CN103394612A - 非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置及方法，它涉及板材成形装置及方法，以解决现有变径薄壁壳体零件采用铸造成形的方法，导致尺寸精度不能满足要求的问题。一次成形装置：第一凹槽的直径由第一下底边端至第一上底边端逐渐变小，第一凸模的上端面设有与第一凹槽相配合的第一凸缘。二次成形装置：第二凹槽的直径由第二下底边端至第二上底边端逐渐变小，第三凹槽与第二凹槽以第二凹模的上端面为基准对称设置，第二凸模的上端面设有与第三凹槽相配合的第二凸缘。方法：一、制作板坯料；二、在一次成形装置上成形；三、卸下半成品零件；四、在二次成形装置上成形；五、得到成品件。本发明用于成形非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件。

Description

非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置及方法

技术领域

本发明涉及一种板材成形装置及方法，具体涉及一种非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置及方法。

背景技术

非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体是动力机械应用比较广泛的结构零件，壳体内部直径在50mm～500mm之间，如鼓风机外壳、动力机械的涡壳等。对于轴向对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件，可以通过冲压组焊方法制造，但组焊部位不能满足使用要求；而对于轴向非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件，由于形状复杂，一般采用铸造成形的方法；如果壳体内部直径变化较大、壁厚较薄，铸造成型废品率高，或局部尺寸精度不能满足要求。非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件由于内部直径变化较大、壁厚较薄的特点对制造技术提出了新的要求，为此提出了非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件的板材成形方法，解决非对称螺旋形变径薄壁壳体零件的制造问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件采用铸造成形的方法，如果壳体内部直径变化较大、壁厚较薄，会导致局部尺寸精度不能满足要求的问题，而提供一种非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置及方法。

本发明的是通过以下技术方案来实现的：

一次成形装置：所述一次成形装置包括第一凹模、第一凸模和压料装置，所述第一凹模由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第一上底边与第一下底边的第一内侧棱相接触，所述第一凹模的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第一凹槽，所述第一凹槽的直径由第一下底边端至第一上底边端逐渐变小，所述第一凸模的上端面设有与第一凹槽相配合的第一凸缘，所述第一凸缘与第一凹槽之间的间隙与成形薄壁零件的坯料厚度相同，压料装置套装在第一凸模上，压料装置的内壁与第一凸模的外壁吻合，压料装置内侧壁的上端设有板料槽。

二次成形装置：所述二次成形装置包括第二凹模、第三凹模、固定板、连接元件和第二凸模，所述第二凹模由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第二上底边与第二下底边的第二内侧棱相接触，所述第二凹模的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第二凹槽，所述第二凹槽的直径由第二下底边端至第二上底边端逐渐变小，第三凹模与第二凹模上、下设置，第三凹模的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第三凹槽，第三凹槽与第二凹槽以第二凹模的上端面为基准对称设置，从俯视看，第三凹模的周边形状与第二凹模的非封闭筒状结构的周边形状相同，第三凹模的下端面中心处设有第二凸模槽，第二凸模的上端面设有与第三凹槽相配合的第二凸缘，所述第二凸缘和第三凹槽之间的间隙与第一凸缘和第一凹槽之间的间隙相同，第二凸模的外壁周边形状与第三凹模的外壁周边形状相同，第二凸模的中心处设有固定板安孔，固定板设置在固定板安孔中，且通过连接元件与第三凹模连接。

方法：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、制作板坯料：将板坯料冲裁成梯形，板坯梯形的上底为坯料上底边，板坯梯形的下底为坯料下底边；

步骤二、在一次成形装置上成形：轴向同时加载第一凹模和第一凸模，使第一凹模与第一凸模合模，将板坯料设置在板料槽中，且坯料上底边与第一上底边处正对，对第一凹模和第一凸模轴向同时加载，使板坯料的上端进入第一凸缘与第一凹槽之间直至压料装置的上端面与第一凹模的下端面接触，此时，板坯料的上端成形为半圆形，至此完成薄壁壳体零件半成品零件的成形；

步骤三、卸下半成品零件：卸载第一凸模和压料装置，将半成品零件取下；

步骤四、在二次成形装置上成形：将半成品零件上已发生变形的部分置于第二凹槽，对第三凹模轴向加载，使半成品零件的上端进入第二凸缘与第三凹槽之间的间隙中，直至第三凹模的下端面与第二凹模的上端面接触，至此完成薄壁壳体零件成品件的成形；

