，但比机械加工法和化学蚀铣法高得多，挤压法是当前生产带加强筋整体壁板的最流行的方法，但挤压出的整体壁板的幅宽、加强筋筋高均受壁厚的影响较大；湖南大学莫建虎等在《大型整体壁板和空心薄壁铝型材挤压模具设计关键技术》中指出，型材的宽厚比(即型材的宽度W和壁厚t之比W/t)是表征型材扁宽化和薄壁化的重要指标，也是反映型材加工难易程度的主要指标。当W/t≤130时，在现代挤压技术条件下，能够较顺利地生产出合格的产品，若当W/t＞130时，则可能由于成形困难，断面尺寸各形状精度难于保证等原因，使产品质量大为降低，生产率和成品率急剧下降，生产成本大为提高。

申请号为201811180051.1，名称为“一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法”的中国发明专利公开了一种7xxx系铝合金宽幅高筋薄壁板挤压成形方法，主要步骤为：预热、挤压成形、精整处理、剖分展开。该方法利用带纵向高筋筒形件挤压技术和剖分展开工艺改进了铝合金宽幅高筋薄壁板的生产技术，可在较低吨位压机上获得较宽幅的高筋薄壁板，同时控制了材料的组织性能，并提高了材料利用率。但该方法仍然没有突破挤压工艺的局限性。

刘静安在《浅谈铝合金整体壁板的挤压工艺方案》中列出了用圆筒圆管法生产壁板的几何尺寸方案，可看出该方法在壁板展开后最大宽度、壁板壁厚以及壁厚差等方面的生产现实情况。

圆筒圆管法生产壁板的几何尺寸方案

从目前的实际生产情况来看，尽管有各种各样的新型挤压工艺在不断充实着铝合金宽幅高筋薄壁板的整体成形技术，但限于设备和工艺本身的限制，基于挤压技术来生产铝合金宽幅高筋薄壁板的整体成形技术在当前条件下不容易解决且将长期存在的问题是：(1)需要大型甚至超大型挤压设备；(2)平模挤压带纵向高筋薄壁板仍存在壁厚受限、幅宽有限的问题；(3)筒模挤压带纵向高筋薄壁筒形件剖分后展开的方法可提高壁板的幅宽，可有效降低设备载荷，当前使用较为普遍，但壁板壁厚和幅宽受限的问题并没有彻底解决；(3)大型设备高温重载条件下挤压模具的偏心和失效问题并由此带来的坯料壁厚不均匀、内表面质量低劣的问题；(4)筒模挤压带纵向高筋薄壁筒形件在剖分后的展开过程中无法保证展开质量，原因是：带纵向高筋薄壁筒形件剖分后存在薄壁板、加强筋和加强筋底部宽度三个不同壁厚的过渡区，过渡区的展开存在着复杂的弹塑性应力应变问题，采用简单设备简单工艺很难彻底解决过渡区的展开问题和尺寸精度问题；同时高温重载条件下挤压偏心、模具失效等原因造成的壁厚不均匀现象更为严重，导致展开又存在每两个筋板之间的变形都存在差异性问题，很难开发出适用的专用设备用来展开，加剧了展开的困难；另外还存在着宽幅带筋薄壁板展开后的残余应力问题等。当前的现状是整体挤压成厚壁窄幅壁板或者帯纵向内高筋的较厚筒体然后剖分展开，由于高筋薄壁铝合金平壁板的壁厚很薄，壁厚减薄机加工艺同样存在着较大困难，因此只能通过化学蚀铣的方法减小壁厚，但该工艺复杂，效率较低，成本较高。

随着现代制造业的发展，材料强度越来越高，壁板壁厚要求越来越薄，而外形尺寸和加强筋筋高尺寸却越来越大，有些壁板宽厚比已超过300甚至达到800，同时精度要求也越来越高，对铝合金整体壁板的制造提出来更高的要求。单纯依靠挤压技术无法应对越来越高的“宽幅高筋薄壁”要求，尤其是在幅宽、壁厚和尺寸精度等方面。转变传统的挤压成形思路，开发新型成形技术，适应当前“宽幅高筋薄壁金属壁板”的市场需求，是当前亟待解决的技术问题。

强力旋压被认为是制备大直径薄壁筒形件最有效的工艺方法之一，只要材料性能允许，工艺过程合理，很容易达到“薄壁”要求，并且尺寸精度较高；采用强力旋压工艺所得到的薄壁筒形件产品成形精度高，表面光洁度好，材料利用率高，工艺装备简单，所需设备吨位小，而且成本较低，各项机械性能都优于切削加工。利用强力旋压技术国外已经生产出了Φ6700mm的大型薄壁筒形件，国内利用已开发的1000KN大型立式强力旋压机，从外径2000mm、壁厚40mm、高度300mm的厚壁短毛坯成功旋压出了高度3000mm、壁厚为3mm的钢制零件，壁厚差达到(3±0.06)mm。强力旋压技术不仅可以用来制备大直径高精度薄壁筒形件，而且还可以通过调整旋压工艺、改变芯模形状用来生产制备带内横向筋、外横向筋、甚至内纵向筋的薄壁筒形件。

