CN113351722A - 带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法，包括：坯料固定装置、成形辊轮装置、径向进给装置、主轴旋转装置和轴向进给装置；所述坯料固定装置一侧安置所述轴向进给装置，所述主轴旋转装置安装在所述坯料固定装置上方，所述主轴旋转装置顶端通过所述轴向进给装置固定连接，所述成形辊轮装置安装在所述主轴旋转装置上，所述成形辊轮装置内安装所述径向进给装置。与传统旋压成形工艺相比，本装置克服了其只能一次成形带筋筒形件、必须有与带筋筒形件对应的模具等缺点，降低了生产制造成本。

Description

带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法

技术领域

本发明涉及带筋筒形件制备领域，具体地，涉及带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法。

背景技术

带筋筒形件在高音速飞行器与火箭燃料贮箱等航空航天重大装备工业领域有着广泛的应用，该类构件多服役于极端的工作环境，具有高承载、高精度、轻重量、高可靠性等特点。

现有带筋筒形件的成形制造方式有：铣削加工、化学铣切、加强筋与筒体焊接和旋压成形四种工艺，但四种工艺均存在一定不足。通过机械铣削再滚弯加工出的带筋筒形件加工周期长、成本高、材料利用率低，且在滚弯阶段薄壁处易出现凸起等缺陷，难以保证成形精度；通过化学铣切加工出的带筋筒形件筋条根部存在半径与加工深度相近的圆角，导致加工出的带筋筒形件精度低，难以满足服役要求；加强筋与筒体焊接而成的带筋筒形件由于焊缝处强度较低，会降低零件的可靠性；传统旋压成形带筋筒形件具有材料利用率高、效率高等优点，但其只能一道次成形，对成形条件有较高的要求，且针对不同带筋筒形件需要不同模具，成本较高，普遍适用性较低。对于带筋长筒构件，传统旋压成形随筒段长度增加扩径现象愈发明显，致使成形精度下降。

综上所述，面对日趋复杂和多样化的带筋筒形件，新型成形工艺的发展尤为重要，而现有的带筋筒形件成形工艺都存在一定的局限性，因此，新工艺新技术的提出就变得十分迫切。

专利文献CN109940079A公开了一种提高带内筋筒形件旋压成形内筋充填高度的方法及装置，在现有的带内筋筒形件旋压芯模上增加一个固定环和一个轴向约束环，固定环与旋压芯模采用螺纹固连；支撑杆一端与轴向约束环上的轴向螺纹通孔采用螺纹固连，另一端穿过固定环上的轴向通孔，并可以在旋压成形过程中与轴向限制环一起沿芯模轴向移动，在带内筋筒形件旋压成形过程中，工件自由端伸长并带动轴向约束环和支撑杆向固定环移动，使得支撑杆上的压缩弹簧被压缩，进而给工件自由端提供反方向的轴向力，增加了材料轴向流动的阻力,同时轴向约束环有直径略大于旋压工件外径的圆形凹槽，限制了材料沿径向扩张。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置及加工方法。

根据本发明提供的一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，包括：坯料固定装置、成形辊轮装置、径向进给装置、主轴旋转装置和轴向进给装置；

所述坯料固定装置一侧安置所述轴向进给装置，所述主轴旋转装置安装在所述坯料固定装置上方，所述主轴旋转装置顶端通过所述轴向进给装置固定连接，所述成形辊轮装置安装在所述主轴旋转装置上，所述成形辊轮装置内安装所述径向进给装置。

