CN113042560B - 一种金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种金属筒形件内轧挤压成形装置及装置的成形方法，涉及金属挤压成形技术领域，装置包括：用于驱动待成形工件转动的主齿轮箱；外轧模箱，其包括第二壳体、外模座以及外轧模，外模座设置于第二壳体上，外轧模可转动地设置于外模座上，外轧模设置于套设于待成形工件外部；内轧模组件，其包括固定座、芯轴以及内轧模，芯轴的一端可转动地设置于固定座上，内轧模设置于芯轴的另一端，内轧模嵌套于待成形工件内部；导轨，第一壳体、第二壳体以及固定座沿导轨的长度方向依次设置，且导轨的一端与固定座固定连接，第二壳体和第一壳体均可滑动地设置于导轨上。该装置能够满足金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求。

Description

一种金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法

技术领域

本发明涉及金属挤压成形技术领域，特别是涉及一种金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法。

背景技术

金属筒形件是航空、航天、兵器、石油、核电等领域广泛应用的结构部件。

现有的金属筒形件成形方法主要有板材轧制+辊弯+焊接、挤压+轧制、芯轴拔长、旋压等。板材轧制+辊弯+焊接成形过程生产流程最长，对于板材各方向的组织及力学性能的控制一直是困扰技术人员的难题，再加上最终成形的焊接过程，更加容易导致筒形件各部位的力学性能存在差异。挤压+轧制、芯轴拔长、旋压过程待成形工件主要承受径向和轴向变形，周向变形较小，难于满足筒形件力学性能各向同性的要求。

因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种将挤压和轧制方法相结合，同时实现待成形工件的径向、轴向和周向变形，满足金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求的金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种金属筒形件内轧挤压成形装置，包括：主齿轮箱，所述主齿轮箱包括第一壳体、动力装置以及传动装置，所述动力装置固定设置于所述第一壳体上，所述传动装置可转动地设置于所述第一壳体上，所述动力装置与所述传动装置连接、以驱动所述传动装置旋转，所述传动装置与待成形工件连接、以驱动所述待成形工件旋转；外轧模箱，所述外轧模箱包括第二壳体、外模座以及外轧模，所述外模座设置于所述第二壳体上，所述外轧模可转动地设置于所述外模座上，所述外轧模套设于所述待成形工件外部；内轧模组件，所述内轧模组件包括固定座、芯轴以及内轧模，所述芯轴的一端可转动地设置于所述固定座上，所述内轧模设置于所述芯轴的另一端，所述内轧模嵌套于所述待成形工件内部，且所述内轧模、所述芯轴、所述外轧模三者轴线重合；平移组件，所述平移组件包括至少一条导轨，所述第一壳体、所述第二壳体以及所述固定座沿所述导轨的长度方向依次设置，且所述导轨的一端与所述固定座固定连接，所述第二壳体和所述第一壳体均可滑动地设置于所述导轨上。

优选地，所述内轧模包括多个沿所述芯轴周向均匀设置的模体组件，所述模体组件包括连接杆和内模体，所述连接杆的一端与所述芯轴固定连接，所述内模体可转动地设置于所述连接杆的另一端，且所述内模体的轴线均与所述芯轴的轴线相平行，各所述内模体的外轮廓直径均与成形工件的内径一致。

优选地，所述外轧模为套筒结构，所述外轧模的内径与所述成形工件的外径相一致。

优选地，所述外模座可拆卸地设置于所述第二壳体上。

优选地，所述外模座设置于所述第二壳体内部，所述第二壳体的两端均设置有供所述待成形工件穿过的第一开口，所述第二壳体的内壁上设置有滑轨，所述外模座设置有滑台，所述滑台与所述滑轨滑动连接。优选地，所述动力装置为电机，所述传动装置包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮均可转动地设置于所述第一壳体上，所述电机固定设置于所述第一壳体上，所述电机、所述主动齿轮、所述从动齿轮依次传动连接，所述待成形工件嵌套于所述从动齿轮内部、并与所述从动齿轮传动连接。

