CN104550393B - 一种大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法。该方法先计算板坯的尺寸，然后依次进行凹底部分成形、拉深旋压成筒形坯料、旋压减薄到规定尺寸；后续通用加工，满足零件尺寸要求；其中拉深旋压成筒形坯料是将凹底成形后的坯料翻转，将其固定在尾顶和芯模之间，按照普通旋压轨迹编制方法编制普旋轨迹，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的驱动下，按已编制的轨迹进行进给，旋压轨迹的前6‐8道次为单纯的往程旋压，其后为往返程相结合的旋压轨迹，将坯料拉深旋压成筒形件；本发明利用多道次拉深旋压获得筒形毛坯，然后采用旋压减薄到规定尺寸，同时利用强力旋压高精度的特点，制件壁厚均匀、表面质量高、致密度好、缺陷少。

Description

一种大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法

技术领域

本发明涉及一种零件精密成形方法，具体涉及一种带凹底的薄壁曲母形件的精密成形方法，属于机械工程的塑性加工方法。

背景技术

凹底是指零件底部有一部分低于周围区域，形成类似于“火山口”形状的底部。大长细比筒形件是指筒形件的长度与直径之比大于或等于1.5。由于传统拉深工艺成形极限有限；一直以来，大长细比带凹底的薄壁筒形件的成形方法为：带凹底的曲母线部分采用模具拉深成形，直筒段部分采用卷焊，分段成形后再进行组焊，但由于焊接残余应力的存在使零件的尺寸精度难以满足要求；此外，由于焊缝易脆裂和应力集中往往成为裂纹扩展的源头，严重影响产品的质量。同时卷焊后因焊缝的存在及焊接变形，需要进行大量的人工后续打磨及校形，这样严重降低了生产效率、增加了生产成本，并影响到成形件的尺寸精度及形位公差。

旋压是借助于旋轮的进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属毛坯，使其产生连续的局部塑形变形而成为所需空心零件的一种近净精密塑性成形方法。其中只改变毛坯形状不改变壁厚的称为普通旋压，不仅改变毛坯的形状，而且显著改变其壁厚的称为强力旋压。传统的旋压成形技术，如普通旋压成形极限有限，且由于回弹，成形精度不高；强力旋压只能成形锥形件和筒形件，但成形精度较高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高精度、高性能、低成本的大长细比带凹底薄壁筒形件旋压成形方法。

本发明将普通旋压和强力旋压两种旋压成形方法相结合的复合成形方法，解决了大长细比带凹底薄壁筒形件高精度、高性能、低成本制造的难题。

为实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，包括如下步骤：

1)计算板坯的尺寸

根据零件的形状、尺寸，按照体积不变原理及复合旋压成形中变形量分配原则，确定坯料的尺寸，包括坯料的直径和厚度；其中坯料的直径控制在临界直径D_t内；D_t＝d/m_t；m_t为极限拉深系数，d为芯模直径；

2)凹底部分成形

将毛坯夹紧在芯模与尾顶之间，按照普通旋压轨迹的编制方法确定成形凹底筒形部分的旋压轨迹，凹底部分旋压成形时，前1‐3道次为普通旋压，旋轮轨迹为圆弧形轨迹；其后每道次包含普通旋压和强力旋压，其旋轮轨迹包含两部分，前一部分为平行于底部凹底轴线的强力旋压时的轨迹，使每道次减薄率为10‐25％，后一部分为普通旋压时的圆弧形轨迹；每道次强旋轨迹的起点为坯料端面，终点为按照普通旋压轨迹编制的普旋轨迹的起点，普通旋压轨迹的终点由式(9)确定，最后一道次旋压轨迹为凹底部分的轮廓线；

d'＝D₀{1-[1-(d/D₀)²]X²/h²}^1/2 (9)

式中：D₀为毛坯直径，d为芯模直径，h为工件高度；

3)拉深旋压成筒形坯料

将凹底成形后的坯料翻转，将其固定在尾顶和芯模之间，按照普通旋压轨迹编制方法编制普旋轨迹，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的驱动下，按已编制的轨迹进行进给，旋压轨迹的前6‐8道次为单纯的往程旋压，其后为往返程相结合的旋压轨迹，将坯料拉深旋压成筒形件；