步骤五、卸下成品件：依次取下第三凹模、固定板和第二凸模，得到成品件。

本发明具有以下有益效果：

由于第一凹槽和第三凹槽沿周向由一端至另一端是逐渐变化的，而且从俯视上看第一凹槽的周向为非对称螺旋形；利用第一成形装置和第二成形装置对坯料进行分段成形，使得非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件得以实现，利用本发明的方法成形的非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件具有表面质量好、尺寸精度高等优点。本发明的方法成形的非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件相比采用铸造成形的方法，尺寸精度提高了一倍。

附图说明

图1是具体实施方式一的整体结构主剖视图；图2是图1的A-A剖视图；图3是第一凹模1的整体结构主剖视；图4是图3的B-B剖视图；图5是压料装置3的整体结构主剖视；图6是具体实施方式六中步骤一的板坯料4的展开图；图7是具体实施方式六中步骤二板坯料4逐渐进入凸缘2-1与半圆形凹槽1-1之间的成形状态图；图8是具体实施方式六中步骤二板坯料4的上端成形为半圆形的成形状态图；图9是具体实施方式四的整体结构主剖视图；图10是图9的C-C剖视图；图11是第二凹模21的整体结构主剖视；图12是图11的俯视图；图13是第三凹模22的整体结构主剖视；图14是图13的俯视图；图15是图13的仰视图；图16是第二凸模25的整体结构主剖视；图17是图16的俯视图；图18是具体实施方式六中步骤四半成品零件5的上端逐渐进入第二凸缘25-1与第三凹槽22-1之间的成形状态图（半成品零件5的上端刚进入）；图19是具体实施方式六中步骤四半成品零件5的上端进入第二凸缘25-1与第三凹槽22-1之间的成形状态图（半成品零件5的上端进入大半部分）；图20是具体实施方式六中步骤四半成品零件5的上端完全进入第二凸缘25-1与第三凹槽22-1之间的成形状态图（第三凹模22的下端面与第二凹模21的上端面接触）；图21是成形后的薄壁壳体零件成品件6的立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式为一次成形装置，一次成形装置包括第一凹模1、第一凸模2和压料装置3，第一凹模1由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第一上底边a与第一下底边b的第一内侧棱K相接触，所述第一凹模1的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第一凹槽1-1，第一凹槽1-1的直径由第一下底边b端至第一上底边a端逐渐变小，这样可以满足薄壁壳体零件的变径要求，所述第一凸模2的上端面设有与第一凹槽1-1相配合的第一凸缘2-1，第一凸缘2-1与第一凹槽1-1之间的间隙与成形薄壁零件的坯料厚度相同，压料装置3套装在第一凸模2上，压料装置3的内壁与第一凸模2的外壁吻合，压料装置3内侧壁的上端设有板料槽3-1。

具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式的板料槽3-1的深度由第一下底边b处至第一上底边a处逐渐减小。这样设计为适应梯形的展开坯料。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2和图4说明本实施方式，本实施方式的第一凹模1上的第一凹槽1-1中靠近第一下底边b端处沿内壁设有第一凹坑1-2，第一凸模2上与第一凹坑1-2对应处设有第一凸起2-1。这样设计主要是为成形零件的大直径端设置约束。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图9～图17说明本实施方式，本实施方式为二次成形装置，二次成形装置包括第二凹模21、第三凹模22、固定板23、连接元件24和第二凸模25，第二凹模21由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第二上底边c与第二下底边d的第二内侧棱L相接触，所述第二凹模21的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第二凹槽21-1，所述第二凹槽21-1的直径由第二下底边d端至第二上底边c端逐渐变小，这样可以满足薄壁壳体零件的变径要求，第三凹模22与第二凹模21上、下设置，第三凹模22的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第三凹槽22-1，第三凹槽22-1与第二凹槽21-1以第二凹模21的上端面为基准对称设置，从俯视看，第三凹模22的周边形状与第二凹模21的非封闭筒状结构的周边形状相同，第三凹模22的下端面中心处设有第二凸模槽22-2，第二凸模25的上端面设有与第三凹槽22-1相配合的第二凸缘25-1，所述第二凸缘25-1和第三凹槽22-1之间的间隙与第一凸缘2-1和第一凹槽1-1之间的间隙相同，第二凸模25的外壁周边形状与第三凹模22的外壁周边形状相同，第二凸模25的中心处设有固定板安孔25-2，固定板23设置在固定板安孔25-2中，且通过连接元件24与第三凹模22连接。第二凸模25沿周向由数个凸块25-1组成。凸块25-1的数量为16个～24个。

具体实施方式五：结合图10、图12和图17说明本实施方式，本实施方式的第二凹模21上的第二凹槽21-1中靠近第二下底边d端处沿内壁设有第二凹坑21-2，第二凸模25上与第二凹坑21-2对应处设有第二凸起25-3。这样设计主要是为成形零件的大直径端设置约束。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图6、图7、图8、图9、图18、图19、图20和图21说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：

