CN116213540A - 内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺 - Google Patents

Abstract

内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺，使用内、外旋轮沿筒形件坯料圆周对称均匀分布，外旋轮旋轧完当前道次后沿轴向向下移动完成下一道次对筒形件坯料的加工，直至沿轴向移动至内旋轮底端后，内、外旋轮同时沿轴向向下移动并重复上述加工过程，直至完成对筒形件坯料的加工；在对轮旋轧成形过程中，筒形件坯料减薄硬化，性能得到改善，并且不存在旋压过程中轴向进给带来的轴向应力造成的鼓形褶皱以及内侧加强筋拉断的情况；应对不同尺寸的筒形件坯料以及不同尺寸、形状的内侧加强筋，无需准备不同的芯模，只更换不同的内旋轮，加工灵活度高、成本低；成形件具有表面质量高、材料性能好、近净成形材料利用率高的优点。

Description

内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺

技术领域

本发明内筋薄壁筒形件成形技术领域，具体涉及一种内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺。

背景技术

超大直径(几米甚至几十米直径)内筋薄壁筒形件广泛应用于飞机筒体、压力容器壳体、潜艇回转壳体、航天火箭发动机燃料贮箱和发动机壳体等，其中内部加强筋主要用途在于提高薄壁回转体零件的强度。复杂的使用条件常常要求内筋薄壁回转体零件具有高强度、低重量等特点。

现有对带有內筋的大直径筒形件通常采用拼焊和有芯模旋压两种方法进行加工。拼焊加工(曾祥,樊晓光,李宏伟,詹梅,高鹏飞,陈奇.带内筋复杂薄壁件旋压成形研究进展[J].精密成形工程,2019,11(05):21-31.)是将板料滚轧成形后拼焊成筒形件即可得到带有內筋的筒形件，该方法工序简单、生产效率高，但是采用该方法成形筒形件时，由众多压弯的小板焊接而成，存在大量焊缝，一条轴向焊缝会降低筒体强度1/2、切向焊缝会降低筒体强度1/3，为保证所需强度必须增加板材厚度，从而导致其质量增加，从而拼焊结构的火箭发动机筒体重量会显著高于采用超大直径内筋薄壁筒体零件对轮旋轧新工艺成形的筒体。

采用整体芯模带有内筋槽型的旋压加工(曾祥,樊晓光,李宏伟,詹梅,高鹏飞,陈奇.带内筋复杂薄壁件旋压成形研究进展[J].精密成形工程,2019,11(05):21-31.)存在芯模直径太大，使得有芯模强力旋压费用增加二分之一；芯模表面带有内筋槽，外旋轮将筒形工件坯料强力旋压进入该槽，因为外旋轮使得坯料承受巨大的轴向应力，造成筒形坯料内侧加强筋被拉断或拉裂的现象，从而使旋压过程失败，产生废次品。

综上所述，内筋薄壁筒体目前的切削加工拼焊和整体芯模强力旋压存在以下不足：切削与拼焊工艺生产效率低，存在大量焊缝，焊接焊缝削弱筒体强度，造成工件整体重量增大；整体芯模强力旋压工艺，造成芯模制造费用高，旋压过程内筋会被拉裂或拉断，造成废次品。

因此，传统的大直径带內筋的筒形件加工方法已经不能满足改变壁厚、高效、高性能、高精度以及轻量化的要求。因此，迫切需要一种可以对大直径带內筋的筒体整体成形的新形制造工艺。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺，结合对轮强力旋压和轧制的原理，在对轮旋轧成形过程中，对于不同尺寸的加工件以及不同内侧加强筋形状，不用增设不同尺寸的芯模，节约了大量成本；同时在加工过程中由于没有轴向进给带来的轴向应力，所以不易出现轴向的鼓形褶皱，具有成形直径易调整、成形载荷小、精度高、工件残余应力小、材料利用率高等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺，包括以下步骤：

第一步，将筒形件坯料5夹持于旋轧设备的夹具6上，通过销钉7将筒形件坯料5固定在夹具6上；夹具6与旋轧设备主轴8连接；

第二步，启动旋轧设备主轴8，旋轧设备主轴8通过夹具6带动筒形件坯料5进行转动，外旋轮3从筒形件坯料5最上端外围一圈开始径向进给，同时伺服电机1通过行星减速器2带动外旋轮3主动旋转，利于筒形件坯料5的径向减薄以及内侧加强筋的形成，通过伺服电机1以及行星减速器2控制外旋轮3外侧与筒形件坯料5内侧相切处转动的线速度相同，保证筒形件坯料5内侧加强筋成形完整连贯；

