CN114733949B - 抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了金属塑性加工技术领域一种抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法，包括筒坯固定装置、齿轮传动装置、成形滚轮装置以及成形筒坯。齿轮传动装置固定设置在筒坯固定装置上，成形滚轮装置连接设置齿轮传动装置，成形筒坯固定设置在筒坯固定装置上。本发明通过设置主轴与展成旋压轮轴上齿轮啮合实现展成旋压轮与筒坯主轴按一定转速比例转动，且为多阶段成形，降低装备要求，节省生产制造成本；通过设置将筒坯轴线方向两侧加宽，防止筒坯扩径，并通过设置压盖和限位套筒增加周向、轴向约束，提高了产品的尺寸精度，克服了展成旋压大径厚比的筒坯时易发生扩径的缺陷，能够实现低成本、高效率、高质量地完成带筋筒构件的加工。

Description

抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，具体地，涉及一种抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法。

背景技术

纵横筋短壳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。

现有纵横筋短壳的成形制造方式有：(1)铣削加工、(2)化学铣切、(3)加强筋与筒体焊接和(4)旋压成形四种工艺，但四种工艺均存在一定不足。(1)通过机械铣削再滚弯加工出的纵横筋短壳存在加工周期长、成本高、材料利用率低的问题，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；(2)通过化学铣切加工出的纵横筋短壳的筋条根部存在半径与加工深度相近的圆角，导致加工出的纵横筋短壳精度低，难以满足服役要求；(3)加强筋与筒体焊接而成的纵横筋短壳由于焊缝处强度较低，会降低零件的可靠性；(4)传统旋压成形纵横筋短壳具有材料利用率高、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，且针对不同纵横筋短壳需要不同模具，成本较高，普遍适用性较低。

综上所述，面对日趋复杂和多样化的纵横筋短壳，新型成形工艺的发展尤为重要，而现有的纵横筋短壳成形工艺都存在一定的局限性。经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为CN109794538A，公开了一种带内外环加强筋的筒体内旋压成形方法，采用内旋压技术结合张力旋压技术，实现了内、外环向加强筋在同一个模具、同一次旋压过程中一次成形。该发明就存在上述问题。

因此，新工艺新技术的提出就变得十分迫切。本发明就是在原有旋压成形工艺基础之上，通过对多种成形工艺的研究，综合多种成形工艺方式的优点，并针对旋挤成形大径比纵横筋短壳易发生扩径，提出了一种机械式同步的抑制带外筋筒构件扩径缺陷的展成旋压成形方法。并且经对现有文献检索，没有发现与本发明相同的机械式同步的抑制带外筋筒构件扩径缺陷的带外筋筒构件加工的小压下量多道次展成旋压成形方法。所以，本发明设计巧妙，实用性强，能够解决上述问题，实际使用效果更好。

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抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法。

根据本发明提供的一种抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法，包括筒坯固定装置、齿轮传动装置、成形滚轮装置以及成形筒坯；

所述齿轮传动装置固定设置在筒坯固定装置上，所述成形滚轮装置连接设置所述齿轮传动装置，所述成形筒坯固定设置在所述筒坯固定装置上。

一些实施方式中，其特征在于,所述筒坯固定装置包括由芯轴、齿轮限位套筒、轴向限位套筒、周向限位套筒以及压盖一组成。

一些实施方式中，其特征在于，所述芯轴固定设置在所述齿轮限位套筒上端，所述齿轮限位套筒固定设置在所述轴向限位套筒上端，所述轴向限位套筒固定设置在所述周向限位套筒上端。

一些实施方式中，所述齿轮传动装置包括由主轴连接齿轮和展成旋压轮轴连接齿轮组成。

一些实施方式中，所述主轴连接齿轮啮合设置所述展成旋压轮轴连接齿轮。

一些实施方式中，所述成形滚轮装置包括由刀架、限位套筒、展成旋压轮轴、展成旋压轮以及压盖二组成。

一些实施方式中，所述限位套筒贴合设置所述展成旋压轮轴连接齿轮，且所述限位套筒贴合设置所述展成旋压轮。

一些实施方式中，所述展成旋压轮轴贯穿设置在所述刀架上，且所述压盖二固定设置在所述展成旋压轮轴两端。

一些实施方式中，所述成形筒坯包括有筒坯，所述筒坯上端固定设置所述周向限位套筒，且所述筒坯下端固定设置所述压盖一。

根据本发明提供的一种展成旋压方法，采用上述的抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置，包括以下步骤：

