CN113967800A - 一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,属于筒体加工领域。本发明基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,通过激光开槽和滚压热加工的方式实现了筒体件的内筋加工,综合利用了材料切割和塑性加工。该工艺加工效率高、无焊缝质量好、节约材料和能量、生产成本低。本发明采用感应加热的方式,加热区域为圆筒形坯料需要加工位置的内表面,感应加热具有加热效率高、趋肤效应明显特点,仅加热了内侧材料,使得内侧材料温度升高、塑性增强,而外层材料依然保持较低温度、承载能力高、热变形小。通过该方法减少了材料变形抗力、提高了材料的塑性变形能力,并避免了切割沟槽开裂问题,利于获得高精度工件。
Description
技术领域
本发明属于筒体加工领域,尤其是一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺。
背景技术
带有复杂加强筋的大型薄壁筒体是运载火箭燃料箱、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,内筋呈纵向、环向或者交叉分布,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,两种工艺均存在工艺复杂、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,需要使用带有内型的大型模具,而模具成本过高、适应性差。单一的冷塑性加工或者热塑性加工会导致设备吨位过大、产品精度不足等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,包括以下步骤:
(1)将筒状坯料安装于分瓣筒状外模的内部,将激光切割头伸入筒状坯料内部,在筒状坯料内部进行激光开槽,得到分布有纵向沟槽的激光开槽筒体;
其中,激光开槽的沟槽的数目与目标加强筋数目相同;
(2)将纵向轧筋辊和感应加热器伸入激光开槽筒体的内部,纵向轧筋辊的齿尖对准激光开槽筒体上的沟槽,之后进行滚压热加工;
滚压热加工的操作如下:
开启感应加热器,感应加热器将激光开槽筒体内侧材料加热至再结晶温度以上,纵向轧筋辊沿激光开槽筒体径向进行自转,挤压激光开槽筒体的内侧材料,同时,分瓣筒状外模进行自传带动筒状坯料进行转动;
分瓣筒状外模和纵向轧筋辊的旋转同步进行,且两者的方向和转速均相同;
待纵向轧筋辊径向进给到目标位置后,重复以上操作,直至开槽筒体的内筋全部加工出来,得到滚压加强筋筒体;
分瓣筒状外模和纵向轧筋辊停止转动后,感应加热器停止加热;分离纵向轧筋辊和滚压加强筋筒体,取下滚压加强筋筒体。
进一步的,步骤(1)中在筒状坯料内部进行激光开槽的具体操作为:
激光切割头自筒状坯料一端向另一端移动,在筒状坯料上加工出一道沟槽;
每完成一道沟槽的加工,分瓣筒状外模带动筒状坯料转动预设角度,使得激光器切割头正对着下一道沟槽加工位置;
如此重复,直到加工完所有沟槽,得到激光开槽筒体。
进一步的,步骤(2)之后还包括步骤(3):
将纵向轧筋辊替换为校形用纵向轧筋辊,重复步骤(2)的滚压热加工,得到纵向筋筒体。
进一步的,在步骤(1)中改变激光切割器的加工轨迹,得到分布有纵横向沟槽的激光开槽筒体;
将纵向轧筋辊替换为纵横向筋轧辊,之后重复步骤(2)的操作,加工得到纵横向筋筒体。
进一步的,在步骤(1)中改变激光切割器的加工轨迹,得到分布有纵横向沟槽的激光开槽筒体;
将纵向轧筋辊替换为纵横向筋轧辊,之后重复步骤(2)的操作,加工得到纵横向筋筒体;
将纵横向筋轧辊替换为校形用纵横向轧辊,重复步骤(2)的滚压热加工,对纵横向筋筒体进行校形。
进一步的,所述筒状坯料的径厚比大于50。