优选地，所述导轨的数量为四个，四个所述导轨沿所述第一壳体、第二壳体以及固定座的周向均匀设置，四个所述导轨周向相互平行，各所述导轨的一端与所述固定座固定连接，各所述导轨均与所述第二壳体和所述第一壳体滑动连接。

本发明还提供一种金属筒形件内轧挤压成形方法，使用所述的金属筒形件内轧挤压成形装置成形金属筒形件包括以下步骤：步骤一，将所述待成形工件安装于所述金属筒形件内轧挤压成形装置上；步骤二，沿所述导轨的长度方向移动所述外轧模箱和所述主齿轮箱，使所述内轧模和所述外轧模均与所述待成形工件的待成形区位置相对；步骤三，启动动力装置，所述传动装置带动所述待成形工件旋转；步骤四，所述主齿轮箱沿所述导轨运动，同时带动所述待成形工件同步运动，实现内轧挤压成形，形成所述成形工件。

优选地，金属筒形件内轧挤压成形方法，还包括以下步骤：步骤五，更换所述内轧模，重复所述步骤二至所述步骤四、以进一步减小所述成形工件壁厚。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

与挤压成形相比，本实施例提供的金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法待成形工件与轧制内模的接触弧长不是360°，而挤压过程待成形工件与挤压模360°全接触，由此可降低挤压载荷、提高模具寿命。

与轧制成形相比，本实施例提供的金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法待成形工件承受径、轴、周三向变形，而轧制变形待成形工件仅承受径、轴两向变形，由此可有效降低筒形件组织和力学性能的各向异性。

与旋压成形相比，本实施例提供的金属筒形件内轧挤压成形装置整体结构作为支撑，如此本实施例提供的金属筒形件内轧挤压成形装置刚性更高，可实现单道次更大的变形量。旋压成形的模具采用悬臂结构支撑，可承受的抗力较小，容易产生弹性变形，因此对于产品的尺寸精度影响较大，不能实现单道次大变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中提供的金属筒形件内轧挤压成形装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的芯轴和内模体的设置方式示意图；

图3为本发明实施例中提供的内模体的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的固定座的结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的外轧模箱的结构示意图；

图6为本发明实施例中提供的外模座的结构示意图；

图7为本发明实施例中提供的主齿轮箱的结构示意图；

图8为本发明实施例中提供的内轧模、外轧模与待成形工件的配合方式示意图。

附图标记说明：1、主齿轮箱；101、第一壳体；102、主动齿轮；103、从动齿轮；2、外轧模箱；201、第二壳体；202、外模座；203、滑轨；204、外轧模；205、滑台；3、导轨；4、固定座；5、待成形工件；6、芯轴；7、内模体；8、第一轴承；9、第二轴承；10、第三轴承；11、连接杆。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种能够同时实现待成形工件的径向、轴向和周向变形，满足金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求的金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1-图8所示，本实施例提供一种金属筒形件内轧挤压成形装置，包括：主齿轮箱1，主齿轮箱1包括第一壳体101、动力装置以及传动装置，动力装置固定设置于第一壳体101上，传动装置可转动地设置于第一壳体101上，动力装置与传动装置连接、以驱动传动装置旋转，传动装置与待成形工件5连接、以驱动待成形工件5旋转；外轧模箱2，外轧模箱2包括第二壳体201、外模座202以及外轧模204，外模座202设置于第二壳体201上，外轧模204可转动地设置于外模座202上，外轧模204套设于待成形工件5外部；内轧模组件，内轧模组件包括固定座4、芯轴6以及内轧模，芯轴6的一端可转动地设置于固定座4上，内轧模设置于芯轴6的另一端，内轧模嵌套于待成形工件5内部，且内轧模、芯轴6、外轧模204三者轴线重合；平移组件，平移组件包括至少一条导轨3，第一壳体101、第二壳体201以及固定座4沿导轨3的长度方向依次设置，且导轨3的一端与固定座4固定连接，第二壳体201和第一壳体101均可滑动地设置于导轨3上。该金属筒形件内轧挤压成形装置将挤压和轧制方法相结合，同时实现待成形工件5的径向、轴向和周向变形，满足金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求的金属筒形件内轧挤压成形装置及成形方法。

