CN111420992B

CN111420992B - 一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法

Info

Publication number: CN111420992B
Application number: CN202010005572.4A
Authority: CN
Inventors: 金俊松; 刘发美; 李成; 杜飞; 王新云; 邓磊; 龚攀; 张茂
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2021-06-11
Anticipated expiration: 2040-01-03
Also published as: CN111420992A

Abstract

本发明属于轴向内筋筒形件加工相关技术领域，其公开了一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，所述方法包括以下步骤：(1)首先，提供N个主动轧辊，所述主动轧辊的中部开设有环状的限位槽；之后，将待成形的环状坯料放置于对应的N‑1个所述主动轧辊的限位槽内，接着使所述坯料分别收容于此N个主动轧辊的限位槽内；(2)将所述轴向型槽芯辊放置于所述坯料所形成的通孔内；所述轴向型槽芯辊开设有型槽；(3)N个所述主动轧辊以相同转速相同方向主动旋转，以带动所述坯料旋转，所述轴向型槽芯辊在所述坯料的带动下自转，直至完成轴向内筋筒形件的成形。本发明提高了质量，降低了成本。

Description

一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法

技术领域

本发明属于轴向内筋筒形件加工相关技术领域，更具体地，涉及一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法。

背景技术

随着制造工业的飞速发展，对于制造工艺的绿色环保和生产效率的要求越来越高，如何在保证生产零件的尺寸精度和力学性能的同时，提高生产效率和材料利用率成为一大研究热点。

对于带有内筋的筒形零件，常用于带动旋转部件，内筋与内部轴类零件配合，完成力和扭矩的传导，增加了部件结构的灵活性，但是这类零件的结构的特殊性，加工工艺往往复杂而又难以保证整体质量，不仅导致材料利用率低，而且加工工序繁多，效率低下，因此制造工艺亟待提高。

关于轴向内筋的筒形件成形方法，大多采用焊接、旋压和挤压的方法，传统的焊接方法难以保证零部件的整体质量和性能，且多工步完成，效率较低；如专利CN201810173053.1公开了一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，可用于旋压加工带横向内筋，带轴向内筋和带纵横向复杂内筋的构件，旋压成形是改变坯料外径，外表面质量难以保证，且芯模结构复杂，拆装效率较低；又如专利CN201810287671.9公开了一种镁合金带筋筒形件强塑变挤压成形装置及方法，采用塑性挤压的方法成形带轴向内筋筒形件，挤压模具结构复杂，一种模具只能成形一种尺寸零件，成本较高，且挤压工艺要求设备吨位高；传统轧制无法限制外径，控制的零件外径尺寸依靠理论计算，且由于轧制工艺具有不稳定性，外径尺寸精度不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其利用轧制工艺的渐进成形特点，在不改变坯料外径的情况下减薄筒壁，并成形出轴向内筋，成形过程中材料利用率高，保持了材料原本流线，提高了成形件的力学性能；通过定径轧制成形过程中关键组件主动轧辊和芯辊的布置和结构进行设计，控制变形过程中材料的流动，由此实现了坯料外径不变，内径增大，壁厚减薄，并局部增厚形成轴向内筋。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，所述方法包括以下步骤：

(1)首先，提供N个主动轧辊，所述主动轧辊的中部开设有环状的限位槽，将N-1个所述主动轧辊沿同一个圆间隔设置；之后，将待成形的环状坯料放置于对应的N-1个所述主动轧辊的限位槽内，接着将剩余的一个所述主动轧辊朝向所述坯料移动，以使所述坯料分别收容于此N个主动轧辊的限位槽内；其中，N为大于等于3的正整数；

(2)提供轴向型槽芯辊，将所述轴向型槽芯辊放置于所述坯料所形成的通孔内，所述轴向型槽芯辊邻近所述坯料的内壁设置；所述轴向型槽芯辊呈圆柱状，其开设有型槽，所述型槽贯穿所述轴向型槽芯辊的边缘；其中，所述轴向型槽芯辊的中心轴与所述坯料内壁的距离小于所述轴向型槽芯辊的半径；

