CN114273571B - 一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带内网格筋筒形件成形领域。一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具，包括纵筋主体、横向筋片、插销、空心套筒、辊压模具和卸料装置，横向筋片提供所有的横向筋槽，横向筋片与纵筋主体装配完成后在周侧形成纵向筋槽，纵向筋槽均匀布置在纵筋主体的周侧部，横向筋片内侧有滑杆位于其圆弧面背面的中央，纵筋主体的下部周侧有梯形截面的第一滑槽和横向筋片内侧的梯形截面的滑杆相对应，第一滑槽的长度等于滑杆的长度。本发明可以大幅减小工件轴向的变形力避免材料屈服失稳，提高了工件成形的稳定性。

Description

一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具

技术领域

本发明涉及带内网格筋筒形件成形领域。

背景技术

如今高新技术的产业和规模飞速发展，诸如航空航天和兵工导弹系统都试图寻找有效降低成本并提高性能的解决方案，那么如何有效降低产品重量的同时进行优化结构设计以维持之前的强度成为了主要探讨的问题。在结构轻量化的趋势下，设计薄壁零件通常是人们减重工件的首选，所以加强网格内筋是主要手段之一，在内部添加合适位置和尺寸的加强筋可以使薄壁工件在减轻重量的同时还保证了结构的质量和强度。如今生产带网格内筋工件主要采用铸造和厚壁管切削加工：铸造的生产易于产生废品，铸件组织不够致密，存在疏松多孔等各类缺陷，晶粒粗大，无法满足较高的力学性能需求；切削加工是将厚壁管材或棒料放入机床中进行机加工得到所需形状的工件，但材料利用率和生产效率极低，且因为机加工会破坏原先完整的金属流线，影响产品的可靠性：旋压成形技术是一种先进制造技术，能够实现材料的精确成形，材料利用率高，产品性能好，在航空航天领域和兵工已获得广泛的应用。但旋压成形时需要旋轮多次往复旋压，生产效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何克服现有加工方法生产带网格内筋的筒形件的缺点，提供一种带网格内筋高性能筒形件的高效率加工方法。

本发明所采用的技术方案是：一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具，包括纵筋主体（1）、横向筋片（2）、插销（3）、空心套筒（4）、辊压模具（5）和卸料装置（6），横向筋片（2）提供所有的横向筋槽（2-2），横向筋片（2）与纵筋主体（1）装配完成后在周侧形成纵向筋槽（2-1），纵向筋槽（2-1）均匀布置在纵筋主体(1)的周侧部，横向筋片（2）内侧有滑杆（2-3）位于其圆弧面背面的中央，纵筋主体（1）的下部周侧有梯形截面的第一滑槽（1-1）和横向筋片（2）内侧的梯形截面的滑杆（2-3）相对应，第一滑槽（1-1）的长度等于滑杆（2-3）的长度。

在横向筋片（2）上有第一通孔，在纵筋主体（1）的第一滑槽（1-1）中有与第一通孔对应的第一销孔，通过在第一销孔和第一通孔插入插销（3）在咬入坯料前和安装时固定横向筋片（2）。

纵筋主体（1）为上部带外螺纹的台阶状的圆柱体，即为一个螺柱，空心套筒（4）为内部空间为台阶状的套筒，带外螺纹的圆柱体插入空心套筒（4）后使用滚珠和压板以及双层螺母固定在空心套筒（4）内部的台阶处，滚珠压板的压板与空心套筒（4）下方的台阶处中间夹有滚珠为下端的纵筋主体（1）及横向筋片（2）的组合部分起到稳定旋转的作用。

纵筋主体（1）的端部或者颈部内侧开设第二销孔（1-2），第二销孔（1-2）为沉孔，空心套筒（4）下端面有与第二销孔（1-2）对应的第二滑槽（4-1），第二滑槽（4-1）为扇环形沉孔，扇环的宽度与第二销孔（1-2）直径保持一致，扇环的两边呈半圆形，扇环的内外平均半径与第二销孔（1-2）到空心套筒（4）中心线上的距离相同，第二销孔（1-2）和第二滑槽（4-1）插入柱销后，纵筋主体（1）相对于空心套筒（4）从逆时针旋转到极端到顺时针旋转到极端的角度为30°。

