CN118616580A - 一种锥筒体零件及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锥筒体零件加工技术领域，尤其涉及一种锥筒体零件及成型方法，通过根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段，并计算毛坯的直锥段厚度和平直段厚度；根据毛坯的直锥段厚度和平直段厚度，进行毛坯加工，得到加工毛料；将加工毛料进行强力旋压成型，实现直边锥筒体零件的制备。经过对毛坯各段厚度的计算，可以避免设计不合理的工装、定制厚度或者直径不合理的毛坯，减少试加工产生的不必要的废品，极大降低了生产成本。采用强旋压成型的方式进行零件的加工，取消了壳体焊缝，加工零件质量好、合格率高。解决现有技术中存在的直边锥筒体零件材料屈服强度大，加工抗力高，成型过程中极易回弹导致的加工质量差、合格率低、成本高的问题。

Description

一种锥筒体零件及成型方法

技术领域

本发明涉及锥筒体零件加工技术领域，具体为一种锥筒体零件及成型方法，尤其是一种直边锥筒体零件及强旋成型方法。

背景技术

随着机械制造技术的飞速发展，最小厚度仅为0.3mm左右薄壁钣金件在机械装备中大量应用，此类轻质、薄壁构件具有较高形位尺寸精度要求，加工难度很大。直边锥筒零件是一种具有特定几何形状和尺寸精度的零件，由于壁厚薄、质量轻、尺寸精度高，广泛应用于精密设备制造如航空航天设备、精密仪器等，以及高端制造业如核电装备、石化装备等领域。但这类零件材料屈服强度大，加工抗力高，成型过程中极易回弹。

目前该类零件主要采用钣金成型和冲压成型加工，钣金成型存在焊接变形控制困难，一次焊接合格率低，材料利用率低和加工周期长的缺点；冲压成型的工艺存在拉伸深度过大，极易撕裂，成型精度低，易产生回弹和模具制造成本高、周期长的问题，而无法满足直边锥筒体零件的制造需求。

发明内容

针对现有技术中存在的直边锥筒体零件材料屈服强度大，加工抗力高，成型过程中极易回弹导致的加工质量差、合格率低、成本高的问题，本发明提供一种锥筒体零件及成型方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供一种锥筒体零件成型方法，包括：

根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段；

计算毛坯的直锥段厚度；

计算毛坯的平直段厚度；

根据毛坯的直锥段厚度和平直段厚度，进行毛坯加工，得到加工毛料；

将加工毛料进行强力旋压成型，得到锥筒体零件。

进一步地，根据加工零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段的方法为：

将零件的底面向平直板毛坯料上投影；

按投影轮廓对相应部位进行标记；

将标记的零件直锥段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的直锥段，将标记的零件平直段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的平直段。

进一步地，计算毛坯的直锥段厚度的方法为：

其中，t⁰为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚，α为零件半锥角。

进一步地，计算毛坯的平直段厚度的方法为：

其中，t¹为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚。

进一步地，将加工毛料进行强力旋压成型时，通过强力旋压设备对加工毛料进行强力旋压成型，所述强力旋压设备包括机床，所述机床的主轴的端部连接有旋压模胎；旋压成型后，所述旋压模胎外壁与零件内壁贴合；旋压模胎外部设置有滚轮；所述旋压模胎的端部连接机床尾顶。

进一步地，所述滚轮与加工毛料之间以及加工毛料与旋压模胎之间设置有二硫化钼。

进一步地，旋压模胎表面的光洁度大于等于Ra1.6。

进一步地，所述滚轮与旋压模胎之间增设有-15％的回弹量。

进一步地，滚轮的旋压部为圆弧状，圆弧半径为零件壁厚的2～3倍。

本发明提供一种锥筒体零件，利用上述的成型方法加工成型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明一种锥筒体零件成型方法。该方法通过根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段，并计算毛坯的直锥段厚度和平直段厚度；根据毛坯的直锥段厚度和平直段厚度，进行毛坯加工，得到加工毛料；将加工毛料进行强力旋压成型，实现直边锥筒体零件的制备。经过对毛坯各段厚度的计算，可以避免设计不合理的工装、定制厚度或者直径不合理的毛坯，减少试加工产生的不必要的废品，极大降低了生产成本。采用强旋压成型的方式进行零件的加工，取消了壳体焊缝，加工零件质量好、合格率高。经检测，加工后的零件直径尺寸、型面轮廓度精度都保证在0.4mm以内，壁厚精度控制在0.05mm以内，工件加工质量远优于钣焊成型零件。加工效率极高，采用钣焊成型工艺加工此类零件，每件至少需要5～10d，采用此技术后，加工工时缩短在30min以内，加工效率提高99％以上，且工装需求数量明显减少，只需要一套旋压模具，较钣焊成型工艺减少了焊接夹具、热处理夹具、成型模具、车床夹具，工装需求减少85％，进一步降低了加工成本。