于本实施例中，如图2-图4所示，具体地，内轧模包括多个沿芯轴6周向均匀设置的模体组件，模体组件包括连接杆11和内模体7，连接杆11的一端与芯轴6固定连接，内模体7可转动地设置于连接杆11的另一端，且内模体7的轴线均与芯轴6的轴线相平行，各内模体7的外轮廓直径均与成形工件的内径一致。进一步地，芯轴6的一端通过第一轴承8可转动地设置于固定座4上，内模体7通过第二轴承9可转动地设置于连接杆11的另一端，连接杆11和内模体7的数量均为三个。具体使用过程中，内模体7可沿自身轴线旋转，待成形工件5旋转时，通过摩擦带动内模体7自传，同时内模体7沿芯轴6公转。

于本实施例中，具体地，外轧模204为套筒结构，外轧模204的内径与成形工件的外径相一致。进一步地，外扎模通过第三轴承10与外模座202转动连接，且外外轧模204的内径与待成形工件5的外径也是相一致的。具体使用过程中，待成形工件5通过摩擦带动外轧模204旋转，实现轧制成形。

于本实施例中，为了方便更换外轧模204，外模座202可拆卸地设置于第二壳体201上。进一步地，如图5-图6所示，外模座202设置于第二壳体201内部，第二壳体201的两端均设置有供待成形工件5穿过的第一开口，第二壳体201的内壁上设置有滑轨203，外模座202设置有滑台205，滑台205与滑轨203滑动连接。具体使用过程中，沿滑轨203的长度方向滑动外模座202即可将外模座202自第二壳体201上拆除。进一步地，本实施例中，滑台205和滑轨203均为梯形结构。

如图7所示，于本实施例中，动力装置为电机，传动装置包括主动齿轮102和从动齿轮103，主动齿轮102和从动齿轮103均可转动地设置于第一壳体101上，电机固定设置于第一壳体101上，电机、主动齿轮102、从动齿轮103依次传动连接，待成形工件5嵌套于从动齿轮103内部、并与从动齿轮103传动连接。本实施例中，具体地，主动齿轮102的数量均为两个，从动齿轮103的数量为一个，从动齿轮103设置于两个主动齿轮102之间，从动齿轮103与两个主动齿轮102均相啮合。电机的数量可以为两个，也可以为一个，设置两个电机时，两个电机分别与两个主动齿轮102一一对应、并传动连接，设置一个电机时，电机与从动齿轮103传动连接。具体使用过程中，主齿轮箱1沿导轨3移动实现挤压变形，移动速度(1～20mm/s)，并带动待成形工件5旋转实现轧制变形，待成形工件5转速400～600R/min。

于本实施例中，如图1所示，导轨3的数量为四个，四个导轨3沿第一壳体101、第二壳体201以及固定座4的周向均匀设置，四个导轨3周向相互平行，各导轨3的一端与固定座4固定连接，各导轨3均与第二壳体201和第一壳体101滑动连接。另外，于本实施例中，具体地，导轨3为圆柱结构。

于本实施例中，具体地，芯轴6可为伸缩式结构，如此，通过伸缩芯轴6可调整内轧模与待成形工件5的相对位置。至于具体选用何种伸缩式结构属于现有技术，在此不再赘述。

使用本实施例提供的金属筒形件内轧挤压成形装置成形金属筒形件包括以下步骤：

步骤一，将待成形工件5安装于金属筒形件内轧挤压成形装置上；

步骤二，沿导轨3的长度方向移动外轧模箱2和主齿轮箱1，如图8所示，使内轧模和外轧模204均与待成形工件5的待成形区位置相对；

步骤三，启动动力装置，传动装置带动待成形工件5旋转；

步骤四，主齿轮箱1沿导轨3运动，同时带动待成形工件5同步运动，实现内轧挤压成形，形成成形工件。

于本实施例中，金属筒形件内轧挤压成形方法，还包括以下步骤：

步骤五，更换内轧模，重复步骤二至步骤四。更换内轧模的目的主要是新的内轧模的外轮廓尺寸更大，由此外轧模204与内轧模之间的间隙降低，壁厚降低。

需要说明的是具体如何沿导轨3的长度方向移动主齿轮箱1和外轧模箱2属于现有技术，例如可以选用手动，或者设置液压缸，液压缸伸缩带动主齿轮箱1和外轧模箱2移动的方式来调整主齿轮箱1和外轧模箱2的位置。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，包括：