辊压模具（5）由三个完全相同的从动辊轮通过各自主轴与其上的齿轮啮合而成，每个辊轮圆周表面都开设有与横向筋片（2）与纵筋主体（1）装配完成后形成的筒体外形相对应的型腔，在成形过程中，与辊轮型腔接触的筒形坯料产生塑性变形，引料环（7）用螺栓固定在辊压模具（5）的上方，对工件下行时起到定向引导作用；卸料装置（6）由底座和其中间可分离的两个挡料板构成，挡料板闭合后构成的内径应等于筒形件辊挤成形完成后的内径，顶杆（8）的直径应小于辊压模具（5）闭合型腔的直径。

本发明的有益效果是：本发明模具包括纵筋主体、横向筋片、插销、空心套筒以及辊挤径缩模具（包括辊压模具和卸料装置）。所述的空心套筒与纵筋主体能够提供相对旋转及旋转角度的精确控制。使用可旋转的纵筋主体经过辊压模具两道次成形消除了辊挤产生飞边的缺陷，成形出高性能流线完整的筒形件网格内筋。内侧带有梯形截面的第一滑槽的纵筋主体和相应梯形截面滑杆的横向筋片精密配合实现了模具安装和脱模过程中两者定向移动和位置的精确控制。插销的固定实现了纵筋主体与横向筋片同时移动过程中，避免内侧的纵筋主体先于外侧横向筋片移动，有效解决两者在整体移动过程中可能发生的干扰问题。在变形过程中使用辊压模具，可以大幅减小工件轴向的变形力避免材料屈服失稳，提高了工件成形的稳定性。模具装卸过程相对简单，比旋压成形效率更高；比铸造产品力学性能高、良品率高；比机加方法生产效率高、材料利用率高、可靠性好。适合制备各种类型材料构件。

附图说明

图1是本发明装置示意图；

图2是网格筋组合冲头示意图；

图3是图2中纵筋主体的立体示意图；

图4是图2中横向筋片的立体示意图；

图5是横向筋片的截面示意图（带第一通孔）；

图6是空心套筒的立体结构示意图；

图7是滚珠压板的压板示意图；

图8是纵筋主体和横向筋片组合后的横截面示意图；

图9辊压模具俯视示意图：

图10是辊轮结构示意图；

图11是图10的A-A剖视图；

其中1、纵筋主体,2、横向筋片,3、插销,4、空心套筒,5、辊压模具,6、卸料装置，7、引料环，8、顶杆，1-1、第一滑槽，1-2、第二销孔，2-1、纵向筋槽，2-2、横向筋槽，2-3、滑杆，4-1、第二滑槽。