步骤一、制作板坯料4：将板坯料4冲裁成梯形，见图6，板坯梯形的上底为坯料上底边H1，板坯梯形的下底为坯料下底边H2；

步骤二、在一次成形装置上成形：轴向同时加载第一凹模1和第一凸模2，使第一凹模1与第一凸模2合模，将板坯料4设置在板料槽3-1中，且坯料上底边H1与第一上底边a处正对，见图1，对第一凹模1和第一凸模2轴向同时加载，使板坯料4的上端进入第一凸缘2-1与第一凹槽1-1之间直至压料装置3的上端面与第一凹模1的下端面接触，此时，板坯料4的上端成形为半圆形，至此完成薄壁壳体零件半成品零件5的成形，见图7和图8；

步骤三、卸下半成品零件5：卸载第一凸模2和压料装置3，将半成品零件5取下；

步骤四、在二次成形装置上成形：将半成品零件5上已发生变形的部分置于第二凹槽21-1，见图9，对第三凹模22轴向加载，使半成品零件5的上端进入第二凸缘25-1与第三凹槽22-1之间的间隙中，见图18和图19，直至第三凹模22的下端面与第二凹模21的上端面接触，见图20，至此完成薄壁壳体零件成品件6的成形，见图21；

步骤五、卸下成品件6：依次取下第三凹模22、固定板23和第二凸模25，得到成品件6。

具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式为步骤一中板坯料4的材质为不锈钢、镍基合金或铁基合金。不锈钢的牌号为0Cr19Ni9或1Cr18Ni9Ti，镍基合金的牌号为GH3030、GH3044、GH4169或GH99，所述铁基合金的牌号为GH161或GH13。上述材料制成的非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件可满足航空及动力机械等领域需要。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图6说明本实施方式，本实施方式为步骤一中板坯料4的厚度为0.6mm～1.2mm。板坯料4的厚度在上述范围内使得成形后的零件重量轻，更适合强度要求较高和尺寸精度要求较高的零件。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式九：结合图6说明本实施方式，本实施方式为步骤一中板坯料4的厚度为0.8mm。这样设计使得成形后的零件重量轻，更适合强度要求较高和尺寸精度要求较高的零件。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十：结合图6说明本实施方式，本实施方式为步骤一中板坯料4的厚度为1mm。这样设计使得成形后的零件重量轻，更适合强度要求较高和尺寸精度要求较高的零件。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十一：结合图18、图19和图20，说明本实施方式，本实施方式为步骤二和中对第一凹模1和第一凸模2轴向加载力为300kN～600kN，所述步骤四中对第三凹模22轴向加载力为300kN～600kN。在此成形压力的作用下，利于材料的流动以及坯料的成形。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十二：结合图18、图19和图20，说明本实施方式，本实施方式为步骤二和中对第一凹模1和第一凸模2轴向加载力为400kN，所述步骤四中对第三凹模22轴向加载力为400kN。在此成形压力的作用下，利于材料的流动以及坯料的成形。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十三：结合图18、图19和图20，说明本实施方式，本实施方式为步骤二和中对第一凹模1和第一凸模2轴向加载力为500kN，所述步骤四中对第三凹模22轴向加载力为500kN。在此成形压力的作用下，利于材料的流动以及坯料的成形。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十四：结合图18、图19和图20，说明本实施方式，本实施方式为步骤二中对第一凹模1和第一凸模2的轴向加载的速度不大于2.0m/s，所述步骤四中对第三凹模22的轴向加载的速度不大于2.0m/s，在此成形速度的作用下，利于材料的流动以及坯料的成形。其他步骤与具体实施方式六相同。

具体实施方式十五：本实施方式的步骤二和步骤四中的润滑条件为干燥且加硬脂酸锌。在此润滑条件下，利于材料的流动以及坯料的成形。其他步骤与具体实施方式六相同。

Claims (10)

1.一种非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置，其特征在于：所述成形装置为非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法中用的一次成形装置，一次成形装置包括第一凹模（1）、第一凸模（2）和压料装置（3），所述第一凹模（1）由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第一上底边（a）与第一下底边（b）的第一内侧棱（K）相接触，所述第一凹模（1）的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第一凹槽（1-1），所述第一凹槽（1-1）的直径由第一下底边（b）端至第一上底边（a）端逐渐变小，所述第一凸模（2）的上端面设有与第一凹槽（1-1）相配合的第一凸缘（2-1），所述第一凸缘（2-1）与第一凹槽（1-1）之间的间隙与成形薄壁零件的坯料厚度相同，压料装置（3）套装在第一凸模（2）上，压料装置（3）的内壁与第一凸模（2）的外壁吻合，压料装置（3）内侧壁的上端设有板料槽（3-1）。

