CN111346963B - 一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法，属于薄壁筒体加工领域。本发明的带纵向内筋的薄壁筒体的对轮旋压的加工方法，采用内外旋轮配合使用，通过内外旋轮的旋转和挤压实现壁厚减薄、长度伸长和内筋成形，且采用三级成型，聚料内旋轮和第一外旋轮进行初步成型，在圆筒形坯料上留下宽内筋，之后中间内旋轮和第二外旋轮、校形内旋轮和第三外旋轮依次经过聚料内旋轮和第一外旋轮的路径，圆筒形坯料进行三次变形，最终形成内筋；本发明的加工方法，通过旋压工艺一次性实现了带筋大型薄壁筒体的塑性成形，加工效率高、无焊缝质量好、节约材料和能量、生产成本低。

Description

一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法

技术领域

本发明属于薄壁筒体加工领域，尤其是一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法。

背景技术

带有纵向内筋的大型薄壁筒体为运载火箭燃料箱、发动机壳体的主要组成部分。此类零件具有直径大、壁厚薄、加工精度和质量要求高的特点，制造难度极大，为典型的航天工业卡脖子技术。目前，国内外仅有两种有效的方法加工此类零件，“滚弯成形+化学铣削+焊接”或“高速数控铣削+等距压弯成形+焊接”的工艺路线，存在工艺复杂、生产效率低、质量难以保证、成本高、材料和能量浪费严重等不足。而传统的芯模旋压工艺等技术在生产此类大型件时模具成本过高、适应性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的大型薄壁筒体加工工艺复杂、生产效率低、质量难以保证的缺点，提供一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种带纵向内筋的薄壁筒体的对轮旋压的加工方法，包括以下步骤：

1)将圆筒形坯料固定于主轴转盘上，两者同轴线；

2)将聚料内旋轮安装在圆筒形坯料内侧，第一外旋轮安装在对应的外侧；

将中间内旋轮安装在圆筒形坯料内侧，第二外旋轮安装在对应的外侧；

将校形内旋轮安装在圆筒形坯料内侧，第三外旋轮安装在对应的外侧；

其中，聚料内旋轮、中间内旋轮、校形内旋轮在径向对称分布，并在给进方向依次排布；

3)启动主轴转盘，圆筒形坯料随之转动；

聚料内旋轮、中间内旋轮和校形内旋轮进行同步转动且沿进给方向运动，三者对应的外旋轮与内旋轮进行同步运动；

4)加工预设长度后，将聚料内旋轮、中间内旋轮、校形内旋轮、第一外旋轮、第二外旋轮、第三外旋轮拆卸掉，并停止主轴转盘的旋转，之后取下加工后的圆筒形坯料(1)，切除固定端后，得到大型带内筋薄壁筒体。

进一步的，在步骤2)中，聚料内旋轮和第一外旋轮顶端的间距小于圆筒形坯料的壁厚；

中间内旋轮和第二外旋轮的顶端间距小于聚料内旋轮和第一外旋轮顶端的间距；

校形内旋轮和第三外旋轮的顶端间距小于中间内旋轮和第二外旋轮的顶端间距。

进一步的，步骤3)中，具体的加工过程为：

聚料内旋轮和第一外旋轮经过时将圆筒形坯料的壁厚减薄，并在内壁上留下宽内筋；

中间内旋轮经过聚料内旋轮的路径，将圆筒形坯料的壁厚进一步减薄，并使宽内筋发生变形，在内壁上留下中间内筋；

校形内旋轮经过中间内旋轮的路径，将圆筒形坯料的壁厚进一步减薄，并使中间内筋发生变形，在内壁上留下最终内筋。

一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮，包括聚料内旋轮、中间内旋轮、校形内旋轮、第一外旋轮、第二外旋轮、和第三外旋轮；