4)旋压减薄到规定尺寸

底部圆弧形部分采用圆弧形旋轮拉深减薄，保证每道次减薄率为20％‐25％；直筒部分采用双锥面旋轮，保证每道次减薄率为20％‐35％；

5)后续加工，满足零件尺寸要求。

进一步地，所述极限拉深系数通过测试坯料拉深旋压时不起皱和不断裂时坯料的直径。

3、根据权利要求1所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述单纯的往程旋压为旋轮加压于坯料，沿远离旋转中心线的方向进给。

所述往返程相结合的旋压轨迹为旋轮加压于坯料，先沿远离旋转中心线的方向进给，随后沿相反的方向进给。

所述步骤2)及3)中普通旋压轨迹的编制方法：首先确定普通旋压时合适的渐开线轨迹，随后将渐开线轨迹拟合成经过旋轮轨迹起点和终点的圆弧线曲线。

所述渐开线基圆半径a根据芯模直径d确定：d/a≥0.3 (3)

步骤1)中变形量分配原则的说明：采用复合旋压成形时，在凹底旋压成形后，需先 采用多道次拉深旋压工序将板坯制成筒形件，然后采用强力旋压工序使其壁厚减薄到规定尺寸，在多道次拉深旋压中，芯模直径d与毛坯直径D₀之比称为旋压系数m，对于每一种材料，其塑性变形程度都会有一定的极限，因而每一种材料的旋压系数必然有一个最小界限值，称为极限拉深系数(m_t)。通过试验，获得铝及铝合金，3mm及4mm板坯的极限旋压系数为0.45和0.5。

在多道次拉深旋压过程中，对于给定的芯模直径，要使旋压稳定的进行，不产生凸缘起皱等缺陷，其坯料直径有一临界最大值(D_t)。

$D_t=\frac{d}{m_t}$

多道次拉深旋压时，坯料的直径(D₀)应满足以下关系：

D₀≤D_t或m₀≥m_t (1)

在多道次拉深旋压过程中，坯料会有一定程度的减薄，用Ψ₁表示在拉深旋压后坯料的壁厚减薄率。对于低碳钢、铝及铝合金，多道次拉深旋压时壁厚减薄率Ψ₁＝10％～15％。

强力旋压时的总减薄率Ψ_t应满足以下关系：Ψ_t≥Ψ₁ (2)

式(1)、式(2)结合体积不变原理即为复合旋压时的变形量分配原则。

步骤2)及3)中普通旋压轨迹的编制方法：首先确定普通旋压时合适的渐开线轨迹，随后将渐开线轨迹拟合成经过旋轮轨迹起点和终点的圆弧线曲线。

渐开线基圆半径a根据芯模直径d确定：d/a≥0.3 (3)

如图8所示，渐开线回转中心的位置由下式确定：

$x_0={\stackrel{\‾}{x}}_m+{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}_m(1-{\mathrm{sin\θ}}_0)---\left(4\right)$

$y_0={\stackrel{\‾}{y}}_m-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}_m(1-{\mathrm{cos\θ}}_0)---\left(5\right)$

${\stackrel{\‾}{y}}_m/a=0.085---\left(6\right)$

${\mathrm{\θ}}_0^{\′}=0.485{\[{(x_0/a)}^2+{(y_0/a)}^2\]}^{0.2569}+{\mathrm{tg}}^{-1}(y_0/x_0)---\left(7\right)$

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\ρ}}}_m={\mathrm{\ρ}}_m+t_0,{\stackrel{\‾}{x}}_m=x_m-t_0,{\stackrel{\‾}{y}}_m=y_m+t_0---\left(8\right)$