高精度大直径车床也可实现带外横向筋的薄壁筒形件的加工制备。

对于带外横向筋的薄壁筒形件剖分后弧段的展开矫直设备和展开矫直工艺，尚未查到相关技术资料。

发明内容

本发明的目的在于利用现有技术较容易生产出大直径高精度带外横向筋的薄壁筒形件的优势，利用本发明提出的一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，结合本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备和方法，可克服现有技术在宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形方面存在的诸多困难，破解“宽幅高筋薄壁金属壁板”整体成形的生产难题。

本发明提供一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，以某一宽幅高筋薄壁金属壁板为例，材质为铝合金，幅宽为B，长度为L，壁厚为T，筋高为T＇，筋的数量为N1，N1为正整数，N1≥2，筋间距为B＇，所述一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，包括以下步骤：

(A-1)制备机加筒坯：制备满足后续工艺要求的带有N1个机加外横向梯形筋的机加筒坯。

(A-2)剖分切割：按照后续展开矫直要求和所述宽幅高筋薄壁金属壁板的长度要求，将所述机加筒坯沿轴线方向剖分切割为N2段带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段，N2为正整数，N2≥2，所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段的弧长为S，S>B，高度为H4，壁厚为T4，筋高为T4＇，筋间距为H4＇。

(A-3)展开矫直前热处理：按照后续展开矫直工艺要求对N2段所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段进行展开矫直前热处理。

(A-4)展开矫直：基于本发明所述的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备，采用本发明所述的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法，将经展开矫直前热处理的N2段所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段分别展开矫直为预成形宽幅高筋薄壁板，其幅宽为B6，B6＝H4，长度为L6，L6≈S，壁厚为T6，T6≈T4，所述预成形宽幅高筋薄壁板上带有N1个矫后外横向梯形筋，其筋高为T6＇，T6＇≈T4＇，筋间距为B6＇，B6＇＝H4＇。

(A-5)后续工艺处理：按照所述宽幅高筋薄壁金属壁板的制备工艺要求完成后续热处理工艺，然后将N2段所述预成形宽幅高筋薄壁板上的N1个所述矫后外横向梯形筋经局部机加成所述宽幅高筋薄壁金属壁板所需的筋板形状；最后切除余量制成所需的宽幅高筋薄壁金属壁板，其幅宽为B，长度为L，壁厚为T，筋高为T＇，筋间距为B＇。

所述步骤(A-2)将机加筒坯沿轴线方向剖分切割为N2段带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段的主要的目的是为了方便后续步骤(A-4)展开矫直的顺利进行，若后续步骤(A-4)展开矫直的工艺许可，也可以取N2＝1。

所述一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，不仅可以用于铝合金材料，也可用于其它金属材料。

所述步骤(A-1)制备机加筒坯，可以采用旋压工艺制备机加筒坯的方法，分步骤如下：

(A-1-1-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有N1个外横向梯形筋的预制筒坯，所述预制筒坯的内径为d1，高度为H1，壁厚为T1，所述外横向梯形筋的筋高为T1＇，筋间距为H1＇。

(A-1-1-2)旋前热处理：按照旋压工艺要求将所述预制筒坯进行旋压前热处理，并冷却到室温。

(A-1-1-3)旋前机加工：按照旋压工艺要求将经旋前热处理后的所述预制筒坯进行旋压前机加工，制成满足后续旋压工艺要求的旋前筒坯，所述旋前筒坯的的内径为d2，高度为H2，壁厚为T2，所述旋前筒坯上带有N1个旋前外横向梯形筋，所述旋前外横向梯形筋的筋高为T2＇，筋间距为H2＇。

(A-1-1-4)旋压：将所述旋前筒坯旋压成旋后筒坯，所述旋后筒坯是带有N1个旋后外横向梯形筋的薄壁长筒，两端带有旋压工艺余头；所述旋后筒坯的高度为H3，壁厚为T3，所述旋后外横向梯形筋的筋高为T3＇，筋间距为H3＇，在旋压过程中根据旋压变形工艺要求，可分多道次进行旋压，中间需按旋压工艺要求进行旋压中间热处理。

(A-1-1-5)旋后机加工：将所述旋后筒坯两端的旋压工艺余头切除，并局部修整所述N1个旋后外横向梯形筋为N1个机加外横向梯形筋，使其满足后续展开矫直工艺要求，制成机加筒坯；所述机加筒坯的高度为H4，壁厚为T4，H4<H3，所述机加外横向梯形筋的筋高为T4＇，筋间距为H4＇。

所述步骤(A-1-1-3)和(A-1-1-4)中，所述的N1个旋前外横向梯形筋的外径侧可不参与后续的旋压过程(即外径可保持不变)，因此，只要旋前筒坯的所述旋前外横向梯形筋2-1的筋高足够，整个工艺过程可满足高筋需求。

