CN111151631B - 一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法，结构包括直径不等的圆柱形芯轴、三爪卡盘、定位块、旋轮架、旋轮及电机，三爪卡盘固定在旋压机主轴上，定位块固定在三爪卡盘中心孔内，芯轴通过定位块和三爪卡盘固定；旋轮通过旋轮转轴与旋轮架连接，旋轮架固定在旋压机的刀具架上。该方法具体步骤为：1、预先将芯轴套进待加工的等截面管坯中；2、通过三爪卡盘和定位块固定管坯和芯轴的轴向和径向位置；3、采用理论计算方式推导出油箱变截面导管件的多道次旋压变形路径方程；4、编制数控代码程序；5、将数控代码程序导入PS‑CNCSXY‑5形旋压机数控系统；6、旋压成形。本发明提能够减少制造成本、提高加工效率和加工质量。

Description

一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法

技术领域

本发明属于金属板料旋压成形技术领域，尤其涉及一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法。

背景技术

变截面管广泛应用于航空领域，常用于飞机油箱，是飞机燃油系统的主要部件。旋压因其高效、低成本、高材料利用率的特点，广泛应用于包括航空、航天、汽车在内的多种工业领域。自从近代旋压技术问世以来，国、内外学者对常规管类零件的旋压开展了很多研究工作，经过不断完善，旋压工艺精确稳定成形理论已经有了很大发展。变截面管在装机之前会对其进行强度测试，由于是取样测试，所需要的变截面管数量较少，但尺寸多样，变形条件相对复杂。如果采用传统的利用模具成形或者胀形的加工方式会造成资源和时间上的浪费，因此，将旋压法应用在油箱变截面导管件中，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法，减少制造成本、提高加工效率和加工质量。不仅能够满足产品预研、试制阶段变截面管件制造的批量小、任务急的需求，还可以替代某些油箱变截面导管件所采用的传统半件冲压然后焊接制造工艺方法，从根本上解决该类零件制造成本高、周期长、质量低的问题。

一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构，包括直径不等的圆柱形芯轴、三爪卡盘、定位块、旋轮架、旋轮及电机，所述三爪卡盘固定在旋压机主轴上，定位块固定在三爪卡盘中心孔内，芯轴通过定位块和三爪卡盘固定；旋轮通过旋轮转轴与旋轮架连接，布置在芯轴两侧，旋轮旋转中心与芯轴旋转中心在同一水平面内；旋轮架通过螺栓固定在旋压机的刀具架上，刀具架与旋压机的两侧的电机相连；电机带动旋轮可绕旋轮转轴转动，同时旋轮能够随旋轮架在水平面内X、Z两坐标方向直线运动。

一种油箱变截面导管的多道次旋压成形方法，采用前述的一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构装夹，具体包括以下步骤：

步骤一：预先将芯轴套进待加工的等截面管坯中；

步骤二：通过三爪卡盘和定位块固定管坯和芯轴的轴向和径向位置，并保持等截面管坯、圆柱芯轴同轴；

步骤三：采用理论计算方式推导出油箱变截面导管件的多道次旋压变形路径方程，具体如下：

X_BCSR＝R_s+t₀ (1)

Z_BCSR＝-δ (2)

Z_i＝L_i1+L_i2 (4)

式中，X_BCSR—旋轮径向起始位置；

Z_BCSR—旋轮轴向起始位置；

R_s—芯轴最大半径，mm；

t₀—管坯初始壁厚，mm；

δ—旋轮与芯轴倾斜面起始点的轴向距离，mm；

X_i—第i道次成形旋轮所需径向位移，mm；i—旋轮路径所属道次；

h—管坯内径与芯轴的最大距离，mm；

n—旋压成形所需总道次；

Z_i—第i道次成形旋轮所需轴向位移，mm；

L_i1—芯轴锥面轴向长度，mm；

L_i2—芯轴最小直径段轴向长度，mm；

步骤四：将油箱变截面导管件旋压变形路径方程以通用旋压机编程方法，编制成西门子数控代码程序；

步骤五：将数控代码程序导入PS-CNCSXY-5形旋压机数控系统；

步骤六：启动旋压机程序，进行油箱变截面导管零件的多道次旋压成形过程，成形过程结束后获得尺寸、形状精度误差在5％以内的试件。

所述步骤三中旋压成形所需总道次n的取值具体为：当0<h≤1.5时、n＝1，当1.5<h≤3时、n＝2，当3<h≤4.5时、n＝3，当4.5<h≤6时、n＝4，当6<h≤7.5时、n＝5，以此类推。