主齿轮箱，所述主齿轮箱包括第一壳体、动力装置以及传动装置，所述动力装置固定设置于所述第一壳体上，所述传动装置可转动地设置于所述第一壳体上，所述动力装置与所述传动装置连接、以驱动所述传动装置旋转，所述传动装置与待成形工件连接、以驱动所述待成形工件旋转；

外轧模箱，所述外轧模箱包括第二壳体、外模座以及外轧模，所述外模座设置于所述第二壳体上，所述外轧模可转动地设置于所述外模座上，所述外轧模套设于所述待成形工件外部；

内轧模组件，所述内轧模组件包括固定座、芯轴以及内轧模，所述芯轴的一端可转动地设置于所述固定座上，所述内轧模设置于所述芯轴的另一端，所述内轧模嵌套于所述待成形工件内部，且所述内轧模、所述芯轴、所述外轧模三者轴线重合；

平移组件，所述平移组件包括至少一条导轨，所述第一壳体、所述第二壳体以及所述固定座沿所述导轨的长度方向依次设置，且所述导轨的一端与所述固定座固定连接，所述第二壳体和所述第一壳体均可滑动地设置于所述导轨上；

所述待成形工件内轧挤压成形，形成成形工件。

2.根据权利要求1所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述内轧模包括多个沿所述芯轴周向均匀设置的模体组件，所述模体组件包括连接杆和内模体，所述连接杆的一端与所述芯轴固定连接，所述内模体可转动地设置于所述连接杆的另一端，且所述内模体的轴线均与所述芯轴的轴线相平行。

3.根据权利要求1所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述外轧模为套筒结构，所述外轧模的内径与所述成形工件的外径相一致。

4.根据权利要求1所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述外模座可拆卸地设置于所述第二壳体上。

5.根据权利要求4所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述外模座设置于所述第二壳体内部，所述第二壳体的两端均设置有供所述待成形工件穿过的第一开口，所述第二壳体的内壁上设置有滑轨，所述外模座设置有滑台，所述滑台与所述滑轨滑动连接。

6.根据权利要求1所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述动力装置为电机，所述传动装置包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮和所述从动齿轮均可转动地设置于所述第一壳体上，所述电机固定设置于所述第一壳体上，所述电机、所述主动齿轮、所述从动齿轮依次传动连接，所述待成形工件嵌套于所述从动齿轮内部、并与所述从动齿轮传动连接。

7.根据权利要求1所述的金属筒形件内轧挤压成形装置，其特征在于，所述导轨的数量为四个，四个所述导轨沿所述第一壳体、第二壳体以及固定座的周向均匀设置，四个所述导轨周向相互平行，各所述导轨的一端与所述固定座固定连接，各所述导轨均与所述第二壳体和所述第一壳体滑动连接。

8.一种金属筒形件内轧挤压成形方法，其特征在于，使用如权利要求1-7任一项所述的金属筒形件内轧挤压成形装置成形金属筒形件包括以下步骤：

步骤一，将所述待成形工件安装于所述金属筒形件内轧挤压成形装置上；

步骤二，沿所述导轨的长度方向移动所述外轧模箱和所述主齿轮箱，使所述内轧模和所述外轧模均与所述待成形工件的待成形区位置相对；

步骤三，启动动力装置，所述传动装置带动所述待成形工件旋转；

步骤四，所述主齿轮箱沿所述导轨运动，同时带动所述待成形工件同步运动，实现内轧挤压成形，形成所述成形工件。

9.根据权利要求8所述的金属筒形件内轧挤压成形方法，其特征在于，还包括以下步骤：

步骤五，更换所述内轧模，重复所述步骤二至所述步骤四、以进一步减小所述成形工件壁厚。

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