旋压模胎表面的光洁度大于等于Ra1.6，进一步保证加工后零件表面的光洁度。

所述滚轮与旋压模胎之间增设有-15％的回弹量，以降低加工过程中旋压模胎发热膨胀对零件加工精度的影响。

滚轮的旋压部为圆弧状，圆弧半径为零件壁厚的2～3倍，以避免零件加工过程中产生裂纹，提升零件表面光洁度。

本发明还提供一种锥筒体零件，利用上述成型方法加工成型。该零件直径尺寸、型面轮廓度精度都在0.4mm以内，壁厚精度控制在0.05mm以内，表面光洁度可以达到Ra1.6以上，可更好的满足于高端装备制造的需求。

附图说明

图1为本发明的一种锥筒体零件成型方法的示意图。

图2为零件结构示意图。

图3为本发明的根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段投影示意图。

图4为本发明的强旋压装配状态结构示意图。

图5为本发明的强旋压装配状态剖面结构示意图

其中，1-尾顶，2-加工毛料，3-滚轮，4-旋压模胎，5-零件，6-主轴，51-零件平直段，52-零件直锥段，21-毛坯的直锥段，22-毛坯的平直段。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明公开了一种锥筒体零件成型方法，参照图1，包括：

S1：根据零件5的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段，具体为：

参见图2，直边锥筒体的零件5包括零件平直段51和零件直锥段52；参见图3，将零件的底面向平直板毛坯料上投影；按投影轮廓对相应部位进行标记；将标记的零件直锥段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的直锥段21，将标记的零件平直段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的平直段22。参见图4和图5，强力旋压的变形是纯剪切变形，加工毛料2在旋压过程中只有轴向的剪切滑移，而无任何其他变形。从纵断面上看，加工毛料2犹如一叠同心圆环，成型过程中加工毛料2在外力作用下各层圆环依次地沿着回转轴线滑移，形成锥角为2α的圆锥环件，根据锥形零件强力旋压基本原理，图中位置a、b、c和d四点旋压加工前后相投部位投影壁厚不变，因此采用如图3所示利用零件投影厚度来反向计算所需求加工毛料2的尺寸。

S2：计算毛坯的直锥段厚度，具体为：

强力旋压的毛坯厚度和成型后零件5的厚度严格遵循正弦规律，因此在计算时，

其中，t⁰为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚，α为零件半锥角。

S3：计算毛坯的平直段厚度，具体为：

带直边锥筒体的零件5可以看作一个半锥角逐渐增大的变型面锥体，其最大半锥角部位为直边部位，半锥角为90°，则毛坯的平直段厚度为：

其中，t¹为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚。

S4：根据毛坯的直锥段厚度21和毛坯的平直段厚度22，进行毛坯加工，得到加工毛料2；

S5：将加工毛料进行强力旋压成型，得到锥筒体零件，具体为：参见图4和图5，将加工毛料2进行强力旋压成型时，通过强力旋压设备对加工毛料2进行强力旋压成型，所述强力旋压设备包括机床，所述机床的主轴6的端部连接有旋压模胎4；旋压成型后，所述旋压模胎4外壁与零件5内壁贴合；旋压模胎4外部设置有滚轮3；所述旋压模胎4的端部连接机床尾顶1。强力旋压过程中壁厚尺寸严格遵守正弦规律，理论状态下只需要按板料正弦值计算即可，但实际加工中在旋压过程中旋压模胎4和滚轮3包括设备都发生弹性变形，强力旋压过程中旋压模胎4会急剧发热，发热后旋压模胎4产生膨胀又会使该值发生改变，经过反复检验，旋压模胎4和滚轮3之间需要增加-15％回弹量，以极大降低上述影响。优选地，所述旋压模胎4的材料为ZG45，旋压模胎4表面的光洁度大于等于Ra1.6。在旋压过程中，零件5与滚轮和旋压模胎4与零件之间接触面上材料在高压作用下产生流动，若不增加润滑很容易发生粘接，因此在旋压时必须进行充分的润滑。一般在冷旋铝合金或者低碳钢等材料时，由于产生变形热不大，一般采用机油进行润滑，但在强旋成型过程中，材料的局部变形量和变形量都相当大，而且工件与旋轮及芯模接触面上的摩擦也十分严重，因而在旋压过程中不可避免地产生大量热量，容易造成机油挥发，所以在强力旋压过程中应该使用固体润滑剂二硫化钼。

