[发明专利]一种旋轮、旋压组件及旋压工艺

说明书

本发明属于旋压成形技术领域，公开了一种旋轮、旋压组件及旋压工艺。本发明通过在旋轮主体一端设置有一防扩部，使得旋轮沿旋轮鼻尖平面呈非对称形状，同时防扩部的外表面与旋轮主体的中心轴呈锐角，将本发明的旋轮用于对轮旋压工艺中能够有效控制对轮旋压过程中大型筒形件的扩径缺陷，从而有效减少大型筒形件废品段的长度，进而提高材料的利用率和降低生产成本。与现有的对轮旋压成形中通过工艺参数逐步优化和进行多道次旋压来减轻扩径缺陷的方法相比，本发明还具有提高生产效率和降低试错成本的优点，同时也利于未来对轮旋压成形中数字化、集成化、智能化进程的顺利进行。

技术领域

本发明涉及旋压成形技术领域，具体涉及一种旋轮、旋压组件及旋压工艺。

技术背景

旋压成形是一种综合锻造、挤压、拉深、弯曲和滚压等工艺特点的近净省力成形工艺，其具有工艺柔性好、成形力小、材料利用率高和构件成形性能好等优点，被广泛应用于航空航天等回转体构件的加工制造中。对轮旋压作为一种新型的强力旋压方法，其利用内旋轮来代替传统流动旋压中的芯模，依靠内外旋轮同时对筒形件内外壁施加成形力，不仅能够节省模具制造的成本，而且能够改善流动旋压中筒形件内外壁变形不均匀等问题。特别针对大型筒形件，坯料减薄是通过内外旋轮对其挤压来实现，能显著降低机床承受的载荷，同时可实现多道次无模渐进式省力近净成形，提升机床寿命，增加成形工艺柔性，被广泛应用于大型薄壁筒形壳体的成形制造中。

然而对轮旋压成形过程是一个多参数、多场耦合、多旋轮相互协调的加载过程，旋转的金属筒形件在多对旋轮的碾压变形中呈现出高度的非线性，材料在这种环境下极易发生复杂的不均匀塑性变形而引发各种宏微观缺陷，比如鼓包、起皱、开裂和端部扩径等缺陷。尤其是筒形件的扩径，是影响大型筒形件成形精度和后期装配精度的致命缺陷，已成为对轮旋压工艺中亟待解决的瓶颈问题。

中国专利申请CN102688927A公开了一种用于筒形件正向旋压机构来抑制流动旋压过程中未旋压区坯料的扩径缺陷，该专利通过在旋轮前方套装一固定压圈，通过压圈来对流动旋压过程中旋轮前方鼓起的材料产生向内的径向挤压作用,从而限制旋轮前方材料向外的径向流动，促进加工过程中材料沿轴向流动，抑制未旋压区坯料的扩径，使筒形件成形过程中变形平稳，最终在旋压末期达到防止坯料严重扩径的产生。进一步地，西北工业大学研究了不同旋压工艺参数对筒形件流动旋压扩径程度的影响规律，发现旋轮进给速率和各道次减薄量是影响扩径缺陷的两最重要因素。通过减小流动旋压各道次减薄率和减小旋轮进给速率能减小扩径程度，但却不能完全消除扩径缺陷。进一步地，文中还通过实验和有限元数值仿真研究了通过在旋轮前方施加一压圈来抑制流动旋压扩径产生喇叭口缺陷的材料流动机理(Mei Zhan, J. Guo, M. W. Fu, R. Li, P. F. Gao, H. Long, F. Ma.Formation mechanism and control of flaring in forward tube spinning. Int. J.Adv. Manuf. Technol, 2018, 94: 59-72)。

曾超在研究对轮旋压制备纳米/超细晶筒形件方法的过程中发现：对轮旋压大部分金属沿轴向流动而小部分沿切向流动，切向流动的这小部分金属会造成对轮旋压件径向扩大，尤其是口部扩径最为明显 (曾超. 对轮旋压制备纳米/超细晶筒形件方法及试验研究. 华南理工大学, 2014)。Fan等研究了对轮旋压中扩径塑性变形机理并发现：扩径区域的外边缘显示切向拉伸应力和径向压缩应力，扩径的中间区域显示切向拉伸应力和径向拉伸应力 (Shu-Qin Fan, Sheng-Dun Zhao and Chao Chen. Plastic DeformationMechanism in Double-Roller Clamping Spinning of Flanged Thin-Walled Cylinder.Chin. J. Mech. Eng, 2018, 31:56)。