CN117340103A - 一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置及胀形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金设备技术领域，特别涉及一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置及胀形方法。一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，包括芯筒、上盖和下盖，下盖上部在芯筒外侧以芯筒轴线为对称中心设有多个辐射状的滑轨，滑轨上设有滑块，滑块远离芯筒一侧的滑轨上设有胀形模具组，胀形模具组远离滑块一侧的滑轨上安装有环形锻件，芯筒外侧设有密封环，密封环外侧设有高压皮囊，密封环与高压皮囊之间形成可膨胀密封腔，芯筒上设有高压管，一端与芯筒内腔相连通，另一端与可膨胀密封腔相连通。本发明通过采用高压皮囊直接从水平方向驱动多个滑块从环形锻件内部产生胀形力，从而消除环形锻件残余应力，减少或消除椭圆度，提高环形锻件的整体均匀性。
Description
技术领域
本发明属于冶金设备技术领域，特别涉及一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置及胀形方法。
背景技术
随着中国及世界航空航天事业的快速发展，对于环形锻件的需求日益增多，运载火箭不仅要求环形锻件的直径越来越大，而且对大直径环形金属锻件的质量要求越来越高，尤其是环形锻件的整形均匀性。
环形锻件目前现有的成形方法包括马杠扩孔、径轴向数控轧制、分段拼焊、离心铸造+径向锻造和增材制造，其中最常用的方法是径轴向数控轧制。轧制过程中的不均匀受力会产生残余应力，多辊协调控制会出现椭圆，因此需要采用胀形的方法消除残余应力，减少或消除椭圆，提高环形锻件的整体均匀性。
工程实际中通常采用的方法是机械胀形的方式，即：一个固定在胀形底座上带有整体机架的大油缸从下面驱动带锥度的圆锥楔块，圆锥楔块上下运动，通过多个均匀分布的斜面的将垂直力转化为水平力，驱动一整圈均匀分布的多个滑块(16或18)从内部顶环形锻件产生胀形力，胀形一次后滑块退回，环形锻件被转动一个小角度继续胀形，直到消除椭圆度和残余应力为止；斜面的偏差导致胀形力的不均匀，而且斜面摩擦会损失大量的能量，降低设备的可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置及胀形方法，该装置采用高压皮囊直接从水平方向驱动多个滑块从环形锻件内部产生胀形力，从而消除环形锻件的残余应力，减少或消除椭圆度，提高环形锻件的整体均匀性。
本发明的技术方案在于：一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，包括芯筒，所述芯筒上下分别设有上盖和下盖，所述下盖上部在所述芯筒外侧以芯筒轴线为对称中心设有多个辐射状的滑轨，所述滑轨上设有滑块，所述滑块远离所述芯筒一侧的滑轨上设有胀形模具组，所述胀形模具组远离所述滑块一侧的滑轨上安装有环形锻件，所述芯筒外侧设有密封环，所述密封环外侧设有高压皮囊，所述密封环与高压皮囊之间形成可膨胀密封腔，所述芯筒上设有高压管，所述高压管一端与芯筒内腔相连通，另一端与可膨胀密封腔相连通。
所述高压皮囊上部外侧与所述上盖之间设有上垫板，所述高压皮囊下部外侧与所述下盖之间设有下垫板。
所述滑块为扇形，多个所述滑轨上的滑块组成圆环形。
所述上盖和下盖之间设有多个导向螺柱组，所述导向螺柱组包括穿过上盖和下盖之间的螺柱和位于螺柱两端的紧固螺母，所述导向螺柱组将所述上盖、芯筒和下盖压紧固定。
所述高压皮囊的材质为聚氨酯，所述高压皮囊工作压力范围为0~150 MPa。
所述高压皮囊为圆环形，圆环形高压皮囊的横截面为矩形，所述高压皮囊的圆环内径与滑块组成圆环形的外径相同。
所述密封环上下两端分别设有相互连接的密封头和脖颈，所述密封头位于密封环最外侧，其厚度大于脖颈厚度，所述密封头、脖颈、芯筒与上盖和下盖分别形成密封固定腔，将所述高压皮囊的端部进行密封固定。