2.根据权利要求1所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置，其特征在于：所述板料槽（3-1）的深度由第一下底边（b）处至第一上底边（a）处逐渐减小。

3.根据权利要求1或2所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置，其特征在于：所述第一凹模（1）上的第一凹槽（1-1）中靠近第一下底边（b）端处沿内壁设有第一凹坑（1-2），所述第一凸模（2）上与第一凹坑（1-2）对应处设有第一凸起（2-1）。

4.一种非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置，其特征在于：所述成形装置为非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法中用的二次成形装置，二次成形装置包括第二凹模（21）、第三凹模（22）、固定板（23）、连接元件（24）和第二凸模（25），所述第二凹模（21）由横截面为梯形的板材弯成非封闭筒状结构，该梯形板材的第二上底边（c）与第二下底边（d）的第二内侧棱（L）相接触，所述第二凹模（21）的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第二凹槽（21-1），所述第二凹槽（21-1）的直径由第二下底边（d）端至第二上底边（c）端逐渐变小，第三凹模（22）与第二凹模（21）上、下设置，第三凹模（22）的下端面沿周向加工有截面为半圆形的第三凹槽（22-1），第三凹槽（22-1）与第二凹槽（21-1）以第二凹模（21）的上端面为基准对称设置，从俯视看，第三凹模（22）的周边形状与第二凹模（21）的非封闭筒状结构的周边形状相同，第三凹模（22）的下端面中心处设有第二凸模槽（22-2），第二凸模（25）的上端面设有与第三凹槽（22-1）相配合的第二凸缘（25-1），所述第二凸缘（25-1）和第三凹槽（22-1）之间的间隙与第一凸缘（2-1）和第一凹槽（1-1）之间的间隙相同，第二凸模（25）的外壁周边形状与第三凹模（22）的外壁周边形状相同，第二凸模（25）的中心处设有固定板安孔（25-2），固定板（23）设置在固定板安孔（25-2）中，且通过连接元件（24）与第三凹模（22）连接。

5.根据权利要求4所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形装置，其特征在于：所述第二凹模（21）上的第二凹槽（21-1）中靠近第二下底边（d）端处沿内壁设有第二凹坑（21-2），所述第二凸模（25）上与第二凹坑（21-2）对应处设有第二凸起（25-3）。

6.一种利用权利要求1、2或3和3或4所述装置进行非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、制作板坯料（4）：将板坯料（4）冲裁成梯形，板坯梯形的上底为坯料上底边（H1），板坯梯形的下底为坯料下底边（H2）；

步骤二、在一次成形装置上成形：轴向同时加载第一凹模（1）和第一凸模（2），使第一凹模（1）与第一凸模（2）合模，将板坯料（4）设置在板料槽（3-1）中，且坯料上底边（H1）与第一上底边（a）处正对，对第一凹模（1）和第一凸模（2）轴向同时加载，使板坯料（4）的上端进入第一凸缘（2-1）与第一凹槽（1-1）之间直至压料装置（3）的上端面与第一凹模（1）的下端面接触，此时，板坯料（4）的上端成形为半圆形，至此完成薄壁壳体零件半成品零件（5）的成形；

步骤三、卸下半成品零件（5）：卸载第一凸模（2）和压料装置（3），将半成品零件（5）取下；

步骤四、在二次成形装置上成形：将半成品零件（5）上已发生变形的部分置于第二凹槽（21-1），对第三凹模（22）轴向加载，使半成品零件（5）的上端进入第二凸缘（25-1）与第三凹槽（22-1）之间的间隙中，直至第三凹模（22）的下端面与第二凹模（21）的上端面接触，至此完成薄壁壳体零件成品件（6）的成形；

步骤五、卸下成品件（6）：依次取下第三凹模（22）、固定板（23）和第二凸模（25），得到成品件（6）。

7.根据权利要求6所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法，其特征在于：所述步骤一中板坯料（4）的材质为不锈钢、镍基合金或铁基合金。

8.根据权利要求6所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法，其特征在于：所述步骤一中板坯料（4）的厚度为0.6mm～1.2mm。

9.根据权利要求6所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法，其特征在于：所述步骤二和中对第一凹模（1）和第一凸模（2）轴向加载力为300kN～600kN，所述步骤四中对第三凹模（22）轴向加载力为300kN～600kN。

10.根据权利要求6所述非对称非封闭螺旋形变径薄壁壳体零件成形方法，其特征在于：所述步骤二中对第一凹模（1）和第一凸模（2）的轴向加载的速度不大于2.0m/s，所述步骤四中对第三凹模（22）的轴向加载的速度不大于2.0m/s。

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