CN220781942U - 一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置。它包括锁紧螺母、连接体、芯棒、卸料盘、止转盘、筒形件、定心挡圈和尾顶，芯棒内置于连接体中并通过锁紧螺母紧固，卸料盘套入芯棒并与连接体的端面接触，止转盘套入芯棒并通过螺钉与卸料盘连接成整体，筒形件的旋压收口处端面套入芯棒的定心部并接触止转盘的齿顶，筒形件与芯棒之间设置定心挡圈，尾顶的锥面接触芯棒的内孔。加工方法采用正向旋压和反向旋压相结合，不需要加热，利用旋压收口芯棒与定心挡圈组合，再结合旋轮多道次均匀向待收口端施加载荷，使金属径向流动，达到缩径目的。本实用新型加工所得筒形件不影响筒形件材料金相组织的材料各向异性，零件的综合力学性能优异。
Description
技术领域
本实用新型涉及大长径比筒形件，特别涉及一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置。
背景技术
高强钢以其高强韧性、良好综合力学性能在航天、军工结构件上有着非常广泛的应用，如发动机壳体。此类零件多以薄壁、大长径比结构为主。零件材料为高强度钢30CrMnSiA，长径比大于10，形状为两端缩径的筒形件。其筒体缩径成形主要是在需要缩径的口部施加压力，使其产生塑性变形，实现径向尺寸缩小达到保证筒形件外形尺寸要求。根据成形工艺的不同，缩径结构筒形件的加工工艺方案可采用口部环焊成形、冲压成形和旋压成形。
口部环焊成形，由于焊接热输入量大、热影响区域宽，焊后及淬火后零件变形量较大，无法满足产品技术要求，筒体需校形。
冲压成形，大长径比筒体收口一般采用哈夫模收口成形，哈夫模由上、下对半的圆弧模组成，通过上、下圆弧面对筒体口部挤压，从而实现筒体口部缩径的过程。由于模具收口过程中冲击力较大，筒体圆度控制不稳定，收口质量依赖操作人员技能水平。
旋压成形，厚壁坯料经加热后，旋轮通过不同压下量即可实现较大直径、厚壁筒形件的缩径成形。与焊接成形相比，使用旋压缩径的成形方式，可将原需分割为多个零件组合的部件改为单一零件代替，减少了多个零件组合的加工工序，同时增加了整体零件的刚性及强度。
厚壁管料的收口、缩径多采用加热方式，虽有利于材料塑性变形，但会造成材料各向异性，不利于零件最终综合力学性能；且壁厚筒体旋压缩径极易产生起皱、鼓包等失稳现象，难以保证收口同轴度。
实用新型内容
针对现有旋压成形的加热造成材料各向异性，不利于零件最终综合力学性能，以及造成壁厚筒体旋压缩径极易产生起皱、鼓包等失稳现象，难以保证收口同轴度等技术问题，本实用新型提供一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，利用旋压收口芯棒与定心挡圈组合，再结合旋轮多道次均匀向待收口端施加载荷，使金属径向流动，达到缩径目的。
本实用新型实现上述目的的技术方案为：
一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，包括锁紧螺母、连接体、芯棒、卸料盘、止转盘、筒形件、定心挡圈和尾顶，芯棒内置于连接体中，并通过锁紧螺母紧固，卸料盘套入芯棒并与连接体的端面接触，止转盘套入芯棒并通过螺钉与卸料盘连接成整体，筒形件的旋压收口处端面套入芯棒的定心部，并接触止转盘的齿顶，筒形件与芯棒之间设置定心挡圈，尾顶的锥面接触芯棒的内孔。
进一步地，还包括收口旋轮，收口旋轮与用于筒形件旋压成形的三轮强力旋压机(简述为旋压机)配套使用，收口旋轮能够实现径向和轴向移动。
进一步地，芯棒包括旋压芯棒和收口台阶芯棒，旋压芯棒和收口台阶芯棒根据加工的实际需要选择使用。
上述大长径比筒形件旋压缩径的加工装置的装配方法如下：
将芯棒装入连接体的内孔中，并以芯棒的轴颈贴近连接体的安装面后，用锁紧螺母紧固。
将芯棒通过连接螺栓安装至旋压机上，通过调整将芯棒远端径向跳动控制在0.1mm以内。收口台阶芯棒的尺寸d应小于筒形件成品内径D与材料道次回弹量之差。
将固定好定位销的卸料盘套入芯棒中，直至定位销插入连接体上的定位销孔内，卸料盘与连接体端面接触；再将止转盘套入芯棒中，并通过螺钉将止转盘与卸料盘连接成为整体。
正旋成型后筒形件装入芯棒中，直至筒形件的旋压收口处端面套入芯棒的定心部，并接触止转盘的齿顶；同时将定心挡圈装入筒形件与芯棒之间，通过两端定心部的支撑，保证芯棒的收口端与筒形件的同轴度要求；尾顶的锥面接触芯棒的内孔，保证加工装置的支撑刚性。
采用上述装置的大长径比筒形件旋压缩径的加工方法，包括如下步骤：