一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形的方法，使用如上所述任意一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，包括以下步骤：
S1：将滑块、胀形模具组和环形锻件依次安装在滑轨上；
S2：通过与密封环相连的高压管的内孔P口充入高压液体，在高压液体的作用下高压皮囊开始胀大，通过下盖和上盖的限制，高压皮囊只能向芯筒直径方向胀大，推动滑块向外运动，滑块又推动胀形模具组向外运动，胀形模具组又对环形锻件施加作用力，使得环形锻件产生胀形，环形锻件直径增大2%~3%，借助趋圆效应消除环形锻件的椭圆形；
S3：在环形锻件趋圆后，通过与密封环相连的高压管的内孔P口继续充入高压液体，控制环形锻件的塑性变形量，保持环形锻件直径增大3%不变，消除环形锻件沿截面的残余应力分布不均的情况。
本发明的技术效果在于：1.本发明通过采用高压皮囊从滑块内侧直接驱动滑块，省去了现有机械胀形技术中斜面摩擦副的能量转换，消除了斜面摩擦副之间因为摩擦导致的能量损失和造成的设备可靠性差的问题；2.本发明高压皮囊为圆环形，环形锻件是在一个整圈的高压皮囊作用下经过一圈均布的模具驱动胀形的，可以产生趋圆效应，可以有效的消除椭圆；3.本发明胀形过程中在环形锻件趋圆后再施加一定可控的压力，控制环形锻件的塑性变形量，从而消除沿截面的残余应力，提高环形锻件整体的均匀性。
以下将结合附图进行进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置的结构示意图。
图2为本发明实施例高压皮囊的密封结构示意图。
附图标记：1-上垫板，2-芯筒，3-密封环，4-高压管，5-高压皮囊，6-下垫板，7-下盖，8-滑轨，9-环形锻件，10-胀形模具组，11-滑块，12-导向螺柱组，13-上盖，301-密封头，302-脖颈。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，包括芯筒2，所述芯筒2上下分别设有上盖13和下盖7，所述下盖7上部在所述芯筒2外侧以芯筒2轴线为对称中心设有多个辐射状的滑轨8，所述滑轨8上设有滑块11，所述滑块11远离所述芯筒2一侧的滑轨8上设有胀形模具组10，所述胀形模具组10远离所述滑块11一侧的滑轨8上安装有环形锻件9，所述芯筒2外侧设有密封环3，所述密封环3外侧设有高压皮囊5，所述密封环3与高压皮囊5之间形成可膨胀密封腔，所述芯筒2上设有高压管4，所述高压管4一端与芯筒2内腔相连通，另一端与可膨胀密封腔相连通。
实际使用过程中，本发明将滑块11、胀形模具组10和环形锻件9依次安装在滑轨8上，通过与密封环3相连的高压管4的内孔P口充入高压液体，在高压液体的作用下高压皮囊5开始胀大，通过下盖7和上盖13的限制，高压皮囊5只能向芯筒2直径方向胀大，推动滑块11向外运动，滑块11又推动胀形模具组10向外运动，胀形模具组10又对环形锻件9施加作用力，使得环形锻件9产生胀形，借助趋圆效应消除环形锻件9的椭圆形，在环形锻件9趋圆后，通过与密封环3相连的高压管4的内孔P口继续充入高压液体，控制环形锻件9的塑性变形量，消除环形锻件9沿截面的残余应力。
实施例2
优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，所述高压皮囊5上部外侧与所述上盖13之间设有上垫板1，所述高压皮囊5下部外侧与所述下盖7之间设有下垫板6。
实际使用过程中，本发明所述高压皮囊5上部外侧与所述上盖13之间设有上垫板1，所述高压皮囊5下部外侧与所述下盖7之间设有下垫板6，通过与密封环3相连的高压管4的内孔P口充入高压液体，在高压液体的作用下高压皮囊5开始胀大，通过上垫板1、下垫板6、下盖7和上盖13的限制，高压皮囊5只能向芯筒2直径方向胀大，推动滑块11向外运动。
实施例3
优选的，在实施例1或实施例2的基础上，本实施例中，所述滑块11为扇形，多个所述滑轨8上的滑块11组成圆环形。
实际使用过程中，本发明所述滑块11为扇形，多个所述滑轨8上的滑块11组成圆环形，方便根据不同环形锻件9的尺寸选择滑块11。
实施例4
优选的，在实施例1或实施例3的基础上，本实施例中，所述上盖13和下盖7之间设有多个导向螺柱组12，所述导向螺柱组12包括穿过上盖13和下盖7之间的螺柱和位于螺柱两端的紧固螺母，所述导向螺柱组12将所述上盖13、芯筒2和下盖7压紧固定。
