CN103934299B - 一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。该扁挤压筒由外筒(401)、中筒(402)、软金属层(403)和内筒(404)构成;外筒(401)和中筒(402)采用过盈装配;在内筒(404)与中筒(402)之间包含了一层变厚度的软金属层(403);两端采用过盈配合将软金属层(403)封闭在密闭的型腔内。其制造方法为:外筒(401)、中筒(402)采用锻造或环轧制坯,大型车床配作加工,并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配;在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层,确保软金属浇铸的致密性;浇铸完成后采用数控机床加工内筒(404)的内部型腔,采用配作加工内筒的外径,满足两端密封部位过盈量的要求。本发明提供的扁挤压筒可有效提高整个扁挤压筒寿命。
Description
技术领域
本项发明属于塑性成型领域,特别涉及一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。
背景技术
随着交通运输业与航天航空业的迅速发展,大型宽幅、薄壁、且具有复杂结构的轻合金型材在轨道车辆、飞机等领域的需求量不断增大。采用扁挤压筒不但可提升宽幅构件挤压工艺和产品质量,也减少了挤压机的吨位。因此,许多研究者提出不同结构的扁挤压筒。
如图1为现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图,它由外筒101、中筒102、内筒103组成。工作中,在内筒内壁圆弧过渡处,即图中圈出部位,会产生较大的应力集中,造成内筒破坏,大大降低使用寿命。
如图2为专利ZL01256641.1提出的局部预压力结构扁挤压筒,它由外筒201、中筒202、内筒203组成。其特征是内筒与中筒之间的过盈装配接触面为局部接触,从而减小圆弧过渡处,即图中圈出部位的应力集中;但内筒有一部分与中筒不接触,造成该部位刚度降低,工作时会产生较大的位移,在周期性的加载条件下,很容易引起疲劳破坏,降低使用寿命。
如图3为专利WO2010/145087A1提出的内筒为镶块结构的扁挤压筒,它由外筒301、中筒302、内筒303、上镶块304、下镶块305以及沉头螺栓306组成。上、下镶块由沉头螺栓固定在内筒圆环上,把集中内应力较均匀地传递给内筒圆环,从而降低危险断面的应力峰值;但由于由于加工误差以及高温、高压、高摩擦等的恶劣工作环境,两镶块的会产生间隙,工作是被挤压金属会填满缝隙,损坏镶块及中筒,同时内筒螺纹处也会产生应力集中,在周期性的加载情况下,也较易造成破坏。
上述扁挤压筒结构都不可避免在过渡圆角处的应力集中;在高温高压服役环境下,内筒平均应力水平已经接近屈服应力,由于应力集成的影响,局部应力很高,易超出许用应力,导致内筒在短时间内开裂。目前,上述扁挤压筒服役寿命难以满足工业需求。
发明内容
本发明专利目的就是克服上述背景中扁挤压筒的应力集中现象,提出一种消除内筒应力集中的扁挤压筒,提高扁挤压筒的寿命。
本项发明是一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。本发明所提出的扁挤压筒结构如图4所示。该扁挤压筒由外筒401、中筒402、软金属层403和内筒404构成;外筒401和中筒402采用过盈装配;在内筒404与中筒402之间包含了一层变厚度的软金属层403;两端采用过盈配合将软金属层403封闭在密闭的型腔内,如图5所示。
本发明所提出的扁挤压筒的制造方法为:外筒401、中筒402可采用锻造或环轧制坯,大型车床配作加工,满足过盈量的精度要求,并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配;内筒404也采用锻造或环轧制坯,采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工,保证壁厚满足设计要求;在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层,确保软金属浇铸的致密性;浇铸完成后采用数控机床加工内筒404的内部型腔,采用配作加工加工内筒的外径,满足两端密封部位过盈量的要求。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明提供的扁挤压筒,采用变截面的软金属层,在高温环境下具有良好的流动性,当内筒承受挤压载荷时,内筒变形导致软金属层产生静水压力,由于静水压力与内部挤压力平衡,挤压筒内筒的应力集中得到明显消除,其应力水平也大大降低;而中筒402、外筒401在静水压力的作用下,也不会产生应力集中。因此,本发明提供的扁挤压筒可有效提高整个扁挤压筒寿命。
