[发明专利]一种成形带环向内筋大型复杂薄壁壳体的方法

摘要

一种成形带环向内筋大型复杂薄壁壳体的方法，采用强旋和普旋相结合的复合旋压方法成形带环向内筋大型复杂薄壁壳体。成形中，首先确定板坯上开始充筋处的半径、贴模旋压成形零件头部的高度和旋压件最后充筋处与旋压件顶端的轴向距离，再通过多道次复合旋压成形。本发明只采用一个芯模、一套旋轮、无需预制坯、不用采用中间退火工步、无后续机械加工的条件下，通过采用合理的复合旋压工艺，将平板毛坯旋压成形为带环向内筋的大型复杂薄壁壳体，缩短了成形周期，降低了成本，节约了大量的人力物力和财力。本发明为带环向内筋大型复杂薄壁壳体旋压成形工艺方案与旋轮轨迹的确定提供了科学依据，有利于促进旋压先进理论和技术的进一步发展。

主权项

一种成形带环向内筋大型复杂薄壁壳体的方法，其特征在于，采用强旋和普旋相结合的复合旋压方法成形带环向内筋大型复杂薄壁壳体，具体过程如下：步骤一，确定毛坯尺寸；毛坯尺寸包括板坯的外径D0、厚度t0，确定毛坯尺寸时I、根据式(1)确定板坯的厚度t0；t0＝tmax+Δt                            (1)式(1)中，t0为板坯的厚度，tmax为旋压零件筋部的最大厚度，Δt为厚度余量，且Δt＝0.5～1.0mm；II、采用公式(2)确定板坯的直径D0； D 0 = 2 V / π t 0 + ΔD - - - ( 2 ) 式(2)中，V为零件体积；ΔD为加工余量，且ΔD＝50～70mm；D0为板坯的直径；t0为板坯的厚度；步骤二，确定板坯上开始充筋处的半径；采用公式(3)确定板坯上开始充筋处的半径值r r = V ′ / ( π t 0 ) - - - ( 3 ) 式(3)中，V′为零件顶部到开始充筋处的体积；t0为板坯的厚度；r为板坯上开始充筋处的半径值；步骤三，确定贴模旋压成形零件头部的高度；确定旋压件锥角为15°处与旋压件顶端的轴向距离，以此作为贴模旋压成形零件头部的高度h1；步骤四，确定旋压件最后充筋处与旋压件顶端的轴向距离；确定旋压件最后充筋处与旋压件顶端的轴向距离h2；步骤五，多道次复合旋压成形；复合旋压分5个道次完成，包括第一道次不贴模剪切旋压头部和中部非筋区及收缩旋压口部，第二道次旋压成形头部、收缩旋压中部非筋区和收缩旋压口部，第三道次收缩旋压中部非筋区和收缩旋压口部，第四道次旋压成形筋部和第五道次贴模旋压精整外形；其中，I、第一道次旋压：第一道次旋压包括不贴模剪切旋压头部和中部非筋区及收缩旋压口部；其中不贴模剪切旋压头部和中部非筋区通过沿芯模周向对称布置的两个旋轮对板坯进行不贴模剪切旋压，旋压轨迹为直线，且由A→B；不贴模剪切旋压头部和中部非筋区的旋轮轨迹A→B与芯模的中心线的夹角为40°，旋轮轨迹A→B与芯模间的最小间隙为t0×sin40°，t0为板坯的厚度，不贴模剪切旋压头部和中部非筋区的起旋点A在板坯外，并与板坯之间有1～5mm的距离，不贴模剪切旋压头部和中部非筋区的终旋点B与芯模的中心线的距离dB＝r‑(5～10)mm；收缩旋压口部通过3～4个工步旋压实现，每个工步收缩旋压口部均以本道次不贴模剪切旋压头部和中部非筋区的终旋点B为起旋点，其轨迹均为直线，分别为B→C1，...，B→Cn，每个工步收缩旋压口部的旋轮轨迹与芯模的中心线的夹角根据式(4)确定，每个工步收缩旋压口部均至工件的边缘处停止；αi＝40°+20°/(n‑1)×(n‑i)  (i＝1，…，n)            (4)在式(4)中，n为第一道次中收缩旋压口部的总工步数，i为其中的某一工步，即i＝1，...，n，αi为第i工步收缩旋压口部的旋轮轨迹与芯模中心线的夹角；在第一道次旋压过程中，芯模转速为100～200rpm，旋轮进给比为1～2mm/r；II、第二道次旋压：第二道次旋压包括错距贴模旋压成形零件头部、不贴模剪切旋压中部非筋区和收缩旋压口部；其中错距贴模旋压是采用沿芯模周向对称布置的两个旋轮，沿曲母线轨迹D→E进行错距贴模旋压成形出该类零件的头部，起旋点D在板坯外，并与板坯之间有1～5mm的距离，曲母线轨迹D→E沿轴向的贴模长度等于h1，并在贴模旋压成形零件头部的高度处形成错距贴模旋压的终旋点E；并且，两个旋轮开始进给的时间差为2s；在该区域错距的同时两旋轮采用不同的间隙和进给比：即先进给的旋轮根据式(5)以δ1间隙进行贴模行走，进给比为1.0～1.5mm/r；后进给的旋轮根据式(6)以δ2间隙进行贴模旋压，进给比为0.8