式中：x_m为回转中心P与芯模端面的距离，y_m为回转中心P与芯模侧面的距离，θ₀为首道次仰角。ρm为芯模圆角半径，t0为坯料厚度，如图8所示。θ′₀为道次仰角参照角度，是在确定x₀和y₀后按式(7)计算出的一个值，将θ′₀与选定的首道次仰角的值θ₀相比较，若θ′₀≠θ₀，则调整x_m再迭代计算，直到当θ′₀＝θ₀时为止；由式(8)计算出来；x₀，y₀为 中间计算值，由及θ₀确定。

先把基圆半径a代入式(6)求出结合式(8)，将值代入式(5)，求出y₀；适当选取的值，代入式(4)求出x₀；接下来将x₀、y₀代入式(7)求出θ′₀；若θ′₀≠θ₀，则调整x_m再迭代计算，直到当θ′₀＝θ₀时为止；因此，只需确定首道次仰角θ₀后，就可以确定旋轮轨迹的回转中心。然后使渐开线绕轨迹的回转中心转动，选择合适的道次间距p就能确定圆弧形往程旋压轨迹。其中旋轮的首道次仰角θ₀的选取应防止工件起皱，一般取50°‐60°，道次间距p一般通过试验获得，在保证工件壁部不产生裂纹及过度减薄的前提下尽量取大值以提高生产效率。

返程轨迹的确定如图9所示：图中点A为返程旋轮轨迹的起始点(前一道次往程旋压轨迹的终点)，点B为返程旋轮轨迹的终点(后一道次往程旋压的起点)，连接A、B两点形成线段AB，作线段AB的中垂线，在其中垂线上选一点C，使其满足h＝0.04～0.05L，其中h为点C到AB的距离，L为线段AB的长度，过A、B、C三点，确定一条圆弧曲线(图中红色曲线)，该曲线即为返程旋轮轨迹。

拉深旋压中过渡外缘(普通旋压轨迹终点)的确定：

d'＝D₀{1-[1-(d/D₀)²]X²/h²}^1/2 (9)

式中：D₀为毛坯直径，d为芯模直径，h为工件高度。

相对于现有技术，本发明具有如下优点：

1)本发明利用多道次拉深旋压获得筒形毛坯，然后采用旋压减薄到规定尺寸，同时利用强力旋压高精度的特点，使制件达到高尺寸精度的要求。坯料为圆板形毛坯，其尺寸根据制件尺寸、变形量的分配原则及旋压工艺确定。由于采用了强力旋压工艺，因此制件壁厚均匀、表面质量高、致密度好、缺陷少。

2)凹底旋压时，采用复合旋压成形方法，在每一道次的旋压过程中既有强力旋压又有普通旋压，这样可有效保证成形精度和圆角部分光滑过渡。

3)壁厚减薄时，圆弧形部分采用圆弧形旋轮拉深减薄；为防止出现反挤现象，直筒部分采用双锥面旋轮旋压成形。

4)由于是整体成形，免除了多次的拉深、焊接、打磨工序，降低生产成本，提高生产效率，同时提高了产品的质量，适合大批量生产。

5)本发明特别适合带凹底的大长细比筒形件的整体精密成形，对于其他带底筒形件(非 凹底)只需省略步骤2即可，因此本发明对其他带底筒形件也具有普遍适应性。

附图说明

图1为第一屏蔽罩的零件结构示意图；

图2为第二屏蔽罩的零件结构示意图；

图3‐1为第一屏蔽罩凹底部分旋压示意图；

图3‐2为第一屏蔽罩凹底部分的旋压轨迹放大图；

图4为拉深旋压成筒形坯料示意图；

图5为圆弧段旋压减薄示意图；

图6‐1为直筒段强力旋压示意图；

图6‐2为直筒段双锥面旋轮型面放大图；

图7‐1为第二屏蔽罩凹底部分旋压示意图；

图7‐2为及第二屏蔽罩凹底部分旋压轨迹放大图；

图8为普通旋压轨迹编制示意图；

图9为返程旋压轨迹的确定方式图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但是本发明的实施方式不限于此。