所述步骤(A-1-1-4)，不仅可以在室温下进行，也可在材料性能允许的条件下选择温变形或热变形。

所述步骤(A-1)制备机加筒坯，也可以采用切削加工工艺制备机加筒坯的方法，分步骤如下：

(A-1-2-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有N1个外横向梯形筋的预制筒坯，所述预制筒坯内径为d1，高度为H1，壁厚为T1，所述N1个外横向梯形筋的筋高为T1＇，筋间距为H1＇。

(A-1-2-2)切削前热处理：按照后续加工工艺要求将所述预制筒坯进行切削前热处理，并冷却到室温。

(A-1-2-3)切削加工：用切削加工的方法将经切削前热处理的所述预制筒坯制成所述机加筒坯，所述机加筒坯的的内径为d4，高度为H4，壁厚为T4，所述机加筒坯上有N1个机加外横向梯形筋，N1个所述机加外横向梯形筋应满足后续展开矫直工艺要求，其筋高为T4＇，筋间距为H4＇；由于在机械加工过程中壁厚减薄量较大，加工硬化严重，在切削加工过程中需进行相应的中间热处理。

所述步骤(A-4)展开矫直，是基于本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备，采用本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法进行的。

本发明的优点及积极效果是：

与现有的挤压成形方法相比，一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法有以下优点和积极效果：

(1)由于设备能力、工艺方面的限制，现有挤压成形方法在满足整体成形壁板的“宽幅”、“高筋”、“薄壁”等诸多方面的要求都具有很大的局限性，本发明利用现有技术比较容易实现大直径高精度带外横向筋的薄壁筒形件制备的这一优势，结合本发明中所述的宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，展平矫直后的机加筒体高度即变为整体成形壁板的“宽幅”，剖分后筒体弧段的弧长即变为整体成形壁板的“长度”，筒体外横向筋即变为整体成形壁板的“高筋”，鉴于当前回转体加工技术水平的现状，上述“宽幅薄壁高筋”要求较容易实现，可克服现有技术存在的局限性，破解“宽幅薄壁高筋整体成形金属壁板”的生产难题；

(2)由于带纵向筋的薄壁筒形件挤压成形是在大吨位甚至超大吨位压机上进行，温度高、成形载荷大，模具寿命有限，成本及制造精度很难控制，相比而言，本发明所需设备及工装的载荷均较小，可有效保证制造精度，制造成本可较好的控制；

(3)传统带纵向高筋薄壁筒形件剖分后的展开工艺，由于变形区壁厚的相对不均匀性，展开过程非常困难，而且由于每两个筋板之间的变形都存在差异性，很难开发出适用的专用设备用来展开，而采用简单设备简单工艺很难彻底解决过渡区的展开问题和尺寸精度问题；而本发明通过工艺调整生产出了带外横向高筋的薄壁筒形件，剖分后的加强筋排布方向与弧段切线方向一致，在后续的矫直过程中变形区相对稳定，可利用本发明开发的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备和工艺实现展开矫直，从而提高产品质量和生产效率。

附图说明

图1为本发明所述预制筒坯示意图；

图2为本发明所述旋前筒坯示意图；

图3为本发明所述旋后筒坯示意图；

图4为本发明所述机加筒坯示意图；

图5为本发明所述机加筒坯剖分切割示意图，图中将所述机加筒坯剖分为3段；

图6为本发明展开矫直后获得的所述预成形宽幅高筋薄壁板前视图，其中双点划线为展开矫直前的所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段外形轮廓；

图7为本发明展开矫直后获得的所述预成形宽幅高筋薄壁板左视图，其中双点划线为展开矫直前的所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段外轮廓；

图8为本发明所述的宽幅高筋薄壁金属壁板前视图；

图9为本发明所述的宽幅高筋薄壁金属壁板左视图；

图10为本发明的矫直辊结构示意图，同时也是图13的Q-Q剖视图；

图11为本发明矫直辊位置调整与所述弧段坯料装入后的状态示意图；

图12为本发明所述弧段坯料送进、预展开、咬入角度调整开始前瞬时的状态示意图；

图13为本发明所述弧段坯料送进、预展开与咬入角度调整完成后的状态示意图，其中双点划线分别为所述第三辊、第十二辊在送进、预展开、咬入角度调整开始前瞬时的位置轮廓；

图14为本发明连续展开矫直状态示意图；

图11至图14为相应工作状态下图10的T-T剖视图；

图15为本发明矫直辊位置调整与所述弧段坯料装入后且夹送辊系未夹紧时的所述夹送辊系的结构示意图；

图16为本发明所述弧段坯料送进、预展开与咬入角度调整完成后的所述夹送辊系结构示意图；

图17为本发明所述夹送辊系中所述承力框架的结构示意图；

图18为本发明所述夹送辊系P向局部视图的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上端”、“中部”“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所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。