第三步，外旋轮3向径向反方向进给，远离筒形件坯料5；外旋轮3向下轴向运动距离小于外旋轮3的中部工作区域；

第四步，外旋轮3按照第一步至第三步继续进行径向进给，完成第二道次的减薄、内侧加强筋成形工作；

第五步，当外旋轮3沿轴向进给至接近内旋轮4底端处，内旋轮4沿轴向向下进给，内旋轮4向下轴向运动距离小于内旋轮4的高度；

第六步，重复上述第一步至第六步，直至完成筒形件坯料4的内侧加强筋的成形工作；

第七步，完成减薄、内侧加强筋成形工作后，撤离外旋轮3、内旋轮4，停止旋轧设备主轴8和伺服电机1，取出筒形件坯料5。

在外旋轮3对筒形件坯料5进行强力旋轧成形的加工过程中，通过控制外旋轮3的径向进给速度以及内旋轮4、旋轧设备主轴8的转速使得内旋轮4与筒形件坯料5相切处旋转的线速度一致，得到期望的直径和壁厚以及内侧加强筋的筒形件坯料5。

所述的外旋轮3以及内旋轮4通过传动轴和行星减速器2的输出轴连接，行星减速器2的输入轴与伺服电机1连接，伺服电机1的转速可调，使得筒形件坯料5与内旋轮4相切处回转的线速度相同。

所述的筒形件坯料5由圆周对称分布的销钉7固定在夹具6上。

所述的对轮旋轧采用四对外旋轮3与内旋轮4沿筒形件坯料5圆周均匀对称分布，同时对筒形件坯料5沿内外表面进行加工。

所述外旋轮3的中部工作区域为一段圆柱端面区域，用于完成筒壁逐渐减薄的轧制工作，圆柱工作区间上下为倾斜面区域，二者之间通过圆角连接。

所述的内旋轮4高度大于外旋轮3高度的五倍以上。

综上所述，相对于现有技术，本发明结合了有芯模旋压成形原理，但非整体芯模，而是多个芯模；将对轮强力旋压原理和板材轧制原理融合，实现大直径或超大直径内筋薄壁筒形件的高效高性能成形，因此，本发明具有以下优点：

本发明在对轮主动强力旋轧时，外旋轮3主动转动，无需完全由筒形件坯料5与夹具6传递转矩，减少加工成形过程中产生的扭矩，从而减少筒形件坯料5扭曲失稳的情况。

本发明在对轮主动强力旋轧时，外旋轮3在接触筒形件坯料5时，只进行径向进给而不存在轴向进给带来的较大轴向应力，极大程度上解决旋压过程中产生鼓形褶皱，以及对内侧加强筋成形过程中，内侧加强筋因轴向应力被拉断的情况，提高了内筋薄壁筒体的成形质量。

本发明内旋轮4高度大于外旋轮3高度的五倍以上。其原因在于内旋轮4只存在轴向移动，并不存在径向移动，故增加其轴向长度，减少其轴向移动的次数以简化成形过程。

本发明在对轮强力主动旋轧成形的过程中，不存在对轮旋压成形工程中因轴向进给而产生的道次间的螺旋线道痕，能有效提高筒形件坯料5的表面成形精度。

附图说明

图1是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形起始布局示意图。

图2是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形第一道次径向进给过程示意图。

图3是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形第一道次外旋轮撤出过程示意图。

图4是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形第二道次径向进给过程示意图。

图5是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形内旋轮轴向进给过程示意图。

图6是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形内外旋轮退离过程示意图。

图7是本发明实施例内筋薄壁筒体对轮旋轧成形剖面俯视图。

图8是本发明实施例外旋轮结构与传统旋压轮结构对比图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做详细地描述。

参照图1-图7，一种内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺，对轮旋轧采用四对外旋轮3和内旋轮4沿筒形件坯料5圆周对称均匀分布，同时对筒形件坯料5的内外表面进行加工，通过每圈工作范围的下移完成对筒形件坯料5的减薄以及内侧加强筋的成形，包括以下步骤：

第一步，将筒形件坯料5夹持于旋轧设备的夹具6上，通过销钉7将筒形件坯料5固定在夹具6上；本实施例将筒形件坯料5由圆周分布的销钉7固定在夹具6上，防止筒形件坯料5在转动时，与夹具6之间发生相对滑动，以及会造成旋轧过程中不稳定的其他运动；

夹具6与旋轧设备主轴8相连接，由旋轧设备主轴8提供动力，带动夹具6以及筒形件坯料5进行圆周运动；

第二步，启动旋轧设备主轴8，旋轧设备主轴8通过夹具6带动筒形件坯料5进行转动，外旋轮3从筒形件坯料5最上端外围一圈开始径向进给，同时伺服电机1通过行星减速器2带动外旋轮3主动旋转，利于筒形件坯料5的径向减薄以及内侧加强筋的形成，通过伺服电机1以及行星减速器2控制外旋轮3外侧与筒形件坯料5内侧相切处转动的线速度相同，保证筒形件坯料5内侧加强筋成形完整连贯；

