[发明专利]一种控制卷焊筒流动旋压焊缝偏转的方法及装置

说明书

本发明公开了一种控制卷焊筒流动旋压焊缝偏转的方法及装置，通过尾部约束装置对筒坯流动旋压施加约束，改变成形中应力应变场分布特征，限制周向材料流动，进而控制焊缝偏转，获得直焊缝筒材。约束装置包括带槽芯模、滚动导轨、分级滑块、筒坯卡板、旋轮和尾顶。其中滚动导轨固定在芯模槽底，分级滑块位于滚动导轨上面，分级滑块端部与筒坯未成形段尾端相连，约束筒坯旋压中相对芯模的周向扭转，获得直焊缝筒材。该约束装置还可以依据坯料长度灵活更换分级滑块或增减其数量，以适应不同长度筒坯旋压。本发明方法与装置能高效、精确控制焊缝偏转，具有结构简单紧凑、易于制造加工、拆装方便、成形效率高、普适性好的特点。

技术领域

本发明涉及先进成形制造领域，具体涉及到一种用于控制卷焊筒流动旋压焊缝偏转的方法及装置。

背景技术

航空、航天高端装备的快速发展迫切需要发展具有薄壁轻量化、大型整体化的关键零部件，如未来大型运载火箭贮箱封头的直径将达到5米以上，此类构件采用整体成形制造则需要更宽更大的薄壁板坯。由于材料变形抗力大、尺寸超宽，采用直接轧制的方法成形超宽板坯存在对设备成形能力要求高、生产成本高、板型控制难等问题，成形制备面临很大挑战。而预先将厚板卷焊成筒，然后流动旋压使其减薄增长，再沿焊缝剪开展平，是成形超宽板坯的有效方法。其突出优势在于利用流动旋压局部加载成形的特点，有效降低成形载荷、拓宽成形尺寸，从而通过“小型”旋压设备实现超宽板坯的制备。然而，卷焊筒流动旋压是一个多参数耦合作用下的复杂塑性成形过程，材料在旋轮作用下发生复杂的轴向和周向流动，筒体在伸长的同时将发生一定程度的扭转，使得焊缝会沿周向发生严重偏转，进而降低卷焊筒展开过程中材料利用率，限制超宽板坯有效尺寸。而且，焊缝偏转程度受到卷焊筒材料与焊缝力学性能差异、卷焊筒初始尺寸、旋轮结构及旋压工艺等众多参数的耦合影响，其偏转程度规律复杂，调控十分困难。

目前，在卷焊筒流动旋压焊缝偏转调控方面的研究很少。哈尔滨工业大学胡志力等人在铝合金薄壁管材搅拌摩擦焊旋压复合成形实验中，通过改变每道次旋压过程中芯模的旋转方向和匹配各旋压工艺参数，获得了直焊缝管材(胡志力.2024铝合金搅拌摩擦焊管材塑性变形行为研究[D].哈尔滨工业大学,2013)。然而，由于卷焊筒流动旋压中焊缝偏转程度强烈依赖于卷焊筒、模具、旋压工艺等众多成形参数，难以建立成形参数与焊缝偏转程度间定量关系，使得该方法实施中针对不同成形构件都需要反复试错调整不同道次的成形参数匹配以实现焊缝调直，工艺设计存在很大的盲目性，费时费力，且普适性差。此外，该方法必须经过多道次旋压才能够获得直焊缝筒材，生产效率较低，因此亟需研究发展卷焊筒流动旋压焊缝偏转调控新方法。

因此，本发明提出一种控制卷焊筒流动旋压焊缝偏转的方法及装置。本方法利用工装夹持的方法调控旋压过程中材料流动方向，抑制其周向流动，获得直焊缝筒材。利用本发明装置可以精确控制卷焊筒在每个旋压道次均不发生偏转，提高生产效率，而且有效避免了现有方法中针对不同构件需要反复试错调整不同旋压道次成形参数匹配的繁琐设计过程，成形效率高、稳定性好。此外，本发明装置结构简单紧凑、节省空间、拆装方便，且能够适应匹配工件长度变化，柔性好。

发明内容

针对卷焊筒流动旋压焊缝偏转问题，避免通过匹配复杂的旋压工艺参数来调控焊缝偏转的劣势，以实现对焊缝的偏转进行精确高效控制，本发明提出了一种新型焊缝偏转调控方法和装置，所采用的技术方案如下：

一种控制卷焊筒流动旋压焊缝偏转的装置，所述装置包括带槽芯模、滚动导轨、分级滑块和筒坯卡板、旋轮和尾顶。其中：

所述带槽芯模上设有两个在圆周方向呈对称分布的通槽；在通槽的槽底安装有滚动导轨，滚动导轨由圆柱滚动体和滚动体保持板两部分构成，滚动体保持板分为下板和上板；滚动体沿轴向均匀分布，分布间隔为滚动体直径的1～2倍，并由上保持板和下保持板两块保持板进行夹持；滚动体能够在两块保持板构成的型腔内自由滚动，滚动体留有一小部分露出上保持板的上表面，滚动导轨用螺钉固定在带槽芯模的槽底。尾顶的轴向压力压紧筒坯卡板固定卷焊筒；卷焊筒的外部设有旋轮。所述分级滑块位于滚动导轨的滚动体上，并且能够沿导轨自由滑动。