CN115990634A - 不等高外筋筒体径向挤压成形装置及制造方法 - Google Patents

Abstract

一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置及方法，包括：上下盖板以及设置于同一半径上的若干扇形曲面结构的随动模具、压块和内心轴，其中：待处理坯料位于内心轴和随动模具之间，每一片随动模具的圆心角大小与待处理坯料的外纵筋间距相匹配，压块设置于相邻两块随动模具之间。本发明通过整体成形技术同时制造出不等高外筋，且筒体不存在焊缝，金属流线连续，因此强度性能优秀；并且此方法由多个压块同步径向挤压，一次成形，加工效率高，操作简便。

Description

不等高外筋筒体径向挤压成形装置及制造方法

技术领域

本发明涉及的是一种金属塑性加工领域的技术，具体是一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置及制造方法。

背景技术

随着航空航天等领域的发展，对带加强筋薄壁筒形件的轻量化要求不断提升，一种带高低筋筒体结构的新型设计随之出现，高低筋筒体结构在强度需求高的地方设置高筋，在强度需求低的地方设置低筋，在保证结构强度的同时，节约了材料用量，让零部件轻量化。目前，对于带内、外等高筋的筒形件有较为成熟的方案，但是对于带不等高加强筋的薄壁筒形件而言，由于筋的高低不同，高筋处材料流动需求多，低筋处材料流动需求少，常见的塑性加工方式很难同时满足以上两种需求，若令材料过多的流动又会导致筋部附近位置壁厚差别较大，故现阶段急需一种利用塑性成形方法加工出不等高外筋筒形件的技术。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置及方法，通过整体成形技术同时制造出不等高外筋，且筒体不存在焊缝，金属流线连续，因此强度性能优秀；并且此方法由多个压块同步径向挤压，一次成形，加工效率高，操作简便。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置，包括：上下盖板以及设置于同一半径上的若干扇形曲面结构的随动模具、压块和内心轴，其中：待处理坯料位于内心轴和随动模具之间，每一片随动模具的圆心角大小与待处理坯料的外纵筋间距相匹配，压块设置于相邻两块随动模具之间。

所述的上、下盖板分别与内心轴通过螺栓固定连接。

优选地，所述的随动模具的内表面上设有水平的凹槽，该凹槽的形状与待处理坯料的外横筋形状相匹配。

所述的随动模具的两端设有卡扣，对应上、下盖板上设有径向槽，通过卡扣滑动式插入上盖板和下盖板的径向槽中实现随动模具的活动设置。

所述的压块的两侧面优选互不平行，即具有拔模斜度。

所述的待处理坯料为带有等高纵横外筋的薄壁筒形件。

本发明涉及一种不等高外筋筒体径向挤压成形的制造方法，首先将内心轴设置于待处理坯料的中心，固定上盖板和下盖板对待处理坯料的进行径向约束与轴向约束；其次随动模具通过T字形卡扣与上盖板和下盖板的T字形槽过盈配合，对坯料进行周向约束；之后所有压块同步对坯料低筋位置处进行径向挤压，多余的材料向坯料的壁板处流动，随动模具随着壁板的厚度增加进行被动径向运动，实现不等高外筋筒体径向挤压成形。

技术效果

与现有技术相比，本发明能够让多个压块同时径向挤压，能够实现不等高外筋筒体的高效率成形制造的同时，通过柔性加工，只需要更改压块的数量、压下量，便能够获得不同高度差、不同高低分布规律的不等高外筋筒体，能够满足更广泛的应用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的爆炸视图；

图3为随动模具结构示意图；

图4为上顶盖结构示意图；

图5为实施例2的径向挤压过程图；

图6为实施例3的径向挤压过程图；

图7为实施例4的径向挤压过程图；

图8为实施例2加工前坯料结构示意图；

图9为实施例2加工后坯料结构示意图；

图10为实施例3加工前坯料结构示意图；

图11为实施例3加工后坯料结构示意图；

图12为实施例4加工前坯料结构示意图；

图13为实施例4加工后坯料结构示意图；

图14为实施例4随动模具小宽度类型结构示意图；

图15为实施例4随动模具大宽度类型结构示意图；

图中：上盖板1、压块2、随动模具3、下盖板4、内心轴5、坯料6、外纵筋7、外横筋8。

具体实施方式

如图1和图2所示，为本实施例涉及一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置，包括：上下盖板1、4以及设置于同一半径上的若干扇形曲面结构的随动模具3和内心轴5，其中：待处理坯料6位于内心轴5和随动模具3之间，相邻随动模具3之间设有压块2。

所述的上、下盖板1、4与内心轴5固定连接。

如图3所示，每一片模具的圆心角大小与待处理坯料6的外纵筋7间距相匹配；随动模具3的内表面上设有水平的凹槽，该凹槽的形状与待处理坯料6的外横筋8形状相匹配。

所述的随动模具3的两端设有卡扣，对应上、下盖板1、4上设有径向槽，卡扣滑动式插入上盖板1和下盖板4的径向槽中实现随动模具3的活动设置。

所述的卡扣和径向槽，优选为T字形结构。

优选地，所述的压块2的数量、位置与待处理坯料6需要加工为矮纵筋的数量、位置相匹配。

如图5所示，本实施例涉及一种基于上述装置的不等高外筋筒体径向挤压成形的制造方法，具体包括：

1)内心轴5安装进坯料6的中心，将上盖板1与下盖板4利用螺栓固定在内心轴5上，实现坯料6的轴向约束与径向约束；随后将12块随动模具3依次通过T形卡扣，滑动式插入上盖板1和下盖板4对应的T形槽中，直至随动模具3的三道横向凹槽与坯料6的三条横筋完美嵌合，实现坯料6的周向约束。