如图1至图9所示，某一宽幅高筋薄壁金属壁板7，材质为铝合金，幅宽要求为B＝1000mm，长度为L＝1000mm，壁厚为T＝2mm，筋高为T＇＝28mm，筋的数量为2，在幅宽方向对称分布，筋间距B＇＝600mm，本实施例的一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，包括以下步骤：

(A-1)制备机加筒坯4：制备满足后续工艺要求的带有N1个机加外横向梯形筋4-1的机加筒坯4，本实施例中N1＝2。

(A-2)剖分切割：按照后续展开矫直要求和所述宽幅高筋薄壁金属壁板7的长度要求，将所述机加筒坯4沿轴线方向剖分切割为3段带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5，所述带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5的弧长为S≥1030mm，S>B，高度为H4＝1040mm，壁厚为T4＝2mm，筋高为T4＇＝30mm，筋间距为H4＇＝600mm。

(A-3)展开矫直前热处理：按照后续展开矫直工艺要求对3段所述带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5进行展开矫直前热处理。

(A-4)展开矫直：基于本发明所述的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备，采用本发明所述的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法，将经展开矫直前热处理的3段所述带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5分别展开矫直为预成形宽幅高筋薄壁板6，其幅宽为B6＝1040mm，长度为L6≥1030mm，壁厚为T6＝2mm，所述预成形宽幅高筋薄壁板6上带有2个矫后外横向梯形筋6-1，其筋高为T6＇≈30mm，筋间距为B6＇＝600mm；

(A-5)后续工艺处理：按照所述宽幅高筋薄壁金属壁板7的制备工艺要求完成后续热处理工艺，然后将3段所述预成形宽幅高筋薄壁板6上的2个所述矫后外横向梯形筋6-1经局部机加成所述宽幅高筋薄壁金属壁板7所需的筋板7-1形状；最后切除余量制成所需的宽幅高筋薄壁金属壁板7，其幅宽为B＝1000mm，长度为L＝1000mm，壁厚为T＝2mm，筋高为T＇＝28mm，筋间距为B＇＝600mm；

所述步骤(A-2)将机加筒坯4沿轴线方向剖分切割为3段带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5的主要目的是为了方便后续步骤(A-4)展开矫直的顺利进行，本实施例中N2为3，若后续步骤(A-4)展开矫直的工艺许可，也可以取N2＝1；

所述一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，不仅可以用于铝合金材料，也可用于其它可金属材料；

所述步骤(A-1)制备机加筒坯，可以采用旋压工艺制备机加筒坯的方法，分步骤如下：

(A-1-1-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有2个外横向梯形筋1-1的预制筒坯1，所述预制筒坯1的内径为d1＝Φ985mm，高度为H1＝350mm，壁厚为T1≥25mm，所述外横向梯形筋1-1的筋高T1＇≥22mm，筋间距H1＇＝160mm；

(A-1-1-2)旋前热处理：按照旋压工艺要求将所述预制筒坯1进行旋压前热处理，并冷却到室温；

(A-1-1-3)旋前机加工：按照旋压工艺要求将经旋前热处理后的所述预制筒坯1进行旋压前机加工，制成满足后续旋压工艺要求的旋前筒坯2，所述旋前筒坯2的内径为d2＝Φ1000mm，高度为H2＝320mm，壁厚为T2＝10mm，所述旋前筒坯2上带有2个旋前外横向梯形筋2-1，所述旋前外横向梯形筋2-1的筋高为T2＇＝22mm，筋间距为H2＇＝160mm；

(A-1-1-4)旋压：将所述旋前筒坯2旋压成旋后筒坯3，所述旋后筒坯3是带有2个旋后外横向梯形筋3-1的薄壁长筒，两端带有旋压工艺余头3-2；所述旋后筒坯3的高度为H3＝1100mm，壁厚为T3＝2mm，所述旋后外横向梯形筋3-1的筋高T3＇＝30mm，筋间距H3＇＝600mm，在旋压过程中根据旋压变形工艺要求，进行3～4道次旋压，中间需按旋压工艺要求进行旋压中间热处理；

(A-1-1-5)旋后机加工：将所述旋后筒坯3两端的旋压工艺余头3-2切除，并局部修整所述2个旋后外横向梯形筋3-1为2个机加外横向梯形筋4-1，使其满足后续展开矫直工艺要求，制成机加筒坯4；所述机加筒坯4的高度为H4＝1040mm，壁厚为T4＝2mm，H4<H3，所述机加外横向梯形筋4-1的筋高为T4＇＝30mm，筋间距为H4＇＝600mm；

所述步骤(A-1-1-3)和(A-1-1-4)中，所述的2个旋前外横向梯形筋2-1的外径侧可不参与旋压过程(即外径可保持不变)，因此，只要旋前筒坯2的所述旋前外横向梯形筋2-1的筋高足够，整个工艺过程可满足高筋需求；