聚料内旋轮、中间内旋轮、校形内旋轮上均有纵向槽型，三者上的梯形纵向槽型的开口依次减小；

所述校形旋轮的梯形槽出口的形状、尺寸与待加工目标件的内筋形状、尺寸相同。

进一步的，聚料内旋轮、中间内旋轮、校形内旋轮上的开槽数目与外径之比等于待加工目标件的内筋数目与内径数目之比。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的带纵向内筋的薄壁筒体的对轮旋压的加工方法，采用内外旋轮配合使用，通过内外旋轮的旋转和挤压实现壁厚减薄、长度伸长和内筋成形，且采用三级成型，聚料内旋轮和第一外旋轮进行初步成型，在圆筒形坯料上留下宽内筋，之后中间内旋轮和第二外旋轮、校形内旋轮和第三外旋轮依次经过聚料内旋轮和第一外旋轮的路径，圆筒形坯料进行三次变形，最终形成内筋，为连续的渐进成形，具有旋压力低、稳定性好的特点；本发明的加工方法，相对于传统芯模旋压方式，显著减少了模具材料的使用，在加工带筋薄壁筒形件的过程中，内筋与内旋轮的直接接触而发生变形，通过这种滚压作用可有效提高筒形件内壁和内筋表面的表面质量；本发明的加工方法，通过旋压工艺一次性实现了带筋大型薄壁筒体的塑性成形，加工效率高、无焊缝质量好、节约材料和能量、生产成本低。

本发明的带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮，采用同一套旋轮组可对不同直径的带筋大型薄壁筒体进行加工，适用范围广；传统芯模旋压的整体芯模尺寸与工件内型一样大，而本发明使用的成形旋轮远小于这种整体芯模，有效节省了昂贵的模具材料；传统芯模旋压中使用大型整体芯模带有众多的槽型，这种大型复杂芯模模具的加工难度极大、成本高昂，而本发明的加工旋轮有效克服了这种不足；传统芯模旋压的一套芯模仅能用于一种直径工件的生成，而本发明的加工旋轮能够加工不同直径的工件。

附图说明

图1为本发明加工过程中装置的俯视示意图；

图2为本发明加工过程中装置的等轴示意图；

图3为本发明加工过程中装置的侧视示意图；

图4为本发明的加工完成后的大型带内筋薄壁筒体示意图；

图5为本发明的旋转剖面原理图。

其中：1-圆筒形坯料，2-主轴转盘，3-聚料内旋轮，4-中间内旋轮，5-校形内旋轮，6-第一外旋轮置，7-第二外旋轮，8-第三外旋轮，9-大型带内筋薄壁筒体，10-宽内筋，11-中间内筋，12-最终内筋。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明为一种带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮及基于其的加工方法，采用带有特殊槽型的内旋轮和旋轮共同将大型圆筒形坯料加工为大型带内筋的薄壁筒体，一次实现筒体的壁厚减薄、长度伸长和内筋成形。

参见图1和图2，图1和图2分别为本发明加工过程中装置的俯视示意图和等轴示意图，本发明的带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮，包括：聚料内旋轮3和第一外旋轮6，中间内旋轮4和第二外旋轮7，校形内旋轮5和对应第三外旋轮8；聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5均开有纵向槽型，该纵向槽型呈现喇叭口状，靠近各自中面的位置为喇叭口的窄端，靠近端面的位置为喇叭口的大端，以利材料从端面流向中面时发生材料的汇聚；第一外旋轮6、第二外旋轮7、第三外旋轮8上不开纵向槽。聚料内旋轮3的梯形槽开口大于中间内旋轮4的梯形槽开口，中间内旋轮4的梯形槽开口大于校形旋轮5的开口；校形旋轮5梯形槽出口的形状、尺寸与待加工目标件的内筋形状、尺寸相同。聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5的开槽数目与各自的外径之比，等于目标件大型带内筋薄壁筒体9的内筋数目与内径数目之比，作用为保证加工好的内筋不被压坏。

参见图1和图2，图1和图2分别为本发明加工过程中装置的俯视示意图和等轴示意图；在加工时，以上三组旋轮在径向对称分布；聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5位于圆筒形坯料1的内侧，第一外旋轮6、第二外旋轮7、第三外旋轮8位于圆筒形坯料1的外侧。

本发明的一种带纵向内筋的薄壁筒体的对轮旋压的加工方法，包括以下步骤：

加工开始前，将圆筒形坯料1固定于主轴转盘2上，两者同轴线；

将聚料内旋轮3和第一外旋轮6安装在同一平面，两者顶端间距小于圆筒形坯料1的壁厚；

将中间内旋轮4和第二外旋轮7安装在同一平面，且高于聚料内旋轮3的平面；中间内旋轮4和第二外旋轮7的顶端间距小于聚料内旋轮3和第一外旋轮6顶端间距；

将校形内旋轮5和第三外旋轮8安装在同一平面，且高于聚料中间内旋轮4的平面；校形内旋轮5和第三外旋轮8的顶端间距小于中间内旋轮4和第二外旋轮7的顶端间距；

加工开始后，圆筒形坯料1由主轴转盘2带动进行自转；

聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5进行同步自转，第一外旋轮6、第二外旋轮7、第三外旋轮8随相应的内轮进行转动；

聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5、第一外旋轮6、第二外旋轮7、第三外旋轮8整体自圆筒形坯料1的一端向另一端沿轴向同步进给，挤压旋转中的圆筒形坯料1。

参见图3和图5，图3和图5分别为本发明加工过程中装置的侧视和旋转剖面原理图。聚料内旋轮3和第一外旋轮6率先将圆筒形坯料1的壁厚减薄、出现低的宽内筋10；

之后中间内旋轮4和第二外旋轮7在此基础上，将圆筒形坯料1的壁厚进一步减薄、加工出中等高度和宽度的中间内筋11；

最后由校形内旋轮5和第三外旋轮8，将圆筒形坯料1的壁厚进一步减薄、加工出窄高的最终内筋12。

加工结束时，将聚料内旋轮3、中间内旋轮4、校形内旋轮5、第一外旋轮6、第二外旋轮7、第三外旋轮8整体沿加工时进给方向的反向退出，然后停止主轴转盘2的旋转，取下加工后的圆筒形坯料1，切除固定端后，得到大型带内筋薄壁筒体9，完成一次加工。

参见图4，图4为本发明的加工完成后的大型带内筋薄壁筒体示意图，可以看出，筒内形成了均匀的纵向内筋。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带纵向内筋的薄壁筒体的对轮旋压的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将圆筒形坯料(1)固定于主轴转盘(2)上，两者同轴线；

2)将聚料内旋轮(3)安装在圆筒形坯料(1)内侧，第一外旋轮(6)安装在对应的外侧；

将中间内旋轮(4)安装在圆筒形坯料(1)内侧，第二外旋轮(7)安装在对应的外侧；

将校形内旋轮(5)安装在圆筒形坯料(1)内侧，第三外旋轮(8)安装在对应的外侧；

其中，聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)、校形内旋轮(5)在径向对称分布，在给进方向依次排布；

在步骤2)中，聚料内旋轮(3)和第一外旋轮(6)顶端的间距小于圆筒形坯料(1)的壁厚；

中间内旋轮(4)和第二外旋轮(7)的顶端间距小于聚料内旋轮(3)和第一外旋轮(6)顶端的间距；

校形内旋轮(5)和第三外旋轮(8)的顶端间距小于中间内旋轮(4)和第二外旋轮(7)的顶端间距；3)启动主轴转盘(2)，圆筒形坯料(1)随之转动；

聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)和校形内旋轮(5)进行同步转动且沿进给方向运动，三者对应的外旋轮与内旋轮进行同步运动；

步骤3)中，具体的加工过程为：

聚料内旋轮(3)和第一外旋轮(6)经过时将圆筒形坯料(1)的壁厚减薄，并在内壁上留下宽内筋(10)；

中间内旋轮(4)经过聚料内旋轮(3)的路径，将圆筒形坯料(1)的壁厚进一步减薄，并使宽内筋(10)发生变形，在内壁上留下中间内筋(11)；

校形内旋轮(5)经过中间内旋轮(4)的路径，将圆筒形坯料(1)的壁厚进一步减薄，并使中间内筋(11)发生变形，在内壁上留下最终内筋(12)；

4)加工预设长度后，将聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)、校形内旋轮(5)、第一外旋轮(6)、第二外旋轮(7)、第三外旋轮(8)拆卸掉，并停止主轴转盘(2)的旋转，之后取下加工后的圆筒形坯料(1)，切除固定端后，得到大型带内筋薄壁筒体(9)。

2.一种根据权利要求1的加工方法得到的带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮，其特征在于，包括聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)、校形内旋轮(5)、第一外旋轮(6)、第二外旋轮(7)、和第三外旋轮(8)；

聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)、校形内旋轮(5)上均开设有纵向槽型，三者上的梯形纵向槽型的开口依次减小；

所述校形内旋轮(5)的梯形槽出口的形状、尺寸与待加工目标件的内筋形状、尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的带纵向内筋的薄壁筒体的加工旋轮，其特征在于，聚料内旋轮(3)、中间内旋轮(4)、校形内旋轮(5)上的开槽数目与外径之比等于待加工目标件的内筋数目与内径数目之比。

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