(3)N个所述主动轧辊以相同转速相同方向主动旋转，以带动所述坯料旋转，所述轴向型槽芯辊在所述坯料的带动下自转，直至完成轴向内筋筒形件的成形。

进一步地，N为4，四个所述主动轧辊绕所述坯料的中心轴均匀排布。

进一步地，所述轴向型槽芯辊垂直于自身长度方向的横截面呈凹字型，其形成有圆弧部，所述圆弧部连接所述型槽相对的两个槽壁。

进一步地，所述轴向型槽芯辊与一个所述主动轧辊相对设置；所述轴向型槽芯辊在自转过程中，其朝向对应的所述主动轧辊进给，以使所述坯料对应所述圆弧部的内径扩大，壁厚减小，同时所述型槽使得所述坯料对应所述型槽的内径不变，且有材料流至此部位，由此形成轴向内筋。

进一步地，所述轴向内筋的数量为所述坯料的内径与所述轴向型槽芯辊的直径之商。

进一步地，所述主动轧辊的转速为100rpm～300rpm，所述轴向型槽芯辊的进给速度为30mm/min～180mm/min。

进一步地，所述轴向型槽芯辊沿自身轴向的厚度与所述坯料沿自身轴向的高度一致。

进一步地，所述坯料沿自身轴向的厚度与所述限位槽沿所述主动轧辊轴向的高度相等。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法主要具有以下有益效果：

1.所述方法在不改变坯料外径的情况下减薄筒壁，并成形出轴向内筋，成形过程中材料利用率高，保持了材料原本流线，提高了成形件力学性能。

2.通过定径轧制成形过程中关键组件主动轧辊和轴向型槽芯辊的布置和结构进行设计，控制变形过程中材料的流动，由此实现了坯料外径不变，内径增大，壁厚减薄，并局部增厚形成轴向内筋，减低了成本，提高了适用性。

3.所述方法通过调节所述轴向型槽芯辊的位置，即可实现不同直径的坯料的加工，灵活性较好。

4.所述主动轧辊的转速为100rpm～300rpm，所述轴向型槽芯辊的进给速度为30mm/min～180mm/min，如此既可以在保证稳定变形的前提下提高成形效率，又避免了转动电机高负载可能带来的不稳定因素。

附图说明

图1是本发明提供的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法涉及的成形初始状态示意图；

图2是图1中的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法涉及的成形初始状态时的剖视图；

图3是图1中的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法涉及的成形过程中的中间状态示意图；

图4是图1中的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法涉及的成形过程中的最终状态示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一主动轧辊，2-第二主动轧辊，3-第三主动轧辊，4-第四主动轧辊，5-轴向型槽芯辊，5-1-圆弧部，5-2-型槽，6-坯料。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1、图2、图3及图4，本发明提供的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，所述方法利用多个均匀分布的主动轧辊限制坯料的外径和高度，再利用芯辊径向进给并被动自传，对坯料进行减薄和局部增厚，由此形成带有轴向内筋的筒形零件。

所述方法主要包括以下步骤：

步骤一，首先，提供N个主动轧辊，所述主动轧辊的中部开设有环状的限位槽，将N-1个所述主动轧辊沿同一个圆间隔设置；之后，将待成形的环状坯料放置于对应的N-1个所述主动轧辊的限位槽内，接着将剩余的一个所述主动轧辊朝向所述坯料移动，以使所述坯料分别收容于此N个主动轧辊的限位槽内；其中，N为大于等于3的正整数。

具体地，本实施方式中，所述主动轧辊的数量为四个，分别为第一主动轧辊1、第二主动轧辊2、第三主动轧辊3及第四主动轧辊4，所述第二主动轧辊2、所述第三主动轧辊3及所述第四主动轧辊4沿同一个圆间隔设置，将环状的坯料6放置于所述第二主动轧辊2、所述第三主动轧辊3及所述第四主动轧辊4的限位槽内，再移动所述第一主动轧辊1，使得所述坯料6部分地收容于所述第一主动轧辊1的限位槽内，由此四个所述主动轧辊对所述坯料6进行限位。

本实施方式中，所述第一主动轧辊1、所述第二主动轧辊2、所述第三主动轧辊3及所述第四主动轧辊4绕所述坯料6的中心轴均匀排布；所述主动轧辊的纵剖面为工字型，且所述主动轧辊的中心轴与所述坯料的中心轴平行；所述坯料6沿其轴向的厚度与所述限位槽沿所述主动轧辊轴向的高度相等。