所述步骤(A-1-1-4)，不仅可以在室温下进行，也可在材料性能允许的条件下选择温变形或热变形；

所述步骤(A-1)制备机加筒坯，也可以采用切削加工工艺制备机加筒坯4的方法，分步骤如下：

(A-1-2-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有2个外横向梯形筋1-1的预制筒坯1，所述预制筒坯1的内径为d1＝Φ985mm，高度为H1＝1080mm，壁厚为T1≥25mm，所述2个外横向梯形筋1-1的筋高为T1＇≥22mm，筋间距为H1＇＝600mm；

(A-1-2-2)切削前热处理：按照后续加工工艺要求将所述预制筒坯1进行切削前热处理，并冷却到室温；

(A-1-2-3)切削加工：用切削加工的方法将经切削前热处理的所述预制筒坯1制成所述机加筒坯4，所述机加筒坯4的内径为d4＝Φ1000mm，高度为H4＝1040mm，壁厚为T4＝2mm，所述机加筒坯4上有2个机加外横向梯形筋4-1，2个所述机加外横向梯形筋4-1应满足后续展开矫直工艺要求，其筋高为T4＇＝30mm，筋间距为H4＇＝600mm；由于在机械加工过程中壁厚减薄量较大，加工硬化严重，在机械加工过程中需进行3～4次的中间热处理。

所述步骤(A-4)展开矫直，是基于本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段展开矫直设备，采用本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法进行的。

本实施例还提供一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备，是在常规多辊矫直设备的基础上进行创新改造而成的，基本结构与原理类似于常规多辊矫直设备，都包括机械机架、矫直辊系统、电气控制系统、主传动系统、液压系统和气动辅助系统，用于对所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段进行展开矫直(本实施例中N1取为2)，但本发明与常规多辊矫直设备又有区别，其结构特点是：

(B-1)如图10至图14所示，本发明的矫直辊系统由上矫直辊系和下矫直辊系组成；所述上矫直辊系由6个矫直辊组成，由左至右分别命名为第一辊G1、第二辊G2、第三辊G3、第四辊G4、第五辊G5、第六辊G6；所述下矫直辊系由6个矫直辊组成，由右至左分别命名为第七辊G7、第八棍G8、第九辊G9、第十辊G10、第十一辊G11、第十二辊G12；所有矫直辊的工作长度均为B8＝1100mm，B8>H4，且在两轴端均分别对齐；所有矫直辊都可以绕其轴中心线旋转；所述上矫直辊系位于所述下矫直辊系的上方；所述带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5或变形弧段坯料5A(实施例图10所示为所述带有2个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5在后续矫直展平过程中发生变形后称为变形弧段坯料5A)位于所述上矫直辊系和所述下矫直辊系的中间；所述上矫直辊系的每个矫直辊(实施例图10中以所述第四辊G4为例)的两端都设置有可安装圆锥止推辊子轴承的轴端8-1-1；所述上矫直辊系的每个矫直辊均由钢制內辊8-1-2和聚氨酯外辊8-1-4组成，所述上矫直辊系的每个矫直辊均开有2个与所述矫前外横向梯形筋5-1对应的横向梯形槽，所述2个横向梯形槽可容纳所述2个矫前外横向梯形筋5-1，所述2个横向梯形槽的间距与2个所述矫前外横向梯形筋5-1的间距相等，均为H4＇＝600mm，2个所述横向梯形槽底部直径为D＝120mm，2个所述横向梯形槽其中一个为导向槽8-1-3，在展开矫直过程中起导向作用，其形状尺寸与所述矫前横向梯形筋5-1相适应，另一个所述横向梯形槽为非导向槽8-1-5，所述非导向槽8-1-5的宽度略大于所述矫前外横向梯形筋5-1的宽度并沿所述非导向槽8-1-5的中心线对称分布，本实施例中非导向槽8-1-5的宽度比所述矫前外横向梯形筋5-1的宽度沿所述非导向槽8-1-5的中心线两侧各宽了δ1＝2mm；所述上矫直辊系的每个矫直辊的外直径均为D+2×T4＇＝120+2×30＝180mm；所述下矫直辊系的每个矫直辊(实施例图10中以所述第十辊G10为例)均为钢制的，其外直径均为D＝120mm；所述下矫直辊系的每个矫直辊的两端都设置有可安装圆锥止推辊子轴承的轴端8-2-1；除所述第一辊G1外，所有矫直辊均为主动辊，其中所述第二辊G2、第三辊G3、第十一辊G11、第十二辊G12分别由单独的调速电机传动，所述第四辊G4、第五辊G5、第六辊G6、第七辊G7、第八辊G8、第九辊G9、第十辊G10由一台调速电机带齿轮分配箱和万向传动轴传动。