附图说明
图1是现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图
其中:101外筒、102中筒、103内筒
图2是现有技术中局部预压力结构扁挤压筒示意图
其中:201外筒、202中筒、203内筒
图3是现有技术中内筒为镶块结构的扁挤压筒示意图
其中:.304上镶块、305下镶块、306连接螺钉
图4是本发明的扁挤压筒实施例示意图
其中:401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层
图5是本发明的扁挤压筒端部密封结构1/4模型图
其中:401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更清楚表达,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
本发明所提出的扁挤压筒实施例示意图如图4和图5所示。由外筒401、中筒402、软金属层403、内筒构成404;外筒401和中筒402采用过盈装配;在内筒404与中筒402之间包含了一层变厚度的软金属层403;两端采用过盈配合将软金属层403封闭在密闭的型腔内,如图5中标示部分。
其制造过程如下:外筒401、中筒402可采用锻造或环轧制坯,大型车床配作加工,满足过盈量的精度要求,并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配;内筒404也采用锻造或环轧制坯,采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工,保证壁厚满足设计要求;在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层,确保软金属浇铸的致密性;浇铸完成后采用数控机床加工内筒404的内部型腔,采用配作加工加工内筒的外径,满足两端密封部位过盈量的要求。
本发明的扁挤压筒服役在高温环境,在高温下软金属层的屈服应力降低、流动性提高,在工作载荷的作用下产生近似静水压力,在科学合理设计内筒404壁厚和各层筒之间过盈量,可使过渡圆角处的应力集中现象得到消除,可以大大提高扁挤压筒的服役寿命。
需要进一步说明的是,本发明实例提供的扁挤压筒不局限于具体尺寸,以及各层筒和软金属层厚度,不限制具体软金属层材料物理化学特性,可以根据理论研究和实际生产需要进行改变尺寸大小、制造方法和各层金属材料;此外,两端密封形式也可以采用不同结构。
以上所述,仅是本发明的一个实施例而已,不是对本发明作任何限制。任何熟悉本领域的技术人员,可以根据上述原理,对本发明进行修改、修饰或者结构变化产生等效实例;因此,任何未脱离本发明所采用的原理和技术方案的内筒,均属于本发明保护范围之内。
Claims (2)
1.一种消除内筒应力集中的组合式扁挤压筒,由外筒(401)、中筒(402)、软金属层(403)、内筒(404)构成;其特征是:内筒(404)采用变壁厚扁筒;内筒(404)和中筒(402)之间的型腔中浇铸低熔点的软金属层(403),两端采用过盈配合将软金属层(403)封闭在密闭的型腔内;外筒和中筒之间采用过盈装配;所有结构参数均可根据理论分析进行优化;在挤压过程中,所采用变截面的软金属层(403),在高温环境下具有良好的流动性,当内筒承受挤压载荷时,内筒变形导致软金属层产生静水压力,由于静水压力与内部挤压力平衡,挤压筒内筒的应力集中得到明显消除,其应力水平也大大降低;而中筒(402)、外筒(401)在静水压力的作用下,也不会产生应力集中。
2.权利要求1所述的一种消除内筒应力集中的组合式扁挤压筒的制造方法,其特征是:外筒(401)、中筒(402)采用锻造或环轧制坯,大型车床配作加工,满足过盈量的精度要求,并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配;内筒(404)采用锻造或环轧制坯,采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工,保证壁厚满足设计要求;在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层,确保软金属浇铸的致密性;浇铸完成后采用数控机床加工内筒(404)的内部型腔,采用配作加工加工内筒的外径,满足两端密封部位过盈量的要求。
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