(1)根据旋压成品、材料极限减薄率和旋压等体积变化原则设计筒形件旋压毛坯，并通过车削方式内外留余量制备，控制筒形件长度比零件成品长40～50mm，作为旋压扩径及反旋尾料的余量；
(2)通过真空正火对旋压毛坯进行热处理，使组织均质化的同时提升综合机械性能、细化旋压毛坯金相组织，可减小后续旋压缺陷；再将热处理后的旋压毛坯车削至目标尺寸，旋压毛坯内孔表面粗糙度不低于1.6um，且内径大于旋压芯棒尺寸(略大于即可)，并保证旋压毛坯内孔与内孔底平面的垂直度、旋压位置内孔与外径的同轴度均符合要求，真空正火后要求坯料硬度为170～210HB；
(3)旋压芯棒表面均匀涂敷MoS2润滑剂，再将旋压毛坯安装至旋压芯棒上，尾顶盘端面压紧旋压毛坯端面；
(4)正旋成形；旋压机主轴转速60～80r/min，轴向进给速度为84～105mm/min，采用三旋轮(X1＝R8、X2＝R6、X3＝R6-L6)以错距量3.5mm正向旋压成形，采用旋压机对旋压毛坯进行旋压加工直至目标尺寸，旋压各道次控制不低于40％，旋毕后得到筒形旋压件，通过卸料盘下料，旋压过程应随时注意冷却润滑，采用的冷却液流量不低于150L/min(如150～250L/min)；
(5)筒形旋压件去应力退火，筒形旋压件表面涂覆防氧化脱碳涂料，待涂料干透后装炉，加热温度为340～360℃，保温时间为150～180min，随炉冷却至240～260℃出炉空冷；
(6)将旋压芯棒换成收口台阶芯棒；
(7)将退火后的筒形旋压件套入收口台阶芯棒，采用三旋轮R6/21°同步反向旋压成形，直至筒形旋压件待收口端面接触止转盘端面，筒形旋压件待收口端内孔套入收口台阶芯棒主轴定心段，筒形旋压件定心端套入定心挡圈，定心挡圈端面由尾顶配置的弹性压圈压紧；
(8)反旋收口；旋压机主轴转速60～80r/min，轴向进给速度为150～180mm/min，收口旋轮移动至收口处，采用多道次收口成型，得到筒形旋压收口件；
(9)筒形旋压收口件去应力退火，得到成品筒形件，工艺参数参照步骤(5)。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1、采用本实用新型装置制备的筒形件良好地保障了零件整体同轴度要求。通过芯棒采用台阶定心轴配合定心挡圈的结构，使得筒形旋压收口件两侧内孔的同轴度满足产品技术要求。
2、采用本实用新型装置，能够实现整体冷旋收口工艺，厚壁管料旋压收口过程中无需采用加热方式辅助缩径，不影响筒形件材料金相组织的材料各向异性，保证加工零件的综合力学性能。
3、采用本实用新型的装置，能够使得加工方式以旋压强化代替最终热处理。坯料采用正火预处理提升综合性能，经逐点多道次旋压后，材料随晶格结构中的应变，晶粒被延伸变得细长，使零件组织致密、纤维连续、晶粒细化，从而提高材料的力学及延伸性能，最终保证筒形件整体强化符合零件综合力学性能指标要求。
附图说明
图1为本实用新型加工装置的结构示意图，图中，1、紧螺母，2、连接体，3、芯棒，4、卸料盘，5、止转盘，6、收口旋轮，7、筒形件，8、定心挡圈8，9、尾顶；
图2为芯棒结构示意图；
图3为筒形件旋压毛坯结构示意图；
图4为筒形旋压件结构示意图；
图5为筒形旋压收口件结构示意图；
图6为采用本实用新型加工装置的加工方法的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型并不限于此。
如图1所示，一种大长径比筒形件旋压缩径装置，包括锁紧螺母1、连接体2、芯棒3、卸料盘4、止转盘5、收口旋轮6、筒形件7、定心挡圈8和尾顶9，芯棒3内置于连接体2中，并通过锁紧螺母1紧固，卸料盘4套入芯棒3并与连接体2的端面接触，止转盘5套入旋压收口芯棒3并通过螺钉与卸料盘4连接成整体，筒形件7套入芯棒3并接触止转盘5的齿顶，筒形件7与芯棒3之间设置定心挡圈8，尾顶9的锥面接触芯棒3的内孔。
收口旋轮6与用于筒形件7旋压成形的旋压机配套使用，收口旋轮6能够实现径向和轴向移动。
芯棒3包括旋压芯棒和收口台阶芯棒，旋压芯棒和收口台阶芯棒根据加工的实际需要选择使用。
上述加工装置的装配方法如下：
将芯棒3装入连接体2的内孔中，并以芯棒3的轴颈贴近连接体2的安装面后，用锁紧螺母1紧固。
将芯棒3通过连接螺栓安装至旋压机上，通过调整将芯棒3远端径向跳动控制在0.1mm以内，收口台阶芯棒3的尺寸d应小于筒形件成品内径D与材料道次回弹量之差。
将固定好定位销的卸料盘4套入芯棒3中，直至定位销插入连接体2上的定位销孔内，卸料盘4与连接体2端面接触；再将止转盘5套入芯棒3中，并通过螺钉将止转盘5与卸料盘4连接成为整体。