本发明所要加工的零件外形如图1、2所示，为铝及铝合金薄壁带凹底筒形件，图1中A部分为直筒段，B部分为凹底段。采用双旋轮式旋压机进行旋压成形，两旋轮沿主轴轴线对称分布，在旋压凹底及旋压减薄到规定尺寸时，为提高旋压的稳定性及旋压件的精度，采用双旋轮旋压，这样可以使径向旋压力相互抵消，防止芯模偏载。

如图3‐1和图3‐2所示，在成形凹底时，如果既有外观形状变化，又有壁厚变化，则旋压过程中既有普通旋压又有强力旋压。如果仅有外观形状变化，壁厚没有变化，则旋压过程中只有普通旋压。

如图4所示，在拉深旋压成筒形坯料时，为防止坯料起皱需使用反推辊，将反推辊4安装在坯料后，反推辊4采用气压驱动，旋压开始时，反推辊4在气压的驱动下伸至坯料后方，旋轮3在进给过程中加压于坯料，使芯模1外周的坯料2发生变形，变形的坯料一面与旋轮接触，另一面与反推棍接触，反推辊4随着旋轮3的进给，以相同的速度后退，给坯料提供支撑。由于反推辊只在坯料一侧支撑坯料，故此时只用单旋轮旋压。

在使板坯成形为筒形坯料和凹底成形时，是以径向拉深为主体而使毛坯直径减小的成 形工艺，故称拉深旋压；由于在成形筒形坯料时，单道次拉深旋压时成形极限有限，故多数情况下需进行多道次拉深，所以也称为多道次拉深旋压。拉深旋压成筒形坯料时，在前几道次的旋压中为单纯的往程旋压，即旋轮向坯件敞口端进给的普通旋压方法；在其后的旋压道次中，旋轮在旋压成形中即向坯料敞口端进给，随后又逆向坯件敞口端进给，这种旋压称为往、返程相结合的旋压成形，采用往返程旋压轨迹可以防止坯料壁部过度减薄，提高坯料拉深旋压后的壁厚均匀性。

如图5、6‐1和6‐2所示，旋压减薄到规定尺寸时，先将坯料2套在芯模1上，然后将旋轮调整到所需的压下量和减薄率，旋轮在数控***的驱动下，沿平行于芯模轮廓的轨迹进给加压于坯料使其壁厚减薄。在直筒段减薄时，采用双锥面旋轮(如图6-1和图6-2所示)，由于旋轮两端均为锥面，故称为双锥面旋轮，这样可以防止出现反挤现象。

实施例1

一种高压电器开关屏蔽罩，材料为1060铝，形状如图1所示，其中直筒段(图1中A部分)直径D＝190±1mm，长度L＝400mm，凹底直径d＝56±0.5mm，壁厚t＝2mm，该零件用于屏蔽外界磁场和电场，保证高压电器开关稳定工作。其旋压成形的具体步骤如下：

1、坯料计算：零件的壁厚为2mm，考虑到加工过程中壁厚会有一定程度减薄，故坯料厚度应大于2mm，现市场上供应的1060铝板主要有3mm及4mm等规格。

按照体积不变原理计算采用3mm及4mm板坯时坯料的直径分别为450mm和405mm，采用3mm板坯时的旋压系数分别为0.418<0.5(即192/150＝0.418),不满足变形量分配原则(式1)，采用4mm板坯时的旋压系数为0.464>0.45(即192/405＝0.464)满足变形量分配原则(式1)，此时总的减薄率为50％>10％(即2mm/4mm＝50％)，满足变形量分配原则(式2)，故选用直径405mm，壁厚4mm的铝板坯。