具体实施方式

一种带网格内筋构件辊挤成形模具，包括纵筋主体1、横向筋片2、插销3、空心套筒4、辊压模具5和卸料装置6。

特点是：横向筋片2提供所有的横向筋槽2-2。横向筋片2与纵筋主体1装配完成提供对应和纵向筋槽2-1，纵向筋槽2-1在纵筋主体1和横向筋片2圆周上对称分布，位于相邻横向筋片2与之间的纵筋主体1周部上。横向筋片2内侧的滑杆2-3位于相应芯模内测圆弧截面中心线上。所述的纵筋主体1变形部分和横向筋片2长度一致，通过相对应的梯形截面第一滑槽1-1和梯形滑杆2-3相连接，在指定高度位置开设通孔用以插入插销3来固定。所述的纵筋主体1和横向筋片2内侧的滑杆2-3完全进入第一滑槽1-1内部完成装配后，除去横纵筋槽整个模具外表面应该呈圆柱形。纵向筋槽2-1所带的梯形截面第一滑槽截面各向尺寸取滑杆梯形截面加工尺寸的上偏差。纵筋主体1上部为螺柱，通过空心套筒的第一通孔使用滚珠压板以及双层螺母固定，上层的螺母与纵筋主体1的上部锁紧，压板用于支撑纵筋主体上端的连接部分。压板与空心套筒4下方的台阶处中间夹有滚珠为下端的纵筋主体1及横向筋片2的组合部分起到稳定旋转的作用。纵筋主体1颈部上方开设的第二销孔1-2插入柱销与空心套筒下方的第二滑槽4-1对准插入固定后可在第二滑槽4-1范围内整体转动30°。第二滑槽4-1整体呈扇环形，扇环的宽度与第二销孔直径保持一致。扇环的平均半径与第二销孔到截面中心线上的距离相同，扇环的两边呈半圆形；辊挤缩径装置由单层辊挤机构组成，三个完全相同的从动辊轮通过各自主轴与其上的齿轮啮合而成；每个辊轮圆周表面都开设有与筒体外形相对应的型腔，在成形过程中，只有与辊轮型槽接触的那部分筒形坯料产生塑性变形；引料环7用螺栓固定在辊压模具的上方，对工件下行时起到定向引导作用；卸料装置6由底座和其中间可分离的两个挡料板构成，挡料板闭合后构成的内径应等于筒形件辊挤成形完成后的内径。顶杆8的口径应小于辊压模具5闭合型腔的直径。辊挤缩径装置采用公开号为CN103341514A中的装置。

本发明实施的步骤如下：将纵筋主体1与横向筋片2通过其对应的梯形截面滑槽1-1和相应的梯形截面滑杆2-3配合连接，再加以相同高度位置开设的通孔上使用插销5固定。纵筋主体1和所有横向筋片2配合固定完成后，所有纵向筋槽2-1应在其组合的圆周上对称分布，每一段横向筋槽2-2在两者组合后的同一高度截面上。将组合完成后的芯模颈部上方销孔处插入柱销对准空心套筒4的通孔和滑槽插入配合，在空心套筒的台阶部依次装入滚珠、压板、螺母和锁紧螺母构成组合冲头。组合冲头（凸模）上方与液压机的滑块相连接。将相应的筒形坯料预装在组合芯模的组合冲头端部，组合芯模的长度应预留出坯料变形后至少不触碰至插销3孔的高度以确保整个变形过程的顺利实施及最后的卸料。将相应的筒形坯料预先放置在辊压模具中间孔部，如有需要可以将筒形件头部做倒角处理。然后组合冲头进入筒形件坯料并与其底部接触时通过引料环7引导进入辊压模具中。待辊轮成功咬入工件后及时将插销3取出。在辊挤成形过程中，三个辊轮6同速反向被动旋转，从而促进筒形件沿凸模产生连续的局部塑性变形。通过下方的辊压模具完成对筒形件的挤压成形，成形出网格内筋和辊轮边部位置的飞边槽。待所有变形完成后冲头上行脱出辊压模具，上升到特定高度后插入插销3，使用插销3带动组合冲头旋转30°角，通过颈部销孔中的柱销在滑槽中滑动至边部卡住来确保精确转动。之后冲头下行完成第二道次变形，筒形件飞边去除。冲头与顶杆一同上行，此时手动闭合引料环上方的挡料板卡在工件口部的上方，待滑块继续上行时使工件连带着横向筋片2与凸模（纵筋主体部分）分离，工件受到重力作用落至下方辊轮上，通过顶杆8将工具从模具中顶出。由于横向筋片2成形纵横筋的型腔有斜度和圆角，故可通过人工的方法将其从筒内取出。