滚轮3的旋压部为圆弧状，圆弧半径R为零件壁厚的2～3倍，采用此圆角的滚轮加工零件不易产生裂纹，表面光洁度高。

在调试好设备之间的距离后，启动设备进行强旋压加工。既可以采用强力旋压一道次加工而成，也可以采用普通旋压多道次加工，但不锈钢等材料旋压成形回弹量远大于常见的铜、铝等材料，常温状态下普通旋压时容易产生回弹，若对毛坯回弹控制不佳，易造成失稳，产生起皱、破裂等问题，要避免零件旋压回弹则需要加热以降低材料屈服强度，而加热又可能造成板料过烧、模具加热膨胀、设备主轴过热等问题。理想成型工艺是直接强力旋压加工完成。

本发明还提供一种锥筒体零件，利用上述成型方法加工成型。该零件直径尺寸、型面轮廓度精度都在0.4mm以内，壁厚精度控制在0.05mm以内，表面光洁度可以达到Ra1.6以上，可更好的满足于高端装备制造的需求。

需要说明的是，以上零件结构为举例过程中的结构，在进行实际操作过程中，类似的零件均可采用本发明所产生的思想进行加工。

综上所述，本发明提供一种锥筒体零件及成型方法，通过根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段，并计算毛坯的直锥段厚度和平直段厚度；根据毛坯的直锥段厚度和平直段厚度，进行毛坯加工，得到加工毛料；将加工毛料进行强力旋压成型，实现直边锥筒体零件的制备。经过对毛坯各段厚度的计算，可以避免设计不合理的工装、定制厚度或者直径不合理的毛坯，减少试加工产生的不必要的废品，极大降低了生产成本。采用强旋压成型的方式进行零件的加工，取消了壳体焊缝，加工零件质量好、合格率高。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锥筒体零件成型方法，其特征在于，包括：

根据零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段；

计算毛坯的直锥段厚度；

计算毛坯的平直段厚度；

根据毛坯的直锥段厚度和平直段厚度，进行毛坯加工，得到加工毛料；

将加工毛料进行强力旋压成型，得到锥筒体零件。

2.根据权利要求1所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，根据加工零件的结构，将毛坯划分为直锥段和平直段的方法为：

将零件的底面向平直板毛坯料上投影；

按投影轮廓对相应部位进行标记；

将标记的零件直锥段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的直锥段，将标记的零件平直段在平直板毛坯料上投影的轮廓划分为毛坯的平直段。

3.根据权利要求1所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，计算毛坯的直锥段厚度的方法为：

其中，t⁰为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚，α为零件半锥角。

4.根据权利要求1所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，计算毛坯的平直段厚度的方法为：

其中，t¹为毛坯的直锥段厚度，t为零件壁厚。

5.根据权利要求1所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，将加工毛料进行强力旋压成型时，通过强力旋压设备对加工毛料进行强力旋压成型，所述强力旋压设备包括机床，所述机床的主轴的端部连接有旋压模胎；旋压成型后，所述旋压模胎外壁与零件内壁贴合；旋压模胎外部设置有滚轮；所述旋压模胎的端部连接机床尾顶。

6.根据权利要求5所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，所述滚轮与加工毛料之间以及加工毛料与旋压模胎之间设置有二硫化钼。

7.根据权利要求5所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，旋压模胎表面的光洁度大于等于Ra1.6。

8.根据权利要求5所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，所述滚轮与旋压模胎之间增设有-15％的回弹量。

9.根据权利要求5所述的锥筒体零件成型方法，其特征在于，滚轮的旋压部为圆弧状，圆弧半径为零件壁厚的2～3倍。

10.一种锥筒体零件，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的成型方法加工成型。