CN201172095Y - 双面辗压成形设备 - Google Patents

Abstract

一种双面辗压成形设备。它包括机械、加热、电控三部分。机械部分包括一个水平安装的主轴以及固定在主轴上的盘形工件，2对辗压工具对称或不对称地布置在盘件两侧，每个辗压工具轴线都与主轴中心线处于同一个水平面内，与盘件表面形成一个夹角，辗压工具头部与盘件表面接触，尾部与电机相连，并通过一个旋转平台固定在一个可水平运动的托板上，该托板通过两组互相垂直的丝杠固定在机架上，丝杠外端与电机或手轮连接。加热部分包括加热炉、控温装置、隔热与水冷装置。电控部分包括电机电源的供给和电机转动的数字化控制两个模块。使用该成形设备可以在无模、等温条件下实现大直径、高性能、复杂形状盘形工件的数控成形。

Description

双面辗压成形设备

技术领域

本发明涉及一种成形设备，具体是涉及一种双面辗压成形设备-双面辗压成形机。

背景技术

该双面辗压成形设备用于成形各类回转体形零件，特别是盘形零件。该设备的最典形的应用是燃气轮机涡轮盘的成形。涡轮盘是燃气轮机的核心部件，在高温、高压环境下工作，因此对其微观组织和机械性能有极高要求。传统的涡轮盘成形设备是按照整体锻造工艺设计的大型压力机或锻锤，这类设备主要由机架、可以上下运动的滑块、下工作台面、模具和动力源组成。上模固定在滑块下面，下模固定在工作台上。采用整体锻造工艺工作时，待成形坯料放在下模型腔中，动力源驱动滑块向下运动使上下模闭合、坯料变形填满模具型腔，达到所要求的形状。按模具温度划分，可分为普通模锻、热模锻、等温锻。当前最普及的是普通模锻，近年来国内一些厂家开始研究和使用热模锻工艺；由于等温锻模具制造困难和成本过高，当前比较普及的是钛合金涡轮盘等温锻，而高温合金涡轮盘的等温锻只有少数发达国家使用。

上述成形工艺都属于整体锻造，其显著特征是需要大型高强度材料模具和大吨位压力机，所有涡轮盘的生产批量都很小，所以模具成本所占比重极高。按传统方法估算，成形载荷与盘径平方成正比，因此大型涡轮盘成形载荷随盘径增加急剧上升，并且随着锻件精度增高，(预留机加工量减小)，所需载荷也急剧增加。例如俄罗斯锻造直径1250mm高温合金涡轮盘用7.5万吨水压机，国内虽然用3万吨水压机或100吨米对击锤也锻出了这种涡轮盘，但是尺寸精度较低，过量的机加工会降低锻件的性能。

发明内容

为了解决上述大型涡轮盘成形的技术困难，本实用新型提供一种双面辗压成形设备。使用该设备成形大型涡轮盘，坯料形状简单，不需要模具，成形载荷低，无盘件尺寸限制，成形件精度高性能好。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：按照双面辗压局部成形方法进行设备的设计制造。具体的技术措施是：

该双面辗压成形设备由机械、加热和电控三部分组成。其中机械部分包括机架、拖板、可转动主轴、标准形状辗压工具以及驱动辗压工具进给和转动的电机、丝杠与及丝杠螺母组合，主轴被可转动地水平安装在机架上，主轴可以与一个驱动电机轴连接或者不连接；待成形盘件固定在主轴上可随主轴一起转动；2对辗压工具布置在盘件两侧，每个辗压工具轴线都与主轴中心线处于同一个水平面内，与盘件表面形成一个可以调整的夹角，辗压工具头部与盘件表面接触，尾部与电机轴相连，并被可转动地固定在一个可绕其竖直轴转动的旋转平台上，旋转平台的竖直轴固定在一个可水平运动的托板上，该托板通过两组互相垂直的丝杠-丝杠螺母组合固定在机架上。靠近托板外缘的丝杠一端可以与电机轴连接也可以与手轮连接，相关电机通过导线与数控模块连接，与电机连接表示辗压工具进给为数字化控制。与手轮连接则表示辗压工具进给由人工操作。盘件同侧的两个辗压工具形状尺寸相同，其姿态和位置关于主轴中心线对称，允许盘件异侧的两对辗压工具头部形状尺寸不同，与盘件表面的夹角不同，到主轴中心距离不同。

加热部分用于加热盘件使其保持在等温状态，它包括加热炉、控温装置、隔热与水冷装置。加热炉固定在机架上，盘件整体、主轴中心部位和辗压工具的头部在加热炉内。隔热和水冷装置安装在辗压工具和主轴的端部附近，控温装置与机架并列放置，通过导线与加热炉和炉内热电偶相连。电控部分与机架、控温装置并列放置，电控部分包括所有电机的电源供给和电机转动的数字化控制两个模块，它们通过导线与电机相连，数控模块包括设计和执行数控代码的计算机专用软硬件。

上述结构特征使得本实用新型中的辗压工具有4个运动自由度：沿互相垂直的两个水平方向的平动，绕竖直轴的转动和绕自身轴线的转动。这样，当辗压工具头部压入盘件表面一定深度以后的自身转动就能造成盘件的局部辗压变形。盘件的转动和辗压工具的进给使盘件各个位置都可达到预定的辗压变形。因此本设备不需要任何模具而是通过控制辗压工具的进给和转动来控制盘件的几何形状和微观组织性能。这是本实用新型与传统涡轮盘整体成形设备的本质区别。与传统涡轮盘件成形设备相比，本实用新型的有益效果是：