优选地，所述坯料固定装置包括：底座、套筒和顶盖；

所述套筒底端固定安装所述底座，所述套筒顶端固定安装所述顶盖。

优选地，所述轴向进给装置包括：滑轨、丝杠、轴向进给伺服电机和主轴固定装置；

所述滑轨竖直安置在所述套筒一侧，所述滑轨内部设置滑槽；

所述丝杠竖直安装在所述滑槽中；

所述滑轨一端安装所述轴向进给伺服电机，所述轴向进给伺服电机连接所述丝杠并驱动所述丝杠转动；

所述主轴固定装置设置为长板状，所述主轴固定装置一端螺纹连接所述丝杠并通过所述丝杠带动沿所述丝杠轴向滑动；

所述主轴固定装置另一端设置第一转轴。

优选地，所述主轴旋转装置包括：主轴和主轴转动伺服电机；

所述主轴一端导入并竖直安装在所述第一转轴中；

所述主轴一端安装所诉主轴转动伺服电机并通过所述主轴转动伺服电机驱动沿周向转动；

所述主轴旋转装置通过所述主轴固定装置带动沿所述丝杠轴向移动。

优选地，所述成形辊轮装置包括：固定架、成形辊轮、辊轮固定装置和辊轮转动伺服电机；

所述固定架设置为长方体框架，所述固定架两端内部滑动安装所述辊轮固定装置，所述辊轮固定装置上侧设置第二转轴；

所述成形辊轮安装在所述辊轮固定装置内部并连接所述第二转轴，所述成形辊轮可根据设计需要进行更换；

所述第二转轴外侧安装所述辊轮转动伺服电机，所述辊轮转动伺服电机连接所述成形辊轮并驱动所述成形辊轮转动；

所述成形辊轮、所述辊轮固定装置和所述辊轮转动伺服电机设置有两个；

所述固定架中间固定连接所述主轴另一端并通过所述主轴带动转动。

优选地，所述径向进给装置包括：径向进给伺服电机、齿条装置和齿轮装置；

所述固定架内部中间安装所述齿轮装置，所述辊轮固定装置连接所述齿条装置，所述齿轮装置与所述齿条装置啮合；

所述齿条装置设置有两个；

所述固定架外侧安装所述径向进给伺服电机，所述径向进给伺服电机连接所述齿轮装置并驱动所述齿轮装置转动；

所述齿条装置通过所述齿轮装置啮合推动所述辊轮固定装置相对所述固定架向两端移动。

优选地，所述套筒设置为圆柱中空筒状，坯料放置在所述套筒中；

所述套筒轴向平行于所述主轴轴向和所述丝杠轴向；

所述主轴轴心线通过所述套筒端面圆心；

所述径向进给装置允许进入所述套筒内；

所述齿条装置推动所述辊轮固定装置移动方向为所述套筒径向。

优选地，所述主轴转动伺服电机处安装主轴编码器；

所述主轴编码器连接所述主轴并检测所述主轴转速。

优选地，两个所述辊轮转动伺服电机处安装编码控制装置；

所述编码控制装置连接所述辊轮转动伺服电机并按给定传动比关系控制所述辊轮转动伺服电机转速。

本发明还提供一种所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤S1，筒坯试样安装进所述套筒后，将所述坯料固定装置利用螺栓固定，实现筒坯试样的轴向约束，所述主轴编码器与所述主轴相连以检测其转速，所述编码控制装置连接两个所述辊轮转动伺服电机，构成转速调节反馈系统；

步骤S2，启动成形装置，使得所述成形辊轮和所述主轴旋转，调节所述轴向进给装置，通过所述轴向进给装置将两个所述成形辊轮轴向进给到筒坯试样顶端。此时，调节所述径向进给装置使得所述成形辊轮径向滑动与筒坯试样接触，通过所述成形辊轮自转和绕所述主轴公转保证筒坯试样与所述成形辊轮不发生滑动；

步骤S3，随后所述成形辊轮通过所述轴向进给装置沿轴向从筒坯试样顶端至末端逐次移动，依次旋压成形出带筋形状，成形至最末端后完成第一道次成形，重新回到顶端进行下一道次成形，同一道次径向进给量保持一致，如此循环往复，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、与传统旋压成形工艺相比，本装置克服了其只能一次成形带筋筒形件、必须有与带筋筒形件对应的模具等缺点，降低了生产制造成本；

2、与轧制成形相比，本装置针对带筋筒形件筋条形状对辊轮进行设计，且为多阶段成形，降低了装备要求，提高了产品的尺寸精度，并且构件尺寸不受影响。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为旋压成形装置主视图；

图2为旋压成形装置结构示意图；

图3为径向进给装置结构示意图；

图4为旋压成形装置加工原理图；

图5为旋压成形装置加工后筒坯试样；

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，包括：坯料固定装置1、成形辊轮装置2、径向进给装置3、主轴旋转装置4和轴向进给装置5；坯料固定装置1一侧安置轴向进给装置5，主轴旋转装置4安装在坯料固定装置1上方，主轴旋转装置4顶端通过轴向进给装置5固定连接，成形辊轮装置2安装在主轴旋转装置4上，成形辊轮装置2内安装径向进给装置3。主轴转动伺服电机42处安装主轴编码器6；主轴编码器6连接主轴41并检测主轴41转速。两个辊轮转动伺服电机23处安装编码控制装置7；编码控制装置7连接辊轮转动伺服电机23并按给定传动比关系控制辊轮转动伺服电机23转速。