正旋成型后筒形件7装入芯棒3中，直至筒形件7的旋压收口处端面套入芯棒3的定心部，并接触止转盘5的齿顶；同时将定心挡圈8装入筒形件7与芯棒3之间，通过两端定心部的支撑，保证芯棒3的收口端与筒形件7的同轴度要求；尾顶9的锥面接触芯棒3的内孔，保证加工装置的支撑刚性。
如图6所示，大长径比筒形件旋压缩径的加工方法，其步骤如下：
(1)根据旋压成品、材料极限减薄率和旋压等体积变化原则设计筒形件旋压毛坯，并通过车削方式内外留余量制备，控制筒形件长度比零件成品长40～50mm，作为旋压扩径及反旋尾料的余量；
(2)通过真空正火对旋压毛坯进行热处理，使组织均质化的同时提升综合机械性能、细化旋压毛坯金相组织，可减小后续旋压缺陷；再将热处理后的旋压毛坯车削至目标尺寸，旋压毛坯内孔表面粗糙度不低于1.6um，且内径略大于旋压芯棒尺寸，并保证旋压毛坯内孔与内孔底平面的垂直度、旋压位置内孔与外径的同轴度均符合要求，真空正火后要求坯料硬度为170～210HB；
(3)旋压芯棒表面均匀涂敷MoS2润滑剂，再将旋压毛坯安装至旋压芯棒上，尾顶盘端面压紧旋压毛坯端面；
(4)正旋成形；旋压机主轴转速60～80r/min，轴向进给速度为84～105mm/min，采用三旋轮(X1＝R8、X2＝R6、X3＝R6-L6)以错距量3.5mm正向旋压成形，采用旋压机对旋压毛坯进行旋压加工直至目标尺寸，旋压各道次控制不低于40％，旋毕后得到筒形旋压件，通过卸料盘下料，旋压过程应随时注意冷却润滑，采用的冷却液流量不低于150L/min；
(5)筒形旋压件去应力退火，筒形旋压件表面涂覆防氧化脱碳涂料，待涂料干透后装炉，加热温度为340～360℃，保温时间为150～180min，随炉冷却至240～260℃出炉空冷；
(6)将旋压芯棒换成收口台阶芯棒；
(7)将退火后的筒形旋压件套入收口台阶芯棒，采用三旋轮R6/21°同步反向旋压成形，直至筒形旋压件待收口端面接触止转盘端面，筒形旋压件待收口端内孔套入收口台阶芯棒主轴定心段，筒形旋压件定心端套入定心挡圈，定心挡圈端面由尾顶配置的弹性压圈压紧；
(8)反旋收口；旋压机主轴转速60～80r/min，轴向进给速度为150～180mm/min，收口旋轮移动至收口处，采用多道次收口成型，得到筒形旋压收口件；
(9)筒形旋压收口件去应力退火，加热温度为340～360℃，保温时间为150～180min，随炉冷却至240～260℃出炉空冷，得到成品筒形件。
Claims (8)
1.一种大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，包括锁紧螺母、连接体、芯棒、卸料盘、止转盘、筒形件和定心挡圈，所述芯棒内置于所述连接体中，并通过所述锁紧螺母紧固，所述卸料盘套入所述芯棒，并与所述连接体的端面接触，所述止转盘套入所述芯棒，并与所述卸料盘连接成整体，所述筒形件的旋压收口处端面套入所述芯棒的定心部，并接触所述止转盘的齿顶，所述定心挡圈设置于所述筒形件与所述芯棒之间。
2.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，还包括收口旋轮，所述收口旋轮与用于筒形件旋压成形的旋压机配套使用，所述收口旋轮能够实现径向和轴向移动。
3.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，所述芯棒包括旋压芯棒和收口台阶芯棒，所述旋压芯棒和所述收口台阶芯棒根据加工的实际需要选择使用。
4.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，还包括尾顶，所述尾顶的锥面接触所述芯棒的内孔。
5.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，所述止转盘与所述卸料盘通过螺钉连接成整体。
6.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，所述芯棒与所述连接体通过锁紧螺母紧固前，芯棒的轴颈贴近连接体的安装面。
7.根据权利要求3所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，所述收口台阶芯棒的尺寸d小于筒形件成品内径D与材料道次回弹量之差。
8.根据权利要求1所述的大长径比筒形件旋压缩径的加工装置，其特征在于，卸料盘套入芯棒前先固定好定位销，卸料盘的定位销插入连接体上的定位销孔内。
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