(B-2)如图11至图14所示，所述第四辊G4、第五辊G5和第六辊G6共同组成七辊上矫直辊系；所述第七辊G7、第八辊G8、第九辊G9和第十辊G10共同组成七辊下矫直辊系；由所述七辊上矫直辊系和所述七辊下矫直辊系组成七辊矫直辊系；所述七辊上矫直辊系各矫直辊在Y向处于同一水平位置，在X向均布排列，间距为L1，本实施例中L1＝200mm；所述七辊上矫直辊系各矫直辊的两轴端在X、Y向固定；所述七辊下矫直辊系与所述七辊上矫直辊系的各矫直辊在X向错距排列，错距量均为(L1)/2＝100mm，所述七辊下矫直辊系的各矫直辊的两轴端在X向固定，在Y向可独立液压调整并可独立液压锁紧。

(B-3)如图11至图14所示，所述第三辊G3、第十辊G10和第十一辊G11共同组成咬入角度调整辊系；所述第三辊G3和第十一辊G11位于所述七辊矫直辊系的左端，所述第十一辊G11和第十辊G10的X向距离为L2；所述第三辊G3和第四辊G4的X向距离为L3，L3＝(L1+L2)/2；所述第三辊G3的两轴端在Y向可独立液压加载，所述第三辊G3和第十一辊G11的两轴端在X、Y向可独立液压调整并可在X、Y向独立液压锁紧。

(B-4)如图11至图14所示，所述第二辊G2、第十一辊G11和第十二辊G12共同组成预展开辊系；所述第二辊G2、第十二辊G12位于所述咬入角度调整辊系的左端，所述第十二辊G12和第十一辊G11的X向距离为L4；所述第二辊G2和第三辊G3的X向距离为L5，L5≥(L4+L5)/2，所述第十二辊G12的两轴端在Y向可独立液压加载，所述第二辊G2、第十二辊G12的两轴端在X、Y向均可独立液压调整并可在X、Y向独立液压锁紧。

(B-5)如图15至图18所示，所述第一辊G1、第十二辊G12和安装在两侧轴端的两套夹送辊调整装置9共同组成夹送辊系；所述夹送辊调整装置9由螺杆9-1、螺母9-2、两个半环卡箍9-3、矩形滑块9-4、承力框架9-5、气缸9-6和夹送辊架9-7共同组成；所述矩形滑块9-4为中部安装有圆锥止推辊子轴承甲9-4-1的矩形结构；所述承力框架9-5为一封闭框架，其上端中部开有螺纹通孔9-5-1，中部开有矩形孔9-5-2，下端为一安装有轴承乙9-5-5的半圆形承力横梁，所述矩形孔9-5-2的两侧面开有滑槽9-5-3，所述承力框架9-5的外侧安装有一个气缸上支座9-5-4；所述夹送辊架9-7由双耳轴承座9-7-1、气缸下支座9-7-2和底板9-7-3焊接而成，所述双耳轴承座9-7-1内安装有两个圆锥止推辊子轴承丙9-7-4；安装在所述矩形孔9-5-2内的所述矩形滑块9-4可在所述滑槽9-5-3内滑动；所述螺杆9-1的下端带有一个圆柱状台阶9-1-1，由两个所述半环卡箍9-3将所述圆柱状台阶9-1-1卡住并与所述矩形滑块9-4连接；所述螺杆9-1与所述螺纹通孔9-5-1配合；所述第一辊G1一侧的轴端插装在所述圆锥止推辊子轴承甲9-4-1内；调节所述螺杆9-1与所述承力框架9-5的相对位置可调节所述矩形滑块9-4在所述矩形孔9-5-2内的位置并带动所述第一辊G1实现对所述带有2个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段5的松开和夹紧；调整合适后所述螺母9-2可锁紧所述螺杆9-1；所述承力框架9-5的下端插装在所述双耳轴承座9-7-1内，所述第十二辊G12一侧的轴端插装在安装有两个所述圆锥止推辊子轴承丙9-7-4的双耳轴承座9-7-1内，中间与所述轴承乙9-5-5配装；所述气缸上支座9-5-4和所述气缸下支座9-7-2之间设置有所述气缸9-6，所述气缸9-6内部压力可调，用来平衡作用在所述气缸上支座9-5-4的力，在气缸力的作用下，所述承力框架9-5可带动所述第一辊G1沿所述第十二辊G12中心线作一定范围的旋转，满足在展开矫直过程中的夹紧送进要求；所述第十二辊G12的两轴端在两套所述夹送辊架9-7的作用下可实现在Y向独立液压加载，在X、Y向可独立液压调整，并可在X、Y向独立液压锁紧。

所述步骤(A-4)展开矫直，是基于本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备基础上，采用一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法进行的。

本实施例还提供一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法，是基于本发明所涉及的一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直设备基础上，用于对所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段进行展开矫直，所述带有N1个矫前外横向梯形筋的薄壁筒形件弧段进行展开矫直以下简称弧段坯料，本实施例中N1取为2，包括以下步骤：

(C-1)矫直辊位置调整与所述弧段坯料5装入并夹紧：如图11、图12和图15：

(C-1-1)所述七辊下矫直辊系压上调整：根据所述弧段坯料5的厚度对所述七辊下矫直辊系进行压上调整，一是与所述七辊上矫直辊系压靠找零位，二是调整所述七辊下矫直辊系各矫直辊的压上量，使得所述七辊矫直辊系可实现矫直功能，调整完成后所述七辊下矫直辊系各矫直辊的两轴端Y向独立液压锁紧；