如图2所示，套筒12设置为圆柱中空筒状，坯料放置在套筒12中；套筒12轴向平行于主轴41轴向和丝杠52轴向；主轴41轴心线通过套筒12端面圆心；径向进给装置3允许进入套筒12内；齿条装置32推动辊轮固定装置22移动方向为套筒12径向；坯料固定装置1包括：底座11、套筒12和顶盖13；套筒12底端固定安装底座11，套筒12顶端固定安装顶盖13。轴向进给装置5包括：滑轨51、丝杠52、轴向进给伺服电机和主轴固定装置53；滑轨51竖直安置在套筒12一侧，滑轨51内部设置滑槽；丝杠52竖直安装在滑槽中；滑轨51一端安装轴向进给伺服电机，轴向进给伺服电机连接丝杠52并驱动丝杠52转动；主轴固定装置53设置为长板状，主轴固定装置53一端螺纹连接丝杠52并通过丝杠52带动沿丝杠52轴向滑动；主轴固定装置53另一端设置第一转轴。成形辊轮装置2包括：固定架、成形辊轮21、辊轮固定装置22和辊轮转动伺服电机23；固定架设置为长方体框架，固定架两端内部滑动安装辊轮固定装置22，辊轮固定装置22上侧设置第二转轴；成形辊轮21安装在辊轮固定装置22内部并连接第二转轴，成形辊轮21可更换；第二转轴外侧安装辊轮转动伺服电机23，辊轮转动伺服电机23连接成形辊轮21并驱动成形辊轮21转动；成形辊轮21、辊轮固定装置22和辊轮转动伺服电机23设置有两个；固定架中间固定连接主轴41另一端并通过主轴41带动转动。主轴旋转装置4包括：主轴41和主轴转动伺服电机42；主轴41一端导入并竖直安装在第一转轴中；主轴41一端安装所诉主轴转动伺服电机42并通过主轴转动伺服电机42驱动沿周向转动；主轴旋转装置4通过主轴固定装置53带动沿丝杠52轴向移动。

如图3所示，径向进给装置3包括：径向进给伺服电机31、齿条装置32和齿轮装置33；固定架内部中间安装齿轮装置33，辊轮固定装置22连接齿条装置32，齿轮装置33与齿条装置32啮合；齿条装置32设置有两个；固定架外侧安装径向进给伺服电机31，径向进给伺服电机31连接齿轮装置33并驱动齿轮装置33转动；齿条装置32通过齿轮装置33啮合推动辊轮固定装置22相对固定架向两端移动。

如图4和图5所示，一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置的加工方法，包括以下步骤：

步骤S1，筒坯试样安装进套筒12后，将坯料固定装置1利用螺栓固定，实现筒坯试样的轴向约束，主轴编码器6与主轴41相连以检测其转速，编码控制装置7连接两个辊轮转动伺服电机23，构成转速调节反馈系统；

步骤S2，启动成形装置，使得成形辊轮21和主轴41旋转，调节轴向进给装置5，通过轴向进给装置5将两个成形辊轮21轴向进给到筒坯试样顶端。此时，调节径向进给装置3使得成形辊轮21径向滑动与筒坯试样接触，通过成形辊轮21自转和绕主轴41公转保证筒坯试样与成形辊轮21不发生滑动；

步骤S3，随后成形辊轮21通过轴向进给装置5沿轴向从筒坯试样顶端至末端逐次移动，依次旋压成形出带筋形状，成形至最末端后完成第一道次成形，重新回到顶端进行下一道次成形，同一道次径向进给量保持一致，如此循环往复，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。

实施例2

实施例2作为实施例的优选例。

如图1至图3所示，一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，包括：

坯料固定装置1：包括顶盖13、套筒12以及底座11。

成形辊轮装置2：包括成形辊轮21、辊轮固定装置22及辊轮转动伺服电机23，成形辊轮21由带筋长筒构件按啮合关系确定，其形状设计应确保在成形过程中筋条与成形辊轮21不发生干涉，主轴编码器6与主轴41相连以检测其转速，编码控制装置7按给定传动比关系控制两辊轮转动伺服电机23转速，保持两成形辊轮21转速相同并保证成形辊轮21与坯料不发生滑动。