2、凹底旋压成形

如图3所示，设计一个与凹底轮廓相同的用于旋压的芯模1，安装在机床主轴上，将规格为的铝板坯固定在芯模与尾顶之间。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径185mm，首道次仰角为60°，道次间距5mm编制普旋轨迹。选用圆角半径为6mm的圆弧形旋轮，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的控制下沿设定的轨迹进给，主轴转速为800r/min。旋轮轨迹为普旋圆弧形轨迹与强旋直线型轨迹相结合的轨迹(如图3所示)，即前两道次为普通旋压成形，进给比为2mm/r；第3至第6道次的前半部分为强力旋压，旋轮轨迹为直线型，减薄率分别为12.5％、14.3％、16.7％、20％，进给比为0.6mm/r，随着道次的增加，强力旋压轨迹逐渐增长，其长度分别为5mm、10mm、15mm、20mm，后 半部分为普通旋压，旋轮轨迹为圆弧形，采用此种轨迹可以使旋压后的凹底部分内表面紧贴旋压芯模，保证了尺寸精度及表面质量。凹底部分的内径要求为56±0.5mm，采用复合旋压成形后，凹底部分的内径为56±0.2mm，满足尺寸要求。

3、拉深旋压成筒形坯料

如图4所示，设计一个直径为188mm，长度为450mm，底部凹底内径为56mm的旋压芯模，将凹台成形后的坯料翻转方向，采用直径为102mm的尾顶将坯料夹紧。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径620mm，首道次仰角为50°，道次间距12mm编制普旋轨迹。主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的控制下按照设定轨迹运动，经过多道次拉深旋压成筒形件。选用圆角半径为17mm的旋轮，主轴转速为800r/min，进给比为2mm/r。由于坯料直径较大，在旋压过程中为防止凸缘起皱，采用反推辊。拉深旋压轨迹见图4所示，前4道次为单纯的往程旋压；随后的旋压轨迹为往、返程相结合的旋压轨迹。

4、壁厚减薄到规定尺寸

换用直径为70mm的尾顶(用于夹紧坯料并随主轴一起旋转的装置)，将坯料夹紧，壁厚减薄分为两步，如图5所示，第一步采用圆角半径为17mm的圆弧形旋轮分三道次拉深减薄底部圆弧形部分(图1中B段)，即主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的驱动下沿平行于圆弧段的轮廓，从c点进给到d点(如图1所示)，第一道次旋轮与芯模间隙为3.2mm，第二道次间隙为2.6mm，第三道次间隙为2mm；第二步采用双锥面旋轮(如图6所示)，双旋轮分两道次强力旋压成形零件的直筒部分(如图6所示)，即主轴带动坯料旋转，旋轮沿轴向从c点进给至坯料开口端，第一道次减薄率为30％，第二道次减薄率为28.6％，主轴转速200r/min，进给比0.6mm/r。

将开口端切掉余量，进行后续的铣削加工，即可得到合乎要求的产品。采用外径千分尺、内径表对零件进行测量，结果表明采用经复合旋压成形后的屏蔽罩直筒段外径为192±0.2mm、凹底段内径56±0.1mm，满足产品尺寸精度要求。成形工序由原先的6道减少到3道，生产效率提高近50％。

实施例2

一种高压电器开关屏蔽罩，材料为铝合金，形状如图1所示，其中直筒段(图1中A部分)直径D＝240±1mm，长度L＝300mm，凹底直径d＝53±0.5mm，长度l＝12mm，零件整体壁厚为t＝2mm，具体步骤如下：

1、坯料计算：按照体积不变原理计算采用3mm板坯时坯料的直径分别为500mm，此时旋压系数为0.48>0.45，强力旋压时的减薄率为33％>10％(1mm/3mm＝33％),满足变 形量分配原则。

2、凹底旋压成形：

成形方法与实施例1相同，设计一个与凹底轮廓相同的旋压芯模，安装在机床主轴上，将规格为的铝板坯固定在芯模与尾顶之间，尾顶直径为53mm。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径175mm，首道次仰角为60°，道次间距5mm编制普旋轨迹。选用圆角半径为6mm的圆弧形旋轮，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的控制下沿设定的轨迹进给，主轴转速为800r/min。旋轮轨迹为普旋圆弧形轨迹与强旋直线型轨迹相结合的轨迹，前两道次为普通旋压成形，进给比为2mm/r，旋轮轨迹为圆弧形；第3至第4道次的前半部分为强力旋压，旋轮轨迹为直线型，减薄率分别为16.7％、20％，进给比为0.6mm/r，随着道次的增加，强旋旋压轨迹逐渐增长，其长度分别为5mm、10mm，后半部分为普通旋压，旋轮轨迹为圆弧形。