本次发明提出一种辊挤成形网格内筋的方法。模具包括纵筋主体1、横向筋片2、插销3、空心套筒4。通过滑杆2-3与第一滑槽1-1的精密配合实现了模具安装和带纵横内筋工件脱模过程中纵筋主体1和横向筋片2的定向移动以及位置的精确控制。通过纵筋主体1与横向筋片2对应高度开设通孔用以插销3固定，而使纵筋主体1和横向筋片2作为一个整体在同时移动过程。纵筋主体1端部或颈部上方开设第二销孔1-2，空心套筒4下方在同样的径向位置处带有与之对应的相同孔径的滑槽4-1，滑槽的长度沿周向呈30°角。空心套筒4与纵筋主体1通过自身通孔、压板、滚珠、两层螺母固定。该模具安装及脱模过程简单，可以有效降低操作成本高效生产，适用于成形各种尺寸、复杂纵横内筋数量较多的筒形构件，由于滑杆2-3和第一滑槽1-1的配合，每次辊挤成形一个零件时，无需按照严格的顺序重新装配芯模，而且生产不同规格和数量的带内筋工件时即插即用，充分地发挥了零部件互换性的优势，相比于其他成形工艺拥有更低的生产成本和显著的生产效率，拆卸过程的合理保证了模具使用寿命和带复杂网格内筋筒形构件的尺寸精度，实用性好。

Claims (3)

1.一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具，其特征在于：包括纵筋主体（1）、横向筋片（2）、插销（3）、空心套筒（4）、辊压模具（5）和卸料装置（6），横向筋片（2）提供所有的横向筋槽（2-2），横向筋片（2）与纵筋主体（1）装配完成后在周侧形成纵向筋槽（2-1），纵向筋槽（2-1）均匀布置在纵筋主体(1)的周侧部，横向筋片（2）内侧有滑杆（2-3）位于其圆弧面背面的中央，纵筋主体（1）的下部周侧有梯形截面的第一滑槽（1-1）和横向筋片（2）内侧的梯形截面的滑杆（2-3）相对应，第一滑槽（1-1）的长度等于滑杆（2-3）的长度；纵筋主体（1）为上部带外螺纹的台阶状的圆柱体，即为一个螺柱，空心套筒（4）为内部空间为台阶状的套筒，带外螺纹的圆柱体插入空心套筒（4）后使用滚珠和压板以及双层螺母固定在空心套筒（4）内部的台阶处，压板与空心套筒（4）下方的台阶处中间夹有滚珠为下端的纵筋主体（1）及横向筋片（2）的组合部分起到稳定旋转的作用；纵筋主体（1）的端部或者颈部内侧开设第二销孔（1-2），第二销孔（1-2）为沉孔，空心套筒（4）下端面有与第二销孔（1-2）对应的第二滑槽（4-1），第二滑槽（4-1）为扇环形沉孔，扇环的宽度与第二销孔（1-2）直径保持一致，扇环的两边呈半圆形，扇环的内外平均半径与第二销孔（1-2）到空心套筒（4）中心线上的距离相同，第二销孔（1-2）和第二滑槽（4-1）插入柱销后，纵筋主体（1）相对于空心套筒（4）从逆时针旋转到极端到顺时针旋转到极端的角度为30°。

2.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具，其特征在于：在横向筋片（2）上有第一通孔，在纵筋主体（1）的第一滑槽（1-1）中有与第一通孔对应的第一销孔，通过在第一销孔和第一通孔插入插销（3）在搬运过程固定横向筋片（2）。

3.根据权利要求1所述的一种带内网格筋筒形件辊挤成形模具，其特征在于：辊压模具（5）由三个完全相同的从动辊轮通过各自主轴与其上的齿轮啮合而成，每个辊轮圆周表面都开设有与横向筋片（2）与纵筋主体（1）装配完成后形成的筒体外形相对应的型腔，在成形过程中，与辊轮型腔接触的筒形坯料产生塑性变形，引料环（7）用螺栓固定在辊压模具（5）的上方，对工件下行时起到定向引导作用；卸料装置（6）由底座和其中间可分离的两个挡料板构成，挡料板闭合后构成的内径应等于筒形件辊挤成形完成后的内径，顶杆（8）的直径应小于辊压模具（5）闭合型腔的直径。