实际使用过程中，本发明通过穿过上盖13和下盖7之间的螺柱和位于螺柱两端的紧固螺母，将所述上盖13、芯筒2和下盖7压紧固定。
实施例5
优选的，在实施例1或实施例4的基础上，本实施例中，所述高压皮囊5的材质为聚氨酯，所述高压皮囊5工作压力范围为0~150 MPa。
实际使用过程中，本发明下盖7和上盖13、密封环3和芯筒2、滑块11组成一个密闭的环形空间，高压皮囊5处于该密闭的环形空间内，向高压皮囊5内冲入高压液体，高压皮囊5外壁紧贴该密闭空间的内壁，从而使高压皮囊5承受高压。高压皮囊的压力在0 ~150 MPa以内，此压力范围适合于工厂的实际操作。
实施例6
优选的，在实施例1或实施例5的基础上，本实施例中，所述高压皮囊5为圆环形，圆环形高压皮囊5的横截面为矩形，所述高压皮囊5的圆环内径与滑块11组成圆环形的外径相同。
实际使用过程中，本发明所述高压皮囊5为圆环形，圆环形高压皮囊5的横截面为矩形，所述高压皮囊5的圆环内径与滑块11组成圆环形的外径相同，滑块在高压皮囊的驱动下向外运动，从环形锻件的内部紧紧的顶着环形锻件进行胀形，按照在液压作用下趋圆理论，环件会自动成为一个圆形，经过一定的塑性变形消除沿截面的应力不均匀，从而实现消除椭圆和环件的残余应力。
实施例7
优选的，在实施例1的基础上，本实施例中，如图2所示，所述密封环3上下两端分别设有相互连接的密封头301和脖颈302，所述密封头301位于密封环3最外侧，其厚度大于脖颈302厚度，所述密封头301、脖颈302、芯筒2与上盖13和下盖7分别形成密封固定腔，将所述高压皮囊5的端部进行密封固定。
实际使用过程中，本发明所述密封环3上下两端分别设有相互连接的密封头301和脖颈302，所述密封头301位于密封环3最外侧，其厚度大于脖颈302厚度，所述密封头301、脖颈302、芯筒2与上盖13和下盖7分别形成密封固定腔，高压皮囊5具有与之相匹配的形状结构。当皮囊5内充入高压液体时，由于密封环的脖颈302处相对薄弱，在高压液体的压力作用下，密封环3在脖颈302处会发生弹性变形，使密封头301进一步挤压高压皮囊5，实现高压皮囊5和密封环3之间的密封，所述密封环3与高压皮囊5之间形成可膨胀密封腔，在高压液体的作用下高压皮囊5开始胀大，通过下盖7和上盖13的限制，高压皮囊5只能向芯筒2直径方向胀大，推动滑块11向外运动，滑块11又推动胀形模具组10向外运动，胀形模具组10又对环形锻件9施加作用力，使得环形锻件9产生胀形，借助趋圆效应消除环形锻件9的椭圆形。
实施例8
一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形的方法，使用如上所述任意一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，包括以下步骤：
S1：将滑块11、胀形模具组10和环形锻件9依次安装在滑轨8上；
S2：通过与密封环3相连的高压管4的内孔P口充入高压液体，在高压液体的作用下高压皮囊5开始胀大，通过下盖7和上盖13的限制，高压皮囊5只能向芯筒2直径方向胀大，推动滑块11向外运动，滑块11又推动胀形模具组10向外运动，胀形模具组10又对环形锻件9施加作用力，使得环形锻件9产生胀形，环形锻件9直径增大2%~3%不变，借助趋圆效应消除环形锻件9的椭圆形；
S3：在环形锻件9趋圆后，通过与密封环3相连的高压管4的内孔P口继续充入高压液体，控制环形锻件9的塑性变形量，保持环形锻件直径增大3%不变，消除环形锻件9沿截面的残余应力分布不均的情况。
本发明环形锻件是在一个整圈的高压皮囊作用下经过一圈均布的模具驱动胀形的，可以产生趋圆效应，可以有效的消除椭圆；在环形锻件趋圆后再施加压力，可以控制环形锻件的塑性变形量，从而消除沿截面的残余应力，提高环形锻件整体的均匀性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：包括芯筒（2），所述芯筒（2）上下分别设有上盖（13）和下盖（7），所述下盖（7）上部在所述芯筒（2）外侧以芯筒（2）轴线为对称中心设有多个辐射状的滑轨（8），所述滑轨（8）上设有滑块（11），所述滑块（11）远离所述芯筒（2）一侧的滑轨（8）上设有胀形模具组（10），所述胀形模具组（10）远离所述滑块（11）一侧的滑轨（8）上安装有环形锻件（9），所述芯筒（2）外侧设有密封环（3），所述密封环（3）外侧设有高压皮囊（5），所述密封环（3）与高压皮囊（5）之间形成可膨胀密封腔，所述芯筒（2）上设有高压管（4），所述高压管（4）一端与芯筒（2）内腔相连通，另一端与可膨胀密封腔相连通。
