[发明专利]超薄壁圆筒形件的缩口装置及其应用方法

说明书

技术领域

本发明涉及圆筒形件的缩口装置及应用方法，具体涉及超薄壁圆筒形件的缩口装置及加工方法。

背景技术

超薄壁圆筒形件通常是指筒径与筒壁厚度之比大于100的圆筒形件，这类零件在航空航天等领域应用十分广泛，如燃料输送系统管路、发动机壳体结构等。缩口是将预先拉深成形的半封闭圆筒形件经过缩口模具将其口部直径缩小到一定尺寸的成形工序。缩口成形时筒口变形区和筒壁传力区主要受两向压应力作用，其中环向压应力使圆筒形件的直径缩小，轴向压应力使变形区由筒口向筒壁移动。当圆筒形件的缩口力较大时，在较大的环向压应力作用下极易产生沿筒口的纵向失稳起皱，而在较大的轴向压应力下筒壁刚性不足时产生横向失稳起皱，这两种起皱是缩口工序的主要成形缺陷。

缩口的变形程度用缩口比k＝D/d表示(D是缩口前直径，d时缩口后直径)，最大的缩口程度可以用极限缩口比表示，由于受到起皱失稳条件的限制，圆筒形件筒壁越薄，抗失稳起皱能力就越差，筒壁越厚则相反。因此，对于超薄壁圆筒形件缩口时，筒口和筒壁极易发生起皱失稳，皱纹无法消除导致缩口失败。

针对超薄壁圆筒形件缩口，国内外研究人员提出了以下方法：

1、多道次缩口：专利CN101954418A和专利CN104942162A中采用多道次缩口方法，合理的分配每道次缩口比并设计多道次缩口模具结构，最后达到总的缩口量；多道次缩口时容易造成渐变区圆角部位鼓起，渐变区不光滑等现象，降低圆筒形件缩口质量；同时，多道次缩口增加了生产周期，生产效率较低，而且多套模具导致生产成本增加。

2、旋压缩口：专利CN103143634A提出了一种旋压缩口机，该旋压缩口机精度高，产品质量好，工作效率高；但是旋压缩口壁厚不均匀，旋压力过大容易产生表面隆起，对于薄壁圆筒形件径向压应力过大时，容易引起变形区横向失稳起皱。

3、热缩口：对于难变形金属或厚壁筒形件可以采用专利CN 203227749U介绍的热缩口方法，但是热缩口壁厚增加明显，而且不适合薄壁筒形件缩口，因为材料加热后屈服强度明显下降，受压应力后更加容易产生起皱失稳。

4、模芯缩口：2014年贾宝勤在《桶形件缩口成形工艺与模具设计》中介绍了一种采用内支撑(模芯)模具结构的缩口装置，这种方法虽然降低了起皱缺陷，但是传统的模芯都是用金属材料制造，加工周期长并且要考虑加工精度，生产过程中逐渐磨损降低了模芯表面质量，划伤后的模芯会影响圆筒形件内表面，并且成形结束后取出模芯困难。2002年叶凯在《薄壁工件缩口模的设计》中介绍一种在圆筒中充入气体或者液体增加圆筒形件未变形区刚度的方法，但该方法需要具有良好的密封系统，这样会增大制造难度，增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决超薄壁圆筒形件缩口时产生的起皱缺陷，特别是缩口比过大时极易产生失稳起皱的问题，而提供超薄壁圆筒形件的缩口装置及其应用方法。

本发明超薄壁圆筒形件的缩口装置包括模座、外壁支撑软模、内壁支撑软模、连杆、筒口支撑软模、定位器和缩口模，其中连杆的下端连接有圆锥形刚芯，连杆的杆体设有外螺纹，模座为内凹半腔式结构，圆筒形件设置在模座的凹腔中，在模座的腔壁上开有环形槽，纵截面为“T”形的外壁支撑软模嵌入模座的环形槽中，在外壁支撑软模的中心开有与圆筒形件外径大小相同的圆孔，圆筒形件内装有由多个楔形的瓣状大块体组成的内壁支撑软模，刚芯嵌入内壁支撑软模的中部，内壁支撑软模的外壁与圆筒形件的内壁贴合，定位器通过内螺纹固定在连杆上，定位器与刚芯的上端面之间夹有由多个瓣状小块体组成的筒口支撑软模，筒口支撑软模的上端面与圆筒形件的筒口平齐，缩口模开有的缩口腔扣合在圆筒形件的上端。

本发明超薄壁圆筒形件的缩口装置包括模座、外壁支撑软模、内壁支撑软模、连杆、定位圆盘和缩口模，其中连杆的杆体设有外螺纹，模座为内凹半腔式结构，圆筒形件设置在模座的凹腔中，在模座的腔壁上开有环形槽，纵截面为“T”形的外壁支撑软模嵌入模座的环形槽中，外壁支撑软模为中空结构，在外壁支撑软模的中心开有与圆筒形件外径大小相同的圆孔，圆筒形件内装有内壁支撑软模，内壁支撑软模内部为中空结构，内壁支撑软模的外壁与圆筒形件的内壁贴合，定位圆盘通过内螺纹固定在连杆上，定位圆盘压在内壁支撑软模的上表面，内壁支撑软模的上端面与圆筒形件的筒口平齐，缩口模开有的缩口腔扣合在圆筒形件的上端，其中外壁支撑软模和内壁支撑软模的中空结构内填充有气体或液体。

本发明模座固定在压力机工作台面上，模座半腔的形状和尺寸与圆筒形件底部的形状和尺寸相同，缩口模和连杆固定在压力机的上滑块和下滑块上。