所述的外旋轮3以及内旋轮4通过传动轴和行星减速器2的输出轴连接，行星减速器2的输入轴与伺服电机1连接，伺服电机1的转速可调，使得筒形件坯料5与内旋轮4相切处回转的线速度相同；

第三步，外旋轮3向径向反方向进给，远离筒形件坯料5，为保证两个道次工作区间有重叠部分，外旋轮3向下轴向运动距离小于外旋轮3的中部工作区域；

第四步，外旋轮3按照第一步至第三步继续进行径向进给，完成第二道次的减薄、内侧加强筋成形工作；

第五步，当外旋轮3沿轴向进给至接近内旋轮4底端处，内旋轮4沿轴向向下进给，为保证成形工作的连续性，内旋轮4向下轴向运动距离小于内旋轮4的高度；

第六步，重复上述第一步至第六步，直至完成筒形件坯料4的内侧加强筋的成形工作；

第七步，完成减薄、内侧加强筋成形工作后，撤离外旋轮3、内旋轮4，停止旋轧设备主轴8和伺服电机1，取出筒形件坯料5。

在外旋轮3对筒形件坯料5进行强力旋轧成形的加工过程中，通过控制外旋轮3的径向进给速度以及内旋轮4、旋轧设备主轴8的转速使得内旋轮4与筒形件坯料5相切处旋转的线速度一致，得到期望的直径和壁厚以及内侧加强筋的筒形件坯料5。

参照图8，所述的外旋轮3区别于传统旋压轮9，传统旋压轮9中部设有旋压棱，旋压时产生螺旋线道痕；外旋轮3的中部工作区域为一段圆柱端面区域，用于完成筒壁逐渐减薄的轧制工作，圆柱上下两侧为倾斜面区域，倾斜面区域与工作区域之间通过圆角连接，有利于旋轧开始时外旋轮3咬入筒形件坯料5，且在旋轧过程中方便材料向上下两侧流动。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均属本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种内筋薄壁筒体内外对轮主动强力旋轧分段渐进成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将筒形件坯料(5)夹持于旋轧设备的夹具(6)上，通过销钉(7)将筒形件坯料(5)固定在夹具(6)上；夹具(6)与旋轧设备主轴(8)连接；

第二步，启动旋轧设备主轴(8)，旋轧设备主轴(8)通过夹具(6)带动筒形件坯料(5)进行转动，外旋轮(3)从筒形件坯料(5)最上端外围一圈开始径向进给，同时伺服电机(1)通过行星减速器(2)带动外旋轮(3)主动旋转，利于筒形件坯料(5)的径向减薄以及内侧加强筋的形成，通过伺服电机(1)以及行星减速器(2)控制外旋轮(3)外侧与筒形件坯料(5)内侧相切处转动的线速度相同，保证筒形件坯料(5)内侧加强筋成形完整连贯；

第三步，外旋轮(3)向径向反方向进给，远离筒形件坯料(5)；外旋轮(3)向下轴向运动距离小于外旋轮(3)的中部工作区域；

第四步，外旋轮(3)按照第一步至第三步继续进行径向进给，完成第二道次的减薄、内侧加强筋成形工作；

第五步，当外旋轮(3)沿轴向进给至接近内旋轮(4)底端处，内旋轮(4)沿轴向向下进给，内旋轮(4)向下轴向运动距离小于内旋轮(4)的高度；

第六步，重复上述第一步至第六步，直至完成筒形件坯料(4)的内侧加强筋的成形工作；

第七步，完成减薄、内侧加强筋成形工作后，撤离外旋轮(3)、内旋轮(4)，停止旋轧设备主轴(8)和伺服电机(1)，取出筒形件坯料(5)。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：在外旋轮(3)对筒形件坯料(5)进行强力旋轧成形的加工过程中，通过控制外旋轮(3)的径向进给速度以及内旋轮(4)、旋轧设备主轴(8)的转速使得内旋轮(4)与筒形件坯料(5)相切处旋转的线速度一致，得到期望的直径和壁厚以及内侧加强筋的筒形件坯料(5)。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的外旋轮(3)以及内旋轮(4)通过传动轴和行星减速器(2)的输出轴连接，行星减速器(2)的输入轴与伺服电机(1)连接，伺服电机(1)的转速可调，使得筒形件坯料(5)与内旋轮(4)相切处回转的线速度相同。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的筒形件坯料(5)由圆周对称分布的销钉(7)固定在夹具(6)上。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的对轮旋轧采用四对外旋轮(3)与内旋轮(4)沿筒形件坯料(5)圆周均匀对称分布，同时对筒形件坯料(5)沿内外表面进行加工。

6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述外旋轮(3)的中部工作区域为一段圆柱端面区域，用于完成筒壁逐渐减薄的轧制工作，圆柱工作区间上下为倾斜面区域，二者之间通过圆角连接。

7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述的内旋轮(4)高度大于外旋轮(3)高度的五倍以上。

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