(C-1-2)所述弧段坯料5装入：调整所述夹送辊系，将所述第一辊G1松开；根据所述弧段坯料5的形状尺寸独立液压调整所述第二辊G2、第三辊G3和第十一辊G11、第十二辊G12的X、Y向的位置，使得所述弧段坯料5能置于其中，并使其满足以下条件：所述弧段坯料5的上象限点C点位于所述第三辊G3的Y向中心线上，所述弧段坯料5与所述第十辊G10相切于F点，所述弧段坯料5与所述第二辊G2相切于B点，所述弧段坯料5与所述第十二辊G12相切于H点；所述弧段坯料5与所述第一辊G1、第十一辊G11、第三辊G3之间的距离分别为δ2、δ3、δ4；所述距离δ2、δ3、和δ4均大于0，利于所述弧段坯料5的顺利装入；所述F点与所述弧段坯料5的右端内侧端点E点的距离为δ5，δ5略大于0，δ5需确保所述弧段坯料5的右端外侧端点D点不与所述第四辊G4接触；所述距离L2、L3需保证所述咬入角度调整辊系能有效发挥弧段坯料咬入角度调整的功能，所述距离L4和L5需保证所述预展开辊系能有效发挥弧段坯料预展开功能；同时所述距离L2、L3、L4和L5需保证在后续的连续展开矫直过程能顺利进行；本实施例中所述距离L2＝250mm，L3＝(L1+L2)/2＝225mm，L4＝250mm，L5＝300mm，δ2﹥50mm，δ3≈12.5mm，δ4﹥50mm和δ5≈20mm；

(C-1-3)所述夹送辊系夹紧：调整所述夹送辊系的所述螺杆9-1的位置和所述气缸9-6内的压力，使所述第一辊G1、第十二辊G12将所述弧段坯料5夹紧，并使得所述H点和A点、M点、N点与O点在一条直线上，然后锁紧所述第一辊G1；所述A点为所述第一辊G1与所述弧段坯料5的接触点，所述M点、N点分别为所述夹送辊系初始夹紧时所述第一辊G1与第十二辊G12的中心点，所述O点为弧段坯料5的圆弧中心点；

(C-1-4)所述第三辊G3与所述弧段坯料5预接触：所述第三辊G3在Y向液压加载压下与所述弧段坯料5相接触于所述C点；

(C-1-5)锁紧：调整完成后所述第三辊G3和第十二辊G12的两轴端X向独立液压锁紧，所述第二辊G2和第十一辊G11的两轴端X、Y向独立液压锁紧；

(C-2)所述弧段坯料5送进、预展开与咬入角度调整：如图12、图13和图16所示，启动矫直设备，使各矫直辊处于运行状态，所述弧段坯料5在所述夹送辊系的作用下夹紧并送进，液压驱动所述第三辊G3的两轴端在Y向液压加载压下，行程为δ6，同时所述夹送辊系在Y向液压加载压上，使所述第十二辊G12上移，行程为δ7，使得图12中所述的弧段坯料5发生变形成为图13中所述的变形弧段坯料5A，图中点A'、B'、C'、K'、F'、G'和H'分别为所述第一辊G1、第二辊G2、第三辊G3、第四辊G4、第十辊G10、第十一辊G11和第十二辊G12的接触点，点D'、E'和J'分别为所述变形弧段坯料5A的右端外侧端点、右端内侧端点和左端内侧端点，M'点、N'点分别为所述的弧段坯料5发生变形后的所述第一辊G1与第十二辊G12的中心点，O'点为未变形弧段J'H'的圆弧中心；在上述变形过程中，所述变形弧段坯料5A在所述第一辊G1和第十二辊G12的作用下实现了夹紧并送进，弧段H'G'发生了预展开变形，弧段G'F'的变形调整了弧段F'E'的咬入角度，上述过程同时实现了所述变形弧段坯料5A的夹紧送进、预展开以及咬入角度调整；同时在所述夹送辊系的作用下，所述A'点、H'点、M'点、N'点与O'点始终保持在一条直线上；所述δ3、δ6和δ7应满足以下条件：在后续矫直过程中，未变形弧段J'H'、预展开弧段H'G'、角度调整弧段G'F'以及咬入弧段F'E'光滑过渡且符合金属变形原理；同时咬入弧段F'E'需满足所述第四辊G4、第九辊G9的咬入条件；在此步骤中，因所述δ3为预先设定的尺寸，若其存在偏差，可先松开所述第十一辊G11两轴端的Y向液压锁紧，重新液压调整位置后再次单独液压锁紧；所述行程δ6和δ7调整合适后，所述第十一辊G11和第十二辊G12的两轴端Y向液压锁紧；本实施例中，所述行程δ3≈12.5mm，δ6≈20mm，δ7≈100mm；