本发明的有益效果是：本发明针对变截面导管在测试阶段的批量小、参数更改频繁的特别需求，提供了一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构及旋压方法，将三爪卡盘应用在旋压机上，通过与定位块的结合对待加工的等截面管坯及芯轴进行装夹，限制其轴向和径向位移，实现管坯与芯轴的轴向精确定位，保证了在径向保证同轴度条件下的装夹；旋轮旋转中心与芯轴旋转中心在同一水平面内，旋轮可以绕旋轮转轴转动，同时可随旋轮架一起沿水平面内的X、Z两坐标方向直线运动,成形出轴对称的横截面直径不等的带锥度油箱导管；本发明提供的多道次旋压方法，采用理论计算方式获取变截面导管的多道次旋轮轨迹，再通过管坯旋转运动与旋轮平面运动的匹配，实现旋轮轨迹与芯轴精准切合的变截面油箱导管多道次旋压变形轨迹，成形出尺寸精度符合要求的油箱变截面导管，完全依靠数控程序，能够有效提高产品设计、预研阶段油箱变截面导管零件的加工效率，并且能够满足产品精度，提升产品制造柔性、降低成本。

附图说明

图1为本发明中一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构的示意图；

图2为本发明中三爪卡盘与定位块的示意图；

图3为本发明中芯轴的示意图；

图4为实施例提供的一种油箱变截面导管多道次旋压变形路径示意图；

图5为实施例提供的一种油箱变截面导管的示意图；

图6为图5的结构尺寸示意图；

其中，

1旋轮架，2旋轮，3三爪卡盘，4定位块，5等截面管坯，6芯轴。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明的技术方案和效果作详细描述。

如图1-3所示，一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构，包括直径不等的圆柱形芯轴6、三爪卡盘3、定位块4、旋轮架1、旋轮2及电机(图中未显示)，所述三爪卡盘3固定在旋压机主轴上，定位块4固定在三爪卡盘3中心孔内，芯轴6通过定位块4和三爪卡盘3固定；旋轮2通过旋轮转轴与旋轮架1连接，布置在芯轴6两侧，旋轮2旋转中心与芯轴6旋转中心在同一水平面内；旋轮架1通过螺栓固定在旋压机的刀具架(图中未显示)上，刀具架与旋压机的两侧的电机相连；电机带动旋轮2可绕旋轮转轴转动，同时旋轮2能够随旋轮架1在水平面内X、Z两坐标方向直线运动；所述旋轮2在加工平面内的路径轨迹方程采用理论计算方式推导的，油箱变截面导管件旋压成形路径，是在旋轮2的加工平面运动精准控制的基础上，通过管坯的旋转运动与旋轮2的平面运动的匹配形成。

如图4所示，本实施例提供一种油箱变截面导管件的多道次旋压成形方法，如图5-6所示，本实施例的油箱变截面导管零件材质为6061-O态铝合金，所需旋压成形得到的变截面导管总长度L₀为102.5mm，最小直径d₁为25mm、最大直径d₂为32mm，壁厚为1.5mm，半锥角α为5°；待加工等截面管坯5外直径32mm、内直径29mm，壁厚为1.5mm，长度102.5mm；芯轴6长度为107.5mm，最小直径为22mm，最大直径为29mm，芯轴6锥面轴向长度37.5mm，芯轴6最小直径段轴向长度15.5mm，旋压过程在PS-CNCSXY-5旋压机上进行，主轴转速为100r/min。具体包括以下步骤：

步骤一：预先将芯轴6套进待加工的等截面管坯5中；

步骤二：通过三爪卡盘3和定位块4固定管坯和芯轴6的轴向和径向位置，并保持等截面管坯5、圆柱芯轴6同轴，即保证等截面管坯5、芯轴6的横截面圆心同心；

步骤三：采用理论计算方式推导出油箱变截面导管件的多道次旋压变形路径方程，具体如下：

X_BCSR＝R_s+t₀ (1)

Z_BCSR＝-δ (2)

Z_i＝L_i1+L_i2 (4)