～1.0mm/r；先贴模的旋轮在加工完h1高度即到达本道次错距贴模旋压的终旋点E后迅速离开工件表面，防止出现明显的重复碾压压痕；当后进给的旋轮也到达错距贴模旋压的终旋点E后，便完成了零件头部的贴模旋压成形；接下来，采用沿周向对称布置的两个旋轮进行中部非筋区的不贴模剪切旋压，两个旋轮的轨迹为直线，起旋点为本道次贴模旋压成形零件头部的终旋点E，从起旋点E开始，两旋轮沿与芯模中心线的夹角为30°的直线运动，在到达第一道次旋压中不贴模剪切旋压头部和中部非筋区的终旋点B在工件上形成的压痕位置处停止，并形成终旋点F；在中部非筋区的不贴模剪切旋压过程中，旋轮进给比为1～2mm/r；然后再进行3～4步收缩旋压口部，其起旋点均为本道次不贴模剪切旋压中部非筋区的终旋点F，两个旋轮的轨迹为直线F→G1，...，F→Gm，收缩旋压口部的两个旋轮的轨迹与芯模中心线的夹角根据式(7)确定，每个工步收缩旋压口部均至工件的边缘处停止；收缩旋压口部过程中旋轮进给比为1～2mm/r；在第二道次旋压过程中，芯模转速为100～200rpm；δ1＝t+(0.3～0.7)mm                             (5)δ2＝t±0.1mm                                   (6)βi＝20°+40°/(m‑1)×(m‑i)  (i＝1，…，m)      (7)式(5)和(6)中，t为零件非筋部壁厚，δ1为错距贴模旋压成形零件头部中先进给的旋轮与芯模间的间隙，δ2为错距贴模旋压成形零件头部中后进给的旋轮与芯模间的间隙；在式(7)中，m为第二道次旋压中收缩旋压口部的总工步数，i为其中的某一工步，即i＝1，...，m，βi为第i工步收缩旋压口部的旋轮轨迹与芯模中心线的夹角；III、第三道次旋压：第三道次旋压包括不贴模剪切旋压中部非筋区和收缩旋压口部；其中不贴模剪切旋压采用沿芯模周向对称布置的两个旋轮进行，起旋点为第二道次旋压中贴模旋压成形头部的终旋点E，从起旋点E开始，两旋轮沿与芯模中心线的夹角为15°的直线运动，在到达第二道次旋压中不贴模剪切旋压中部非筋区的终旋点F在工件上形成的压痕位置处停止，并形成终旋点H；在本道次不贴模剪切旋压中部非筋区过程中，旋轮进给比为1～2mm/r；采用3～4步收缩旋压口部的方式逐步将工件的口部缩小，采用的旋轮轨迹为直线H→I1，...，H→Ip，每个工步旋轮轨迹与芯模中心线的夹角根据式(8)确定，且它们的起旋点均为本道次不贴模剪切旋压中部非筋区的终旋点H，每个工步收缩旋压口部均至工件的边缘处停止；收缩旋压口部的两个旋轮进给比均为1～2mm/r；θi＝20°+40°/(p‑1)×(p‑i)  (i＝1，…，p)          (8)在式(8)中，p为第三道次旋压中收缩旋压口部的总工步数，i为其中的某一工步，即i＝1，...，p，θi为第i工步收缩旋压口部的旋轮轨迹与芯模中心线的夹角；在第三道次旋压过程中，芯模转速为100～200rpm；IV、第四道次旋压：采用沿芯模周向对称布置的两个旋轮进行错距旋压成形筋部，两个旋轮开始进给的时间差为2s；其中先进给的旋轮沿平行于工件轴线的直线轨迹J→K运动，先进给的旋轮的直线轨迹J→K与芯模的最小间隙δmin＝δ2+(8～12)mm，其中δ2为第二道次贴模旋压成形零件头部过程中后进给的旋轮与芯模间的间隙，先进给的旋轮的起旋点J在工件外，并与工件中部非筋区有1～5mm的距离，终旋点K与旋压件顶端的轴向距离h＝h2+1～3mm，先进给的旋轮的进给比为1.6‑2.5mm/r；本道次后进给的旋轮沿曲母线轨迹E→L进行贴模旋压成形筋部，轨迹的起旋点为第二道次贴模旋压成形零件头部的终旋点E，后进给的旋轮的终旋点L的纵坐标与先进给的旋轮的终旋点K的纵坐标相同，且后进给的旋轮的曲母线旋轮轨迹E→L与芯模的间隙与第二道次贴模旋压成形零件头部过程中后进给的旋轮与芯模间的间隙δ2相同，后进给的旋轮的进给比为1.0～1.5mm/r；第四道次旋压过程中，芯模转速为100～200rpm；V、第五道次旋压：采用一个旋轮沿芯模表面进行等间隙贴模旋压的方式实现对旋压件表面的精整加工；其中，旋轮轨迹为曲母线M→N，起旋点M在板坯外，并与板坯之间有1～5mm的距离，终旋点N的纵坐标与第四道次错距旋压成形筋部中后进给的旋轮的终旋点L的纵坐标相同，且旋轮与芯模的间隙较零件非筋部厚度小0.1mm，芯模转速为80‑100rpm，旋轮进给比为0.6‑1.0mm/r。