2.根据权利要求1所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述高压皮囊（5）上部外侧与所述上盖（13）之间设有上垫板（1），所述高压皮囊（5）下部外侧与所述下盖（7）之间设有下垫板（6）。
3.根据权利要求1所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述滑块（11）为扇形，多个所述滑轨（8）上的滑块（11）组成圆环形。
4.根据权利要求1所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述上盖（13）和下盖（7）之间设有多个导向螺柱组（12），所述导向螺柱组（12）包括穿过上盖（13）和下盖（7）之间的螺柱和位于螺柱两端的紧固螺母，所述导向螺柱组（12）将所述上盖（13）、芯筒（2）和下盖（7）压紧固定。
5.根据权利要求1所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述高压皮囊（5）的材质为聚氨酯，所述高压皮囊（5）的工作压力范围为0~150 MPa。
6.根据权利要求3所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述高压皮囊（5）为圆环形，圆环形高压皮囊（5）的横截面为矩形，所述高压皮囊（5）的圆环内径与滑块（11）组成圆环形的外径相同。
7.根据权利要求1所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：所述密封环（3）上下两端分别设有相互连接的密封头（301）和脖颈（302），所述密封头（301）位于密封环（3）最外侧，其厚度大于脖颈（302）厚度，所述密封头（301）、脖颈（302）、芯筒（2）与上盖（13）和下盖（7）分别行程密封固定腔，将所述高压皮囊（5）的端部进行密封固定。
8.一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形的方法，使用如权利要求1~7所述一种高压皮囊驱动模具环形锻件胀形装置，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将滑块（11）、胀形模具组（10）和环形锻件（9）依次安装在滑轨（8）上；
S2：通过与密封环（3）相连的高压管（4）的内孔P口充入高压液体，在高压液体的作用下高压皮囊（5）开始胀大，通过下盖（7）和上盖（13）的限制，高压皮囊（5）只能向芯筒（2）直径方向胀大，推动滑块（11）向外运动，滑块（11）又推动胀形模具组（10）向外运动，胀形模具组（10）又对环形锻件（9）施加作用力，使得环形锻件（9）产生胀形，环形锻件（9）直径增大2%~3%不变，借助趋圆效应消除环形锻件（9）的椭圆形；
S3：在环形锻件（9）趋圆后，通过与密封环（3）相连的高压管（4）的内孔P口继续充入高压液体，控制环形锻件（9）的塑性变形量，保持环形锻件（9）直径增大3%，消除环形锻件（9）沿截面的残余应力分布不均的情况。
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Cited By (2)
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| CN117884492A (zh) * | 2024-03-15 | 2024-04-16 | 中国重型机械研究院股份公司 | 一种环形锻件高压皮囊胀形滑块平衡装置及方法 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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