式中，X_BCSR—旋轮2径向起始位置；

Z_BCSR—旋轮2轴向起始位置；

R_s—芯轴6最大半径，mm；

t₀—管坯初始壁厚，mm；

δ—旋轮2与芯轴6倾斜面起始点的轴向距离，mm；

X_i—第i道次成形旋轮2所需径向位移，mm；i—旋轮2路径所属道次；

h—管坯内径与芯轴6的最大距离，mm；

n—旋压成形所需总道次；

Z_i—第i道次成形旋轮2所需轴向位移，mm；

L_i1—芯轴6锥面轴向长度，mm；

L_i2—芯轴6最小直径段轴向长度，mm；

旋压成形所需总道次n的取值具体为：当0<h≤1.5时、n＝1，当1.5<h≤3时、n＝2，当3<h≤4.5时、n＝3，当4.5<h≤6时、n＝4，当6<h≤7.5时、n＝5，以此类推。本实施例中，管坯内径与芯轴6的最大距离h为3.5，因此旋压成形所需总道次n为3。

本实施例中，R_s＝14.5mm，t₀＝1.5mm，δ＝5mm，h＝3.5mm，X₁＝1.17mm，X₂＝2.33mm，X₃＝3.5mm，Z_i＝53mm，L_i1＝37.5mm，L_i2＝15.5mm。

步骤四：将油箱变截面导管件旋压变形路径方程以通用旋压机编程方法，编制成西门子数控代码程序；

步骤五：将数控代码程序导入PS-CNCSXY-5形旋压机数控系统；

步骤六：启动旋压机程序，进行油箱变截面导管零件的多道次旋压成形过程，成形过程结束后获得尺寸、形状精度误差在5％以内的试件。

Claims (1)

1.一种油箱变截面导管的多道次旋压成形方法，采用一种油箱变截面导管多道次旋压成形装夹结构，包括直径不等的圆柱形芯轴、三爪卡盘、定位块、旋轮架、旋轮及电机，所述三爪卡盘固定在旋压机主轴上，定位块固定在三爪卡盘中心孔内，芯轴通过定位块和三爪卡盘固定；旋轮通过旋轮转轴与旋轮架连接，布置在芯轴两侧，旋轮旋转中心与芯轴旋转中心在同一水平面内；旋轮架通过螺栓固定在旋压机的刀具架上，刀具架与旋压机的两侧的电机相连；电机带动旋轮可绕旋轮转轴转动，同时旋轮能够随旋轮架在水平面内X、Z两坐标方向直线运动；

其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一：预先将芯轴套进待加工的等截面管坯中；

步骤二：通过三爪卡盘和定位块固定管坯和芯轴的轴向和径向位置，并保持等截面管坯、圆柱芯轴同轴；

步骤三：采用理论计算方式推导出油箱变截面导管件的多道次旋压变形路径方程，具体如下：

X_BCSR＝R_s+t₀ (1)

Z_BCSR＝-δ (2)

Z_i＝L_i1+L_i2 (4)

式中，X_BCSR—旋轮径向起始位置；

Z_BCSR—旋轮轴向起始位置；

R_s—芯轴最大半径，mm；

t₀—管坯初始壁厚，mm；

δ—旋轮与芯轴倾斜面起始点的轴向距离，mm；

X_i—第i道次成形旋轮所需径向位移，mm；i—旋轮路径所属道次；

h—管坯内径与芯轴的最大距离，mm；

n—旋压成形所需总道次；

Z_i—第i道次成形旋轮所需轴向位移，mm；

L_i1—芯轴锥面轴向长度，mm；

L_i2—芯轴最小直径段轴向长度，mm；

步骤四：将油箱变截面导管件旋压变形路径方程以通用旋压机编程方法，编制成西门子数控代码程序；

步骤五：将数控代码程序导入PS-CNCSXY-5形旋压机数控系统；

步骤六：启动旋压机程序，进行油箱变截面导管零件的多道次旋压成形过程，成形过程结束后获得尺寸、形状精度误差在5％以内的试件；

所述步骤三中旋压成形所需总道次的取值具体为：当0<h≤1.5时、n＝1，当1.5<h≤3时、n＝2，当3<h≤4.5时、n＝3，当4.5<h≤6时、n＝4，当6<h≤7.5时、n＝5，以此类推。

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