2)将8块压块2同时朝径向开始压缩，坯料6对应的纵筋在压块2径向压力的作用下，纵筋高度开始下降，纵筋多余的材料逐渐向筋下方的薄壁处流动，薄壁的壁厚逐渐增大，随动模具3逐渐朝径向扩大的方向运动。

3)将8块压块2径向压缩到指定深度时停止运动，并开始朝反方向运动，与坯料6分离，拧下螺栓，取下上盖板1与下盖板4，取出内心轴5，获得如图9所示的不等高外筋筒体。

如图8所示，为上述方法制备得到的筒体结构的待处理坯料6，其外表面上设有周向上的3条外横筋8和轴向上的12条窄外纵筋7。

对于只有纵筋7的坯料6，仍然可以使用不等高外筋筒体径向挤压成形的制造方法进行加工。

如图10所示，当坯料6外表面具有周向上的3条外横筋8和轴向上的16条宽外纵筋7时，其制备过程如图6所示，通过12块压块2采用与上述相同的步骤获得如图11所示的不等高外筋筒体。

如图12所示，当坯料6外表面具有周向上的3条外横筋8和轴向上的16条宽外纵筋7，且其纵筋的间距由大、小两种组成时，其制备过程如如图7所示，通过如图14和图15所示的两种宽度形式的随动模具3，即大圆心角和小圆心角，分别安装于坯料6间距较小和较大的两纵筋之间，采用与上述相同的步骤获得如图13所示的不等高外筋筒体。

如图12所示，制备得到的不等高外筋筒体的高筋两侧的矮筋更加靠近，从而让矮纵筋在径向挤压成形过程中多余的材料均匀的分布于薄壁处，令加工后坯料6的壁厚仍然保持一致。

经过径向挤压加工过程仿真模拟，设置压块的移动速度为5mm/min并模拟上述工艺，可径向积压制造出低筋为10mm高筋为20mm的带不等高外筋筒形零件。

相比现有带外筋筒体成形制造方法一般为旋压成形和旋挤成形，旋压成形一般是对筒形坯料进行周向、径向的约束，通过旋轮的运动成形外筋的制造方法；旋挤成形一般采用一端固定，另一端轴线进给旋挤加工的制造方法，本发明采用固定坯料的轴向、径向、周向运动，利用压块同时对外筋进行挤压的制造方法，由于若干个压块同时在径向加工，在相同进给速度的条件下，大大提高了加工制造效率；现有的旋挤成形制造方法，通过两端旋轮在轴向进给的同时控制径向进给，只能制造高度不同的外横筋，而本发明利用压块同时挤压的方式，通过随动模块的随动约束，能够完成带高度不同的外纵筋筒体的制造。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (9)

1.一种不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征在于，包括：上、下盖板以及设置于同一半径上的若干扇形曲面结构的随动模具、压块和内心轴，其中：待处理坯料位于内心轴和随动模具之间，每一片随动模具的圆心角大小与待处理坯料的外纵筋间距相匹配，压块设置于相邻两块随动模具之间。

2.根据权利要求1所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的随动模具的内表面上设有水平的凹槽，该凹槽的形状与待处理坯料的外横筋形状相匹配。

3.根据权利要求1所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的随动模具的两端设有卡扣，对应上、下盖板上设有径向槽，卡扣滑动式插入上盖板和下盖板的径向槽中实现随动模具的活动设置。

4.根据权利要求3所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的卡扣和径向槽均为T字形结构。

5.根据权利要求1所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的上、下盖板分别与内心轴通过螺栓固定连接。

6.根据权利要求1-4中任一所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的随动模具的内表面上设有水平的凹槽，该凹槽的形状与待处理坯料的外横筋形状相匹配。

7.根据权利要求1所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的压块的两侧面互不平行，即具有拔模斜度。

8.根据权利要求1所述的不等高外筋筒体径向挤压成形装置，其特征是，所述的待处理坯料为带有等高纵横外筋的薄壁筒形件。

9.一种基于权利要求1-8中任一所述不等高外筋筒体径向挤压成形装置的不等高外筋筒体径向挤压成形的制造方法，其特征在于，首先将内心轴设置于待处理坯料的中心，固定上盖板和下盖板对待处理坯料的进行径向约束与轴向约束；其次随动模具通过T字形卡扣与上盖板和下盖板的T字形槽过盈配合，对坯料进行周向约束；之后所有压块同步对坯料低筋位置处进行径向挤压，多余的材料向坯料的壁板处流动，随动模具随着壁板的厚度增加进行被动径向运动，实现不等高外筋筒体径向挤压成形。

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