S1：根据要求加工的带外筋筒构件尺寸，确定加工原始所述筒坯的形状大小；

S2：根据构件筋条形状要求确定所述展成旋压轮形状，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；

S3：根据所述筒坯和所述展成旋压轮尺寸确定传动比，并根据传动比选择对应传动齿轮，所述传动齿轮与主轴和所述展成旋压轮连接设置；

S4：将所述轴向限位套筒与所述芯轴固定设置，在所述芯轴上套入所述筒坯与所述周向限位套筒，最后将所述压盖一与所述芯轴固定设置，实现所述筒坯的周向和轴向约束；

S5：进行旋挤成形加工，所述主轴主动旋转，两所述展成旋压轮在所述筒坯两侧，在所述主轴与所述展成旋压轮轴上添加所述传动齿轮，两所述展成旋压轮同时同步沿径向挤压所述筒坯，形成外筋条，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、本发明通过设置主轴与展成旋压轮轴上齿轮啮合实现展成旋压轮与筒坯主轴按一定转速比例转动，且为多阶段成形，降低装备要求，节省生产制造成本；

2、本发明通过设置将筒坯轴线方向两侧加宽，防止筒坯扩径，并通过设置压盖和限位套筒增加周向、轴向约束，提高了产品的尺寸精度，克服了展成旋压大径厚比的筒坯时易发生扩径的缺陷，能够实现低成本、高效率、高质量地完成带筋筒构件的加工。

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为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的整体结构示意图；

图2为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的展成旋压轮刀架结构示意图；

图3为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的展成旋压轮刀架结构剖视图；

图4为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的扩径抑制结构示意图；

图5为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的扩径抑制结构剖视图；

图6为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的三维结构示意图；

图7为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的制造方法流程图；

图8为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的加工后构件形状示意图。

附图标记：

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。

如图1所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的整体结构示意图。如图2所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的展成旋压轮刀架结构示意图。如图3所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的展成旋压轮刀架结构剖视图。如图4所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的扩径抑制结构示意图。如图5所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的扩径抑制结构剖视图。如图6所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的三维结构示意图。如图7所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的制造方法流程图。如图8所示为本发明抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置及其展成旋压方法的加工后构件形状示意图。包括筒坯固定装置1、齿轮传动装置2、成形滚轮装置3以及成形筒坯4。齿轮传动装置2固定设置在筒坯固定装置1上，成形滚轮装置3连接设置齿轮传动装置2，成形筒坯4固定设置在筒坯固定装置1上。

筒坯固定装置1包括由芯轴11、齿轮限位套筒12、轴向限位套筒13、周向限位套筒14以及压盖一15组成。芯轴11固定设置在齿轮限位套筒12上端，齿轮限位套筒12固定设置在轴向限位套筒13上端，轴向限位套筒13固定设置在周向限位套筒14上端。齿轮传动装置2包括由主轴连接齿轮21和展成旋压轮轴连接齿轮22组成。两传动齿轮模数相同、尺寸由筒坯41和展成旋压轮34尺寸和传动比确定成形，展成旋压轮34由带筋长筒构件按啮合关系确定，在成形初期，展成旋压轮34与筒坯41接触时，两传动齿轮实际中心距大于标准中心距，随着展成旋压轮34径向进给，传动齿轮实际中心距逐渐减小，最终实现标准啮合传动。主轴连接齿轮21啮合设置展成旋压轮轴连接齿轮22。

成形滚轮装置3包括由刀架31、限位套筒32、展成旋压轮轴33、展成旋压轮34以及压盖二35组成。刀架31与旋压机刀具轴连接，通过控制两刀具轴实现展成旋压轮34同步径向进给。限位套筒32贴合设置展成旋压轮轴连接齿轮22，且限位套筒32贴合设置展成旋压轮34。展成旋压轮轴33贯穿设置在刀架31上，且压盖二35固定设置在展成旋压轮轴33两端。成形筒坯4包括有筒坯41，筒坯41上端固定设置周向限位套筒14，且筒坯41下端固定设置压盖一15。由轴向限位套筒13与周向限位套筒14芯轴固定，实现筒坯41的周向和轴向约束。试样件如薄壁带筋短壳构件5。

一种展成旋压方法，基于抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置，包括以下步骤：

S1：根据要求加工的带外筋筒构件尺寸，确定加工原始筒坯41的形状大小；

S2：根据构件筋条形状要求确定展成旋压轮34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；

S3：根据筒坯41和展成旋压轮34尺寸确定传动比，并根据传动比选择对应传动齿轮，传动齿轮与主轴和展成旋压轮34连接设置；

S4：将轴向限位套筒13与芯轴11固定设置，在芯轴11上套入筒坯41与周向限位套筒14，最后将压盖一15与芯轴11固定设置，实现筒坯41的周向和轴向约束；

S5：进行旋挤成形加工，主轴主动旋转，两展成旋压轮34在筒坯41两侧，在主轴与展成旋压轮轴33上添加传动齿轮，两展成旋压轮34同时同步沿径向挤压筒坯41，形成外筋条，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。