径向进给装置3：包括齿轮装置33，齿条装置32及径向进给伺服电机31，齿条装置32与辊轮固定装置22相连，齿轮装置33装有径向进给伺服电机31，通过控制齿轮装置33转动带动齿条装置32移动实现成形辊轮21同步径向进给。

主轴旋转装置4：包括主轴41及主轴转动伺服电机42，通过主轴转动伺服电机42控制实现成形辊轮21沿主轴41旋转。

轴向进给装置5：包括主轴固定装置53、丝杠52、滑轨51及轴向进给伺服电机，通过轴向进给伺服电机控制丝杠52带动主轴固定装置53沿轴向移动，实现成形辊轮21轴向往复进给。

如图4和图5所示，一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形方法，包括以下步骤：

步骤S1，根据要求加工的带筋长筒构件尺寸，确定加工原始筒坯的形状大小，根据构件加工形状要求确定成形辊轮21形状，并按照工程经验公式确定成形道次数以及每道次的成形量，其形状设计应确保在成形过程中筋条与成形辊轮21不发生干涉，在成形过程中保持接触点不产生相对滑动，以保证筋条成形质量；

筒坯试样安装进套筒12后，将坯料固定装置1利用螺栓固定，实现筒坯试样的轴向约束，主轴编码器6与主轴41相连以检测其转速，编码控制装置7连接两个辊轮转动伺服电机23，构成转速调节反馈系统；

步骤S2，启动成形装置，使得成形辊轮21和主轴41旋转，调节轴向进给装置5，通过轴向进给装置5将两个成形辊轮21轴向进给到筒坯试样顶端。此时，调节径向进给装置3使得成形辊轮21径向滑动与筒坯试样接触，成形辊轮21沿径向进给一定进给量，成形辊轮21与筒坯按一定传动比同步旋转，通过成形辊轮21自转和绕主轴41公转保证筒坯试样与成形辊轮21不发生滑动；

步骤S3，随后成形辊轮21通过轴向进给装置5沿轴向从筒坯试样顶端至末端逐次移动，依次旋压成形出带筋形状，成形至最末端后完成第一道次成形，重新回到顶端进行下一道次成形，同一道次径向进给量保持一致，如此循环往复，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工；

该成形方法为多阶段成形，带筋长筒构件被平均分为n段，由一对成形辊轮21由顶端到末端依次旋压成形，每次成形辊轮21从第1段开始按一定径向进给量进行旋压成形后，沿轴向移动到第2段后按相同进给量进行旋压成形，直至移动到第n段进行旋压成形，完成一个道次的成形，随后重新返回第一段进行下一道次成形。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，包括：坯料固定装置(1)、成形辊轮装置(2)、径向进给装置(3)、主轴旋转装置(4)和轴向进给装置(5)；

所述坯料固定装置(1)一侧安置所述轴向进给装置(5)，所述主轴旋转装置(4)安装在所述坯料固定装置(1)上方，所述主轴旋转装置(4)顶端通过所述轴向进给装置(5)固定连接，所述成形辊轮装置(2)安装在所述主轴旋转装置(4)上，所述成形辊轮装置(2)内安装所述径向进给装置(3)。

2.根据权利要求1所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，所述坯料固定装置(1)包括：底座(11)、套筒(12)和顶盖(13)；

所述套筒(12)底端固定安装所述底座(11)，所述套筒(12)顶端固定安装所述顶盖(13)。

3.根据权利要求2所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，所述轴向进给装置(5)包括：滑轨(51)、丝杠(52)、轴向进给伺服电机和主轴固定装置(53)；

所述滑轨(51)竖直安置在所述套筒(12)一侧，所述滑轨(51)内部设置滑槽；

所述丝杠(52)竖直安装在所述滑槽中；

所述滑轨(51)一端安装所述轴向进给伺服电机，所述轴向进给伺服电机连接所述丝杠(52)并驱动所述丝杠(52)转动；

所述主轴固定装置(53)设置为长板状，所述主轴固定装置(53)一端螺纹连接所述丝杠(52)并通过所述丝杠(52)带动沿所述丝杠(52)轴向滑动；

所述主轴固定装置(53)另一端设置第一转轴。

4.根据权利要求3所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，所述主轴旋转装置(4)包括：主轴(41)和主轴转动伺服电机(42)；