3、拉深旋压成筒形坯料

设计一个直径为240mm，长度为350mm，底部凹底内径为53mm的旋压芯模，将凹台成形后的坯料翻转方向，采用直径为100mm的尾顶将坯料夹紧。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径792mm，首道次仰角为50°，道次间距10mm编制普旋轨迹。主轴转速为800r/min，进给比为2mm/r，选用圆角半径为17mm的旋轮，经多道次拉深成筒形件。拉深旋压轨迹前6道次为单纯的往程旋压；随后的旋压轨迹为往、返程相结合的旋压轨迹，旋压过程中采用反推辊。

4、壁厚减薄到规定尺寸

采用R17的圆弧形旋轮分两道次成形圆弧形部分，第一道次旋轮与芯模的间隙为2.4mm，第二道次间隙为2.0mm；随后采用双锥面旋轮成形直筒部分，一道次旋压成形，减薄率为33％。

将开口端切掉余量，进行后续的铣削加工，即可得到合乎要求的产品。采用经复合旋压成形后的屏蔽罩直筒段外径为240±0.2mm、凹底段内径53±0.1mm，满足产品尺寸精度要求。

实施例3

一种高压电器开关屏蔽罩，材料为铝合金，形状如图2所示，直筒部分直径D＝250±1mm，长度L＝400mm，壁厚t1＝2mm，凹底直径d＝60±0.5mm，长度l＝20mm，壁厚为t2＝4mm，具体步骤如下：

1、坯料计算：按照体积不变原理计算采用4mm板坯时坯料的直径分别为512mm， 此时旋压系数为0.49>0.45，强力旋压时的减薄率为50％>15％(2mm/4mm＝50％),满足变形量分配原则。

2、凹底旋压成形：

设计一个与凹底轮廓相同的旋压芯模，安装在机床主轴上，将规格为的铝板坯固定在芯模与尾顶之间，尾顶直径为60mm。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径200mm，首道次仰角为60°，道次间距5mm编制普旋轨迹。选用圆角半径为6mm的圆弧形旋轮，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的控制下沿设定的轨迹进给，主轴转速为800r/min。与实施例1‐2不同，此时只有形状变化，壁厚不变，因此旋轮轨迹为普旋圆弧形轨迹，5道次旋压成形，进给比为2mm/r，旋轮轨迹为圆弧形(如图7所示)。

3、拉深旋压成筒形坯料

设计一个直径为250mm，长度为450mm，底部凹底内径为60mm的旋压芯模，将凹台成形后的坯料翻转方向，采用直径为105mm的尾顶将坯料夹紧。按普旋轨迹的编制方法，选取渐开线基圆半径830mm，首道次仰角为50°，道次间距12mm编制普旋轨迹。主轴转速为800r/min，进给比为2mm/r，选用圆角半径为17mm的旋轮，经多道次拉深成筒形件。拉深旋压轨迹前7道次为单纯的往程旋压；随后的旋压轨迹为往、返程相结合的旋压轨迹，旋压过程中采用反推辊。

4、壁厚减薄到规定尺寸

与实施例1‐2不同，此时底部已满足尺寸要求，故只需对直筒段壁部进行强力旋压减薄到规定尺寸。采用双锥面旋轮强力旋压成形直筒部分，两道次旋压成形，减薄率分别为30％，28.6％。

将开口端切掉余量，即可得到合乎要求的产品。采用经复合旋压成形后的屏蔽罩直筒段外径为250±0.2mm、凹底段内径60±0.2mm，满足产品尺寸精度要求。

在本发明按体积不变原理及变形量分配原则选择合适规格的坯料；在成形凹底时，如底部壁厚与坯料厚度不同，在每一道次旋压中将普通旋压和强力旋压相结合，即每一道次的旋压轨迹为强旋直线型轨迹与普旋圆弧形轨迹相结合，如底部壁厚与坯料厚度相同，则只需普通旋压成形；在成形零件主体部分时，先将板坯拉深旋压成筒形坯料，然后旋压减薄到规定尺寸。将强力旋压与普通旋压有机结合完成带凹底薄壁曲母线零件的完整近净成形。