进一步的,滚压加强筋筒体的加强筋为矩形、梯形或三角形。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,通过激光开槽和滚压热加工的方式实现了筒体件的内筋加工,综合利用了材料切割和塑性加工。该工艺加工效率高、无焊缝质量好、节约材料和能量、生产成本低。本发明采用感应加热的方式,加热区域为圆筒形坯料需要加工位置的内表面,感应加热具有加热效率高、趋肤效应明显特点,仅加热了内侧材料,使得内侧材料温度升高、塑性增强,而外层材料依然保持较低温度、承载能力高、热变形小。通过该方法减少了材料变形抗力、提高了材料的塑性变形能力,并避免了切割沟槽开裂问题,利于获得高精度工件。本发明使用的成形轧辊尺寸较小、筒状分瓣外模形状简单,加工方便、成本低。采用激光切割,具有效率高、控制容易、成本低的优点。
附图说明
图1为实施例1的激光开槽的等轴示意图;
图2为实施例1的激光开槽的俯视示意图;
图3为实施例1的加强筋滚压热加工的等轴示意图;
图4为实施例1的加强筋滚压热加工的俯视示意图;
图5为实施例1的加强筋滚压热加工的圆筒形坯料示意图;
为图6为实施例1的工件变化的俯视示意图,其中,图6(a)为圆筒形坯料,图6(b)为激光开槽筒体,图6(c)为滚压加强筋筒体,图6(d)为滚压校形的纵向筋筒体;
图7为实施例1使用的纵向轧筋辊正视图,其中,图7(a)为纵向筋轧辊,图7(b)为实施例1的纵向筋筒体;
图8为实施例2的纵横向轧辊正视图,其中,图8(a)为纵横向筋轧辊,图8(b)为实施例2的纵横向筋筒体。
其中:1-分瓣筒状外模,2-筒状坯料,3-激光切割头,4-激光开槽筒体,5-纵向筋轧辊,6-感应加热器,7-滚压加强筋筒体,8-纵向筋筒体,9-纵横向筋轧辊,10-纵横向筋筒体。
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:
本发明为一种使用激光开槽、滚压热加工的复杂筒件加强筋的制造工艺。
本发明包含两个工艺步,即筒体的激光开槽和加强筋的滚压热加工。其加工对象可以是筒体的内筋或外筋,加工的内筋类型包括纵向内筋、横向内筋及纵横向内筋。
实施例1以加工筒体的纵向内筋为例,进行说明。
工艺步一,筒体的激光开槽,这部分参见图1和图2,图1和图2分别为实施例1的激光开槽的等轴示意图和俯视示意图;
首先筒状坯料2安装于分瓣筒状外模1的内部,然后将激光切割头3伸入筒状坯料2内部。激光开槽时,激光切割头3自筒状坯料2一端向另外一端运动,加工出筒状坯料2所需的沟槽。激光切割头3每完成一道沟槽的加工,分瓣筒状外模1带动筒状坯料2自转一个小角度,使得激光器切割头3正对下一道沟槽加工位置。如此反复,直到加工完所有沟槽,此时筒状坯料2变为激光开槽筒体4。最后将激光切割头3退出筒状坯料2。沟槽为滚压的位置,因此沟槽的数目与目标加强筋数目相同,且位于两个相邻加强筋的中间位置。
工艺步二,加强筋的滚压热加工,这部分参见图3和图4,图3和图4为实施例1的加强筋滚压热加工的等轴示意图和加强筋滚压热加工的俯视示意图;
加工开始前,将纵向轧筋辊5和感应加热器6伸入激光开槽筒体4的内部。纵向轧筋辊5的齿尖对准激光开槽筒体4上的沟槽,且纵向轧筋辊5的初始位置接近激光开槽筒体内部面。感应加热器6位于纵向轧筋辊5的前方近旁,即激光开槽筒体4旋转时,材料先经过感应加热器6才能到达纵向轧筋辊5。加工开始,首先开启感应加热器6,加热激光开槽筒体4的内侧材料,加热至再结晶温度以上。然后,纵向轧筋辊5开始自转,并缓慢沿激光开槽筒体4的径向向外运动,挤压激光开槽筒体4的材料。同时,分瓣筒状外模1带动筒状坯料2自转,且旋转方向和转速与纵向轧筋辊5的自转同步,使得材料能稳定变形。当纵向轧筋辊5径向进给到目标位置后,整体再运行一段时间,以保证开槽筒体4的内筋全部加工出来,得到滚压加强筋筒体7。然后,停止分瓣筒状外模1和纵向轧筋辊5的运动。其后,停止感应加热。接着,纵向轧筋辊5向内运动,离开滚压加强筋筒体7。最后取下滚压加强筋筒体7。
当对目标加强筋的形状有更高要求时,仅需将纵向轧筋辊5替换为校形用纵向轧筋辊5,然后重复上述滚压热加工过程,最后得到纵向筋筒体8。
工件形状的变化规律参见图6,图5和图6(a)为圆筒形坯料,图6(b)为激光开槽筒体,图6(c)为滚压加强筋筒体,图6(d)为滚压校形的纵向筋筒体,可以看出实施例1的工件变化。