所述主轴(41)一端导入并竖直安装在所述第一转轴中；

所述主轴(41)一端安装所诉主轴转动伺服电机(42)并通过所述主轴转动伺服电机(42)驱动沿周向转动；

所述主轴旋转装置(4)通过所述主轴固定装置(53)带动沿所述丝杠(52)轴向移动。

5.根据权利要求4所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，所述成形辊轮装置(2)包括：固定架、成形辊轮(21)、辊轮固定装置(22)和辊轮转动伺服电机(23)；

所述固定架设置为长方体框架，所述固定架两端内部滑动安装所述辊轮固定装置(22)，所述辊轮固定装置(22)上侧设置第二转轴；

所述成形辊轮(21)安装在所述辊轮固定装置(22)内部并连接所述第二转轴，所述成形辊轮(21)可更换；

所述第二转轴外侧安装所述辊轮转动伺服电机(23)，所述辊轮转动伺服电机(23)连接所述成形辊轮(21)并驱动所述成形辊轮(21)转动；

所述成形辊轮(21)、所述辊轮固定装置(22)和所述辊轮转动伺服电机(23)设置有两个；

所述固定架中间固定连接所述主轴(41)另一端并通过所述主轴(41)带动转动。

6.根据权利要求5所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于，所述径向进给装置(3)包括：径向进给伺服电机(31)、齿条装置(32)和齿轮装置(33)；

所述固定架内部中间安装所述齿轮装置(33)，所述辊轮固定装置(22)连接所述齿条装置(32)，所述齿轮装置(33)与所述齿条装置(32)啮合；

所述齿条装置(32)设置有两个；

所述固定架外侧安装所述径向进给伺服电机(31)，所述径向进给伺服电机(31)连接所述齿轮装置(33)并驱动所述齿轮装置(33)转动；

所述齿条装置(32)通过所述齿轮装置(33)啮合推动所述辊轮固定装置(22)相对所述固定架向两端移动。

7.根据权利要求6所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于：所述套筒(12)设置为圆柱中空筒状，坯料放置在所述套筒(12)中；

所述套筒(12)轴向平行于所述主轴(41)轴向和所述丝杠(52)轴向；

所述主轴(41)轴心线通过所述套筒(12)端面圆心；

所述径向进给装置(3)允许进入所述套筒(12)内；

所述齿条装置(32)推动所述辊轮固定装置(22)移动方向为所述套筒(12)径向。

8.根据权利要求7所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于：所述主轴转动伺服电机(42)处安装主轴编码器(6)；

所述主轴编码器(6)连接所述主轴(41)并检测所述主轴(41)转速。

9.根据权利要求8所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置，其特征在于：两个所述辊轮转动伺服电机(23)处安装编码控制装置(7)；

所述编码控制装置(7)连接所述辊轮转动伺服电机(23)并控制所述辊轮转动伺服电机(23)转速。

10.一种权利要求9所述带筋长筒构件加工的多阶段展成旋压成形装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，筒坯试样安装进所述套筒(12)后，将所述坯料固定装置(1)利用螺栓固定，实现筒坯试样的轴向约束，所述主轴编码器(6)与所述主轴(41)相连以检测其转速，所述编码控制装置(7)连接两个所述辊轮转动伺服电机(23)，构成转速调节反馈系统；

步骤S2，启动成形装置，使得所述成形辊轮(21)和所述主轴(41)旋转，调节所述轴向进给装置(5)，通过所述轴向进给装置(5)将两个所述成形辊轮(21)轴向进给到筒坯试样顶端。此时，调节所述径向进给装置(3)使得所述成形辊轮(21)径向滑动与筒坯试样接触，通过所述成形辊轮(21)自转和绕所述主轴(41)公转保证筒坯试样与所述成形辊轮(21)不发生滑动；

步骤S3，随后所述成形辊轮(21)通过所述轴向进给装置(5)沿轴向从筒坯试样顶端至末端逐次移动，依次旋压成形出带筋形状，成形至最末端后完成第一道次成形，重新回到顶端进行下一道次成形，同一道次径向进给量保持一致，如此循环往复，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。

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