工作原理

该成形方法为多道次小压下量成形，带外筋筒构件成形被分为n道次，每一道次展成旋压轮沿径向进给一定距离，并旋压筒坯41一周，随后进行下一道次的展成旋压成形。展成旋压轮34形状由带外筋筒构件筋条形状按啮合关系确定，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。

为保证展成旋压轮34与筒坯41相互啮合不产生相对滑动，需保证展成旋压轮34与筒坯41按一定传动比同步旋转，在主轴与展成旋压轮轴33上添加传动齿轮，齿轮模数相同、尺寸由筒坯41和展成旋压轮34尺寸和传动比确定，筒坯41由主轴带动旋转，通过主轴上齿轮与展成旋压轮轴33上齿轮的机械啮合实现展成旋压轮34与筒坯41主轴同步转动。筒坯41轴线方向两侧加宽，并通过压盖一15、轴向限位套筒13和周向限位套筒14增加轴向、周向约束，以抑制扩径。

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 (3)

1.一种抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置，其特征在于，包括筒坯固定装置（1）、齿轮传动装置（2）、成形滚轮装置（3）以及成形筒坯（4）；

所述齿轮传动装置（2）固定设置在筒坯固定装置（1）上，所述成形滚轮装置（3）连接设置所述齿轮传动装置（2），所述成形筒坯（4）固定设置在所述筒坯固定装置（1）上；

所述筒坯固定装置（1）由芯轴（11）、齿轮限位套筒（12）、轴向限位套筒（13）、周向限位套筒（14）以及压盖一（15）组成；

所述齿轮传动装置（2）由主轴连接齿轮（21）和展成旋压轮轴连接齿轮（22）组成；

所述成形滚轮装置（3）由刀架（31）、限位套筒（32）、展成旋压轮轴（33）、展成旋压轮（34）以及压盖二（35）组成；

所述限位套筒（32）贴合设置所述展成旋压轮轴连接齿轮（22），且所述限位套筒（32）贴合设置所述展成旋压轮（34）；

所述展成旋压轮轴（33）贯穿设置在所述刀架（31）上，且所述压盖二（35）固定设置在所述展成旋压轮轴（33）两端；

所述成形筒坯（4）包括有筒坯（41），所述筒坯（41）上端固定设置所述周向限位套筒（14），且所述筒坯（41）下端固定设置所述压盖一（15）；

所述展成旋压轮（34）数量为2个；

所述芯轴（11）固定设置在所述齿轮限位套筒（12）上端，所述齿轮限位套筒（12）固定设置在所述轴向限位套筒（13）上端，所述轴向限位套筒（13）固定设置在所述周向限位套筒（14）上端。

2.根据权利要求1所述的抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置，其特征在于，所述主轴连接齿轮（21）啮合设置所述展成旋压轮轴连接齿轮（22）。

3.一种展成旋压方法，其特征在于，根据权利要求1-2任一所述的抑制带外筋筒件扩径缺陷的成形装置，包括以下步骤：

S1：根据要求加工的带外筋筒构件尺寸，确定加工原始所述筒坯（41）的形状大小；

S2：根据构件筋条形状要求确定所述展成旋压轮（34）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；

S3：根据所述筒坯（41）和所述展成旋压轮（34）尺寸确定传动比，并根据传动比选择对应齿轮传动装置中的主轴连接齿轮（21）和展成旋压轮轴连接齿轮（22），所述主轴连接齿轮和展成旋压轮轴连接齿轮分别与主轴和所述展成旋压轮（34）连接设置；

S4：将所述轴向限位套筒（13）与所述芯轴（11）固定设置，在所述芯轴（11）上套入所述筒坯（41）与所述周向限位套筒（14），最后将所述压盖一（15）与所述芯轴（11）固定设置，实现所述筒坯（41）的周向和轴向约束；

S5：进行旋挤成形加工，所述主轴主动旋转，两所述展成旋压轮（34）在所述筒坯（41）两侧，在所述主轴与所述展成旋压轮轴（33）上分别添加所述主轴连接齿轮（21）和展成旋压轮轴连接齿轮（22），两所述展成旋压轮（34）同时同步沿径向挤压所述筒坯（41），形成外筋条，直到达到要求的成形道次数为止，完成加工。