实施例2
当筒体加工纵横向加强筋时,整体工艺步基本与实施例1相同,需更改激光切割器3的加工轨迹,得到纵横向沟槽,然后再使用纵横向筋轧辊9代替纵向轧筋辊5,通过该工艺加工得到纵横向筋筒体10。
图7为实施例1使用的纵向轧筋辊正视图,其中,图7(a)为纵向筋轧辊,图7(b)为实施例1的纵向筋筒体,可以看出两者相对应。
参见图8,图8为实施例2的纵横向轧辊正视图,图8(a)为纵横向筋轧辊,图8(b)为实施例2的纵横向筋筒体。
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 (7)
1.一种基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将筒状坯料(2)安装于分瓣筒状外模(1)的内部,将激光切割头(3)伸入筒状坯料(2)内部,在筒状坯料(2)内部进行激光开槽,得到分布有纵向沟槽的激光开槽筒体(4);
其中,激光开槽的沟槽的数目与目标加强筋数目相同;
(2)将纵向轧筋辊(5)和感应加热器(6)伸入激光开槽筒体(4)的内部,纵向轧筋辊(5)的齿尖对准激光开槽筒体(4)上的沟槽,之后进行滚压热加工;
滚压热加工的操作如下:
开启感应加热器(6),感应加热器(6)将激光开槽筒体(4)内侧材料加热至再结晶温度以上,纵向轧筋辊(5)沿激光开槽筒体(4)径向进行自转,挤压激光开槽筒体(4)的内侧材料,同时,分瓣筒状外模(1)进行自传带动筒状坯料(2)进行转动;
分瓣筒状外模(1)和纵向轧筋辊(5)的旋转同步进行,且两者的方向和转速均相同;
待纵向轧筋辊(5)径向进给到目标位置后,重复以上操作,直至开槽筒体(4)的内筋全部加工出来,得到滚压加强筋筒体(7);
分瓣筒状外模(1)和纵向轧筋辊(5)停止转动后,感应加热器(6)停止加热;分离纵向轧筋辊(5)和滚压加强筋筒体(7),取下滚压加强筋筒体(7)。
2.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,步骤(1)中在筒状坯料(2)内部进行激光开槽的具体操作为:
激光切割头(3)自筒状坯料(2)一端向另一端移动,在筒状坯料(2)上加工出一道沟槽;
每完成一道沟槽的加工,分瓣筒状外模(1)带动筒状坯料(2)转动预设角度,使得激光器切割头(3)正对着下一道沟槽加工位置;
如此重复,直到加工完所有沟槽,得到激光开槽筒体(4)。
3.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,步骤(2)之后还包括步骤(3):
将纵向轧筋辊(5)替换为校形用纵向轧筋辊,重复步骤(2)的滚压热加工,得到纵向筋筒体(8)。
4.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,在步骤(1)中改变激光切割器(3)的加工轨迹,得到分布有纵横向沟槽的激光开槽筒体(4);
将纵向轧筋辊(5)替换为纵横向筋轧辊(9),之后重复步骤(2)的操作,加工得到纵横向筋筒体(10)。
5.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,在步骤(1)中改变激光切割器(3)的加工轨迹,得到分布有纵横向沟槽的激光开槽筒体(4);
将纵向轧筋辊(5)替换为纵横向筋轧辊(9),之后重复步骤(2)的操作,加工得到纵横向筋筒体(10);
将纵横向筋轧辊(9)替换为校形用纵横向轧辊,重复步骤(2)的滚压热加工,对纵横向筋筒体(10)进行校形。
6.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,所述筒状坯料(2)的径厚比大于50。
7.根据权利要求1所述的基于激光开槽和热滚压的筒件加强筋的加工工艺,其特征在于,滚压加强筋筒体(7)的加强筋为矩形、梯形或三角形。
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