(C-3)连续展开矫直：完成步骤(C-2)后，如图13、图14和图16所示，所述变形弧段坯料5A在各矫直辊的作用下实现连续展开矫直变形，直到展开矫直过程完成，生产出所述预成形宽幅高筋薄壁板6；

所述一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法，不仅可以针对本发明所述的方法制备的带有N1个矫前外横向梯形筋5-1的薄壁筒形件弧段5进行展开矫直，也可以针对其他方法加工的带外横向筋的薄壁筒形件弧段进行展开矫直。

所述一种带外横向筋的薄壁筒形件弧段的展开矫直方法，不仅可以针对铝合金材料，也可用于其它可用来矫直的金属材料。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (12)

1.一种宽幅高筋薄壁金属壁板的整体成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

(A-1)制备机加筒坯：制备带有N1个机加外横向梯形筋(4-1)的机加筒坯(4)，N1为正整数，N1≥2；

(A-2)剖分切割：将所述机加筒坯(4)沿轴线方向剖分切割为N2段带有N1个矫前外横向梯形筋(5-1)的薄壁筒形件弧段(5)，N2为正整数，N2≥2；

(A-3)展开矫直前热处理：对N2段所述带有N1个矫前外横向梯形筋(5-1)的薄壁筒形件弧段(5)进行展开矫直前热处理；

(A-4)展开矫直：将经展开矫直前热处理的N2段所述带有N1个矫前外横向梯形筋(5-1)的薄壁筒形件弧段(5)分别展开矫直为预成形宽幅高筋薄壁板(6)，所述预成形宽幅高筋薄壁板(6)上带有N1个矫后外横向梯形筋(6-1)；

(A-5)后续工艺处理：按照所述宽幅高筋薄壁金属壁板(7)的制备工艺要求完成后续热处理工艺，然后将N2段所述预成形宽幅高筋薄壁板(6)上的N1个所述矫后外横向梯形筋(6-1)经局部机加成所述宽幅高筋薄壁金属壁板(7)所需的筋板(7-1)形状；最后切除余量制成所需的宽幅高筋薄壁金属壁板(7)。

2.根据权利要求1所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述步骤(A-1)制备机加筒坯可以采用旋压工艺或切削加工工艺两种方法进行。

3.根据权利要求2所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，采用旋压工艺制备所述机加筒坯，分步骤如下：

(A-1-1-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有N1个外横向梯形筋(1-1)的预制筒坯(1)；

(A-1-1-2)旋前热处理：按照旋压工艺要求将所述预制筒坯(1)进行旋压前热处理，并冷却到室温；

(A-1-1-3)旋前机加工：按照旋压工艺要求将经旋前热处理后的所述预制筒坯(1)进行旋压前机加工，制成满足后续旋压工艺要求的旋前筒坯(2)，所述旋前筒坯(2)上带有N1个旋前外横向梯形筋(2-1)；

(A-1-1-4)旋压：将所述旋前筒坯(2)旋压成旋后筒坯(3)，所述旋后筒坯(3)是带有N1个旋后外横向梯形筋(3-1)的薄壁长筒，两端带有旋压工艺余头(3-2)；

(A-1-1-5)旋后机加工：将所述旋后筒坯(3)两端的旋压工艺余头(3-2)切除，并局部修整所述N1个旋后外横向梯形筋(3-1)为N1个机加外横向梯形筋(4-1)，使其满足后续展开矫直工艺要求，制成机加筒坯(4)。

4.根据权利要求3所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述N1个旋前横向梯形筋(2-1)的外径侧不参与旋压。

5.根据权利要求3所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述旋压分多道次进行，并按旋压工艺要求进行旋压中间热处理。

6.根据权利要求3所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述旋压在室温下进行。

7.根据权利要求3所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述旋压在温变形或热变形的条件下进行。

8.根据权利要求2所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，采用切削加工工艺制备机加筒坯的方法，分步骤如下：

(A-1-2-1)预制筒坯：采用锻造工艺，将铝合金热坯料初步制成带有N1个外横向梯形筋(1-1)的预制筒坯(1)；

(A-1-2-2)切削前热处理：按照后续加工工艺要求将所述预制筒坯(1)进行切削前热处理，并冷却到室温；

(A-1-2-3)切削加工：用切削加工的方法将经切削前热处理的所述预制筒坯(1)制成所述机加筒坯(4)，所述机加筒坯(4)上有N1个机加外横向梯形筋(4-1)，N1个所述机加外横向梯形筋(4-1)应满足后续展开矫直工艺要求。

9.根据权利要求8所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，在切削加工过程中需进行多道次的中间热处理。

10.根据权利要求1所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述剖分切割中N2＝1。

11.根据权利要求1～10任一所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述金属壁板为铝合金壁板。

12.根据权利要求1～10任一所述宽幅高筋薄壁金属壁板整体成形的方法，其特征在于，所述金属壁板为金属材料。

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