(1)成形载荷小：用F表示成形载荷，则近似有F＝σs，其中σ工件材料热变形抗力，s为辗压工具和工件接触面积，它与辗压工具形状尺寸和压下有关，与工件的大小无关。即用较低成形载荷就可以实现大直径盘件的精密成形。从而大大降低了设备成本。

(2)这是一种无模成形设备，因为省去了模具的加工制造，所以极大地降低了生产成本和生产周期。

(3)工件形状没有负角限制可实现更为精密的成形，不仅提高了材料利用率，还保证了金属流线的完整，提高了工件的机械性能。

(4)这是一种柔性成形：工件的几何形状和微观组织性能完全由辗压工具的姿态和运动轨迹决定，使用系列的标准辗压工具就可以成形出各种复杂形状零件。

(5)通过调整辗压工具运动可以灵活地控制工件各部位的应变路径和应变速率，进而更有效地控制工件内部的微观组织和机械性能。

(6)通过专用计算机软件自动生成辗压工具姿态和运动控制代码，实现了复杂零件塑性体积成形全数字化控制，不仅降低了成形工艺的设计难度，对提高产品的尺寸精度和机械性能具有关键的作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是带有加热功能的双面辗压等温成形机；

图2是室温条件下双面辗压成形机；

图中1.主轴，2.工件，3.辗压工具，4.电机，5.手轮，6.丝杠，7.轴承座，8.旋转平台，9.托板，10.机架，11.加热炉。

具体实施方式

实施方案1：如图1所示，该方案是一个数控等温双面辗压成形机方案，它包括机械、加热、电控三部分，图中未示出电控部分。机械部分是本实用新型核心内容，也是成形机的主体，主轴(1)通过两个轴承座(7)固定在机架(10)上，主轴没有与任何电机连接。工件(2)固定在主轴(1)上，与主轴一起被动转动。两对辗压工具(3)对称布置在工件两侧，其轴线与主轴中心线处于同一个水平面内，与盘件表面夹角等于辗压工具头部的半锥角，辗压工具(3)头部与工件(2)接触，尾部穿过一轴承座(7)与转动电机轴相连，使得辗压工具为主动转动。此轴承座和电机固定在一个可绕其竖直轴转动的旋转平台(8)上，该旋转平台用于调整辗压工具与盘形工件平面的角度，调整范围为23°-50°。旋转平台的竖直轴固定在一个可水平运动的托板(9)上，该托板通过两组互相垂直的丝杠-丝杠螺母组合固定在机架(10)上。控制托板水平运动的丝杠外端可以与驱动辗压工具进给的电机连接，也可以与手工操作的手轮(5)连接，当与电机连接时，辗压工具进给处于数控状态，当与手轮连接时则处于人工操作状态。盘件同侧的两个辗压工具形状尺寸相同，其姿态和位置关于主轴中心线对称，允许盘件异侧的两对辗压工具头部形状尺寸不同，与盘件表面的夹角不同，到主轴中心距离不同。

高温加热炉(11)固定在机架(10)上，工件整体、辗压工具头部和主轴中间部分被密封在其中。用于控制和检测温度的热电偶放在轮中适当位置，控温装置与机架并列放置，图中未示出。

电控部分与机架、控温装置并列放置，图中未示出。电控部分包括所有电机电源供给和电机转动的数字化控制两个模块，这两个模块通过电源线和导线与每个电机相连。

实施方案2：该实施方案与实施方案1差别仅是：主轴一端与一个电机相连，每个辗压工具的为尾部穿过轴承座但不与电机相连，其结果是工件为主动转动，辗压工具为被动转动。

实施方案3：该实施方案与实施方案1差别仅是：主轴一端与一个电机相连，其效果是工件和辗压工具均为主动转动。

实施方案4：如图2所示，该方案是一个室温条件下的手动双面辗压成形机。它与实施方案1的差别在于：去掉了加热部分，控制托板水平运动的所有丝杠都只与手轮连接。这个实施方案用于辗压成形模拟试验研究。

Claims (4)

1.一种双面辗压成形设备，包括机械、加热、电控三个部分，其特征在于，主轴被可转动地水平安装在机架上，主轴与一个电机轴连接或者不连接；待成形盘件固定在主轴上可随主轴一起转动；2对辗压工具布置在盘件两侧，每个辗压工具轴线都与主轴中心线处于同一个水平面内，与盘件表面形成一个可以调整的夹角，辗压工具头部与盘件表面接触，尾部与电机轴相连并被可转动地固定在一个可绕其竖直轴转动的旋转平台上，旋转平台的竖直轴固定在一个可水平运动的托板上，该托板通过两组互相垂直的丝杠-丝杠螺母组合固定在机架上，靠近托板外缘的丝杠一端可以与电机轴连接也可以与手轮连接，相关电机通过导线与数控模块连接。

2.根据权利要求1所述的辗压成形设备，其特征在于，盘件同侧的两个辗压工具形状尺寸相同，其姿态和位置关于主轴中心线对称。

3.根据权利要求1所述的辗压成形设备，其特征在于，所述加热部分包括：一个固定在机架上的高温加热炉，所述高温炉将工件整体、和两对辗压工具头部和主轴中部密封在其中，一个控温制装置和多个安装在辗压工具尾部和主轴端部的隔热与水冷装置。

4.根据权利要求1所述的辗压成形设备，其特征在于，所述电控部分包括所有电机的电源供给和电机转动的数字化控制两个模块，它们通过导线与电机相连，数控模块包括设计和执行数控代码的计算机专用软硬件。

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