步骤二，提供轴向型槽芯辊，将所述轴向型槽芯辊放置于所述坯料所形成的通孔内，所述轴向型槽芯辊邻近所述坯料的内壁设置；所述轴向型槽芯辊呈圆柱状，其开设有型槽，所述型槽贯穿所述轴向型槽芯辊的边缘；其中，所述轴向型槽芯辊的中心轴与所述坯料内壁的距离小于所述轴向型槽芯辊的半径。

具体地，将轴向型槽芯辊5放置于所述坯料6的所形成的通孔内，且所述轴向型槽芯辊5邻近所述坯料6设置，所述轴向型槽芯辊5与一个所述主动轧辊相对设置，且初始状态时，所述型槽朝向对应的所述主动轧辊；所述轴向型槽芯辊5的上下表面分别与所述坯料6的上下表面平齐；所述轴向型槽芯辊5垂直于自身长度方向的横截面呈凹字型。

本实施方式中，所述轴向型槽芯辊5形成有型槽5-2及圆弧部5-1，所述圆弧部5-1连接所述型槽5-2相对的两个槽壁；所述轴向型槽芯辊5沿自身轴向的厚度与所述坯料6沿自身轴向的高度一致；所形成的内筋数量由坯料的内径及所述轴向型槽芯辊5的直径确定，内筋数量是由坯料6的内径除以所述型槽芯辊5的直径获得的。

步骤三，N个所述主动轧辊以相同转速相同方向主动旋转，以带动所述坯料旋转，所述轴向型槽芯辊在所述坯料的带动下自转，直至完成轴向内筋筒形件的成形。

具体地，所述轴向型槽芯辊5自转的同时朝向对应的所述主动轧辊进给，随着所述轴向型槽芯辊5的转动及进给，所述圆弧部5-1使得所述坯料6对应所述圆弧部5-1的内径扩大，厚度减薄，所述型槽5-2使得所述坯料6对应所述型槽5-2的内径不变，且有材料流至所述坯料6当前与所述型槽5-2相对的部位，厚度略有增加，从而形成轴向内筋，随着所述坯料6的内径增加，内圆周长增大。

本实施方式中，所述主动轧辊的转速为100rpm～300rpm，所述轴向型槽芯辊5的进给速度为30mm/min～180mm/min，采用上述进给速度和转速，既可以在保证稳定变形的前提下提高成形效率，又避免了转动电机高负载可能带来的不稳定因素。

本实施方式中，是通过四个主动轧辊进行定径轧制的，适当增加主动轧辊数量也能完成加工，只是要保证主动轧辊的设置使得所述坯料6受力均匀；此外，还可以通过改变所述轴向型槽芯辊5的直径来改变成形内筋数量，只需要保证内筋数量为所述坯料的内径与所述轴向型槽芯辊5的直径之商即可。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：

2.如权利要求1所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：N为4，四个所述主动轧辊绕所述坯料的中心轴均匀排布。

3.如权利要求1所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述轴向型槽芯辊垂直于自身长度方向的横截面呈凹字型，其形成有圆弧部，所述圆弧部连接所述型槽相对的两个槽壁。

4.如权利要求3所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述轴向型槽芯辊与一个所述主动轧辊相对设置；所述轴向型槽芯辊在自转过程中，其朝向对应的所述主动轧辊进给，以使所述坯料对应所述圆弧部的内径扩大，壁厚减小，同时所述型槽使得所述坯料对应所述型槽的内径不变，且有材料流至此部位，由此形成轴向内筋。

5.如权利要求4所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述轴向内筋的数量为所述坯料的内径与所述轴向型槽芯辊的直径之商。

6.如权利要求1-5任一项所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述主动轧辊的转速为100rpm～300rpm，所述轴向型槽芯辊的进给速度为30mm/min～180mm/min。

7.如权利要求1-5任一项所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述轴向型槽芯辊沿自身轴向的厚度与所述坯料沿自身轴向的高度一致。

8.如权利要求1-5任一项所述的轴向内筋筒形件的定径轧制成形方法，其特征在于：所述坯料沿自身轴向的厚度与所述限位槽沿所述主动轧辊轴向的高度相等。