[发明专利]一种金属筒形件外轧挤压成形装置及成形方法

说明书

本发明公开一种金属筒形件外轧挤压成形装置及成形方法，涉及金属材料成形技术领域，包括模具箱、固定座、导向机构、旋转驱动机构、夹具、芯轴、第一直线驱动部件、第二直线驱动部件和两个轧制机构，第一直线驱动部件用于带动旋转驱动机构沿导向机构滑动，第二直线驱动部件用于带动模具箱沿导向机构滑动，轧制机构包括轧制模座、第二连接件、环形轧制模和第三直线驱动部件，环形轧制模通过第二连接件安装于轧制模座中，第三直线驱动部件用于带动轧制模座在模具箱中移动，旋转驱动机构靠近模具箱的一侧连接有夹具，进而实现将挤压和轧制方法相结合，同时实现坯料的径向、轴向和周向变形，实现金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求。

技术领域

本发明涉及金属材料成形技术领域，特别是涉及一种金属筒形件外轧挤压成形装置及成形方法。

背景技术

金属筒形件是航空、航天、兵器、石油、核电等领域广泛应用的结构部件。现有的金属筒形件成形方法主要有板材辊弯+焊接、挤压+轧制、芯轴拔长、旋压等。板材轧制+辊弯+焊接成形过程生产流程最长，对于板材各方向的组织及力学性能的控制一直是困扰技术人员的难题，再加上最终成形的焊接过程，更加容易导致筒形件各部位的力学性能存在差异。挤压+轧制、芯轴拔长、旋压过程坯料主要承受径向和轴向变形，周向变形较小，难于满足筒形件力学性能各向同性的要求。具体地，现有的挤压+轧制方案是先完成挤压成空心坯料后进行轧制变形，两变形过程分别在不同装置上实现。此种成形方法将总的变形量分作两步实现，降低了单工步的变形量。特别是最终成型的轧制过程，坯料主要变形方式是轴向伸长，容易导致筒形件在轴向和周向的力学性能存在差异，即出现各向异性，对于要求各向同性的筒形件，采用此种成形方式显然不能满足要求。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种金属筒形件外轧挤压成形装置及成形方法，将挤压和轧制方法相结合，同时实现坯料的径向、轴向和周向变形，实现金属筒形件显微组织和力学性能各向同性的要求。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种金属筒形件外轧挤压成形装置，包括模具箱、固定座、导向机构、旋转驱动机构、夹具、芯轴、第一直线驱动部件、第二直线驱动部件和两个轧制机构，所述固定座安装于所述导向机构一端，所述模具箱和所述旋转驱动机构均滑动套设于所述导向机构上，所述模具箱位于所述固定座和所述旋转驱动机构之间，所述第一直线驱动部件用于带动所述旋转驱动机构沿所述导向机构滑动，所述第二直线驱动部件用于带动所述模具箱沿所述导向机构滑动，所述芯轴通过第一连接件安装于所述固定座靠近所述模具箱的一侧，所述第一连接件使得所述芯轴能够相对于所述固定座旋转并限制所述芯轴的轴向运动；所述模具箱靠近所述固定座的一侧和靠近所述旋转驱动机构的一侧均设置有通孔，所述轧制机构包括轧制模座、第二连接件、环形轧制模和第三直线驱动部件，所述环形轧制模通过所述第二连接件安装于所述轧制模座中，所述第二连接件使得所述环形轧制模能够相对于所述轧制模座旋转并限制所述环形轧制模的轴向运动，所述第三直线驱动部件固定于所述模具箱中，所述第三直线驱动部件用于带动所述轧制模座在所述模具箱中移动，所述轧制模座的运动方向与所述导向机构的延伸方向相垂直，所述环形轧制模的轴线方向与所述导向机构的延伸方向相平行；所述旋转驱动机构靠近所述模具箱的一侧连接有所述夹具，所述夹具用于安装筒形坯料，所述筒形坯料远离所述夹具的一端用于套设于所述芯轴外部。

优选地，所述导向机构包括四个呈矩形分布的圆柱导轨，所述固定座固定于四个所述圆柱导轨的一端，所述模具箱和所述旋转驱动机构均滑动安装于四个所述圆柱导轨上。

优选地，所述模具箱顶面的下部设置有两个上导轨，所述模具箱底面的上部设置有两个下导轨，所述上导轨和所述下导轨的延伸方向与所述导向机构的延伸方向相垂直，各所述轧制模座的上下两端分别滑动安装于一个所述上导轨和一个所述下导轨上。

优选地，所述第一连接件为第一轴承，所述第一轴承的外圈固定于所述固定座上，所述芯轴固定于所述第一轴承的内圈中。