Claims (6)

1.一种大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于包括如下步骤：

1)计算板坯的尺寸

根据零件的形状、尺寸，按照体积不变原理及复合旋压成形中变形量分配原则，确定坯料的尺寸，包括坯料的直径和厚度；其中坯料的直径控制在临界直径D_t内；D_t＝d/m_t；m_t为极限拉深系数，d为芯模直径；

2)凹底部分成形

将毛坯夹紧在芯模与尾顶之间，按照普通旋压轨迹的编制方法确定成形凹底筒形部分的旋压轨迹，凹底部分旋压成形时，前1‐3道次为普通旋压，旋轮轨迹为圆弧形轨迹；其后每道次包含普通旋压和强力旋压，其旋轮轨迹包含两部分，前一部分为平行于底部凹底轴线的强力旋压时的轨迹，使每道次减薄率为10‐25％，后一部分为普通旋压时的圆弧形轨迹；每道次强旋轨迹的起点为坯料端面，终点为按照普通旋压轨迹编制的普旋轨迹的起点，普通旋压轨迹的终点由式(9)确定，最后一道次旋压轨迹为凹底部分的轮廓线；

d'＝D₀{1-[1-(d/D₀)²]X²/h²}^1/2 (9)

式中：D₀为毛坯直径，d为芯模直径，h为工件高度；

3)拉深旋压成筒形坯料

将凹底成形后的坯料翻转，将其固定在尾顶和芯模之间，按照普通旋压轨迹编制方法编制普旋轨迹，主轴带动坯料旋转，旋轮在数控***的驱动下，按已编制的轨迹进行进给，旋压轨迹的前6‐8道次为单纯的往程旋压，其后为往返程相结合的旋压轨迹，将坯料拉深旋压成筒形件；

4)旋压减薄到规定尺寸

底部圆弧形部分采用圆弧形旋轮拉深减薄，保证每道次减薄率为20％‐25％；直筒部分采用双锥面旋轮，保证每道次减薄率为20％‐35％；

5)后续通用加工，满足零件尺寸要求。

2.根据权利要求1所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述极限拉深系数通过测试坯料拉深旋压时不起皱和不断裂时坯料的直径。

3.根据权利要求1所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述单纯的往程旋压为旋轮加压于坯料，沿远离旋转中心线的方向进给。

4.根据权利要求1所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述往返程相结合的旋压轨迹为旋轮加压于坯料，先沿远离旋转中心线的方向进给，随后沿相反的方向进给。

5.根据权利要求1所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述步骤2)及3)中普通旋压轨迹的编制方法：首先确定普通旋压时合适的渐开线轨迹，随后将渐开线轨迹拟合成经过旋轮轨迹起点和终点的圆弧线曲线。

6.根据权利要求5所述的大长细比带凹底薄壁筒形件精密成形方法，其特征在于，所述渐开线基圆半径a根据芯模直径d确定：d/a≥0.3 (3)

渐开线回转中心的位置由下式确定：

式中：x_m为回转中心P与芯模端面的距离，y_m为回转中心P与芯模侧面的距离，θ₀为首道次仰角；ρ_m为芯模圆角半径，t₀为坯料厚度；θ′₀为道次仰角参照角度；由式(8)计算得到；x₀，y₀为中间计算值，由及θ₀确定；先把基圆半径a代入式(6)求出结合式(8)，将值代入式(5)，求出y₀；适当选取的值，代入式(4)求出x₀；将x₀、y₀代入式(7)求出θ′₀；若θ′₀≠θ₀，则调整x_m再迭代计算，直到当θ′₀＝θ₀时为止；然后使渐开线绕轨迹的回转中心转动，选择合适的道次间距p确定圆弧形往程旋压轨迹；其中旋轮的首道次仰角θ₀取50°‐60°，道次间距p通过试验获得。