CN107876615A - 一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装及其成形工艺 - Google Patents

一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装及其成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,包括了芯模,所述芯模顶部设置了柱状的尾顶,在所述尾顶底部压合有待加工的法兰坯料和挡板,所述挡板垫设在所述法兰坯料的底部,在外部旋压机上设置了C形悬臂,所述C形悬臂一端固定着挡板架,所述挡板支承在所述挡板架上,所述C形悬臂的另一端固定着刀具座,在所述刀具座上固定着滚珠丝杠,在所述滚珠丝杠上套设着丝杠螺母,所述丝杠螺母能沿所述滚珠丝杠滑动,在所述丝杠螺母底部固定着转动电机,所述转动电机具有输出轴,在所述输出轴上套设着旋轮,由所述转动电机驱动旋轮转动。

Description

一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装及其成形工艺
技术领域
本发明涉及汽车零部件加工技术领域,特别是涉及一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装及其成形工艺。
背景技术
对于汽车法兰,现有技术中通常是通过旋压工艺来加工,传统的旋压工艺采用先一道次剪旋后多道次普旋的工艺流程,剪旋满足正旋律,可以确保球冠部分成形时法兰保持平直状态,后续采用多道次普旋让法兰逐渐贴膜成形。
但针对一些薄壁法兰构件,在采用传统的旋压工艺进行加工时,法兰容易出现失稳起皱问题,法兰起皱主要是由于法兰刚度不足引起的,而且该构件本身形状比较复杂(存在小圆角过渡及直边区)且深径比较大,如果采用传统的旋压成形工艺,需要规划较多道次来避免缺陷的产生,这样会导致工艺繁琐,降低生产效率,而且由于第一道次剪旋的存在以及后续多道次旋轮的“拉薄”作用,旋压得到的构件壁厚减薄率很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装及其成形工艺。
为实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,包括了芯模,所述芯模顶部设置了柱状的尾顶,在所述尾顶底部压合有待加工的法兰坯料和挡板,所述挡板垫设在所述法兰坯料的底部,在外部旋压机上设置了C形悬臂,所述 C形悬臂一端固定着挡板架,所述挡板支承在所述挡板架上,所述C形悬臂的另一端固定着刀具座,在所述刀具座上固定着滚珠丝杠,在所述滚珠丝杠上套设着丝杠螺母,所述丝杠螺母能沿所述滚珠丝杠滑动,在所述丝杠螺母底部固定着转动电机,所述转动电机具有输出轴,在所述输出轴上套设着旋轮,由所述转动电机驱动旋轮转动。
作为本发明的改进,所述挡板通过螺钉固定在所述C形悬臂上。
作为本发明的进一步改进,所述C形悬臂的端部与所述挡板架焊接在一起,所述挡板跨设在所述挡板架与所述C形悬臂之间。
作为本发明的优选,所述芯模具有圆弧面,所述C形悬臂能在外部旋压机驱动下带动所述旋轮沿所述圆弧面滑动。
作为本发明的具体技术方案,在所述尾顶与所述芯模的接合部成形有柱体,所述柱体的底面为基准面。
作为本发明的改进,所述挡板为薄板,环状结构,内径大于所述芯模底部的直径,外径大于坯料外径,由金属材质制成,在所述挡板的上表面粘有橡胶,所述橡胶能在成形过程中对法兰坯料进行保护缓冲。
一种采用上述薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装进行旋压成形的工艺,包括了如下步骤:
a.将芯模套设在机床主轴上,该主轴能在电机驱动下转动;
b.通过尾顶将所述法兰坯料压紧在所述芯模的顶部;
c.由机床主轴驱动所述芯模和尾顶高速旋转,同时带动法兰坯料高速旋转;
d.启动外部的旋压机,由外部的旋压机带动C形悬臂轴向进给,同时通过驱动装置控制滚珠丝杠转动,使得丝杠螺母带动刀具座以及旋轮沿滚珠丝杠做径向进给,同一时间转动电机驱动旋轮转动,法兰坯料在旋轮的局部连续压力作用下逐渐贴膜成形。
作为上述工艺的改进,在步骤d中,所述挡板跟随所述C形悬臂做与所述旋轮同步的轴向进给。
作为上述工艺的进一步改进,挡板与旋轮之间的间隙宽度在旋压加工前可依据法兰坯料厚度和加工需要进行调整,但在旋压过程中始终保持不变。
与现有技术相比,本发明的优点在于:1、提出带挡板的薄壁铝合金构件一道次普旋成形方案,避免了传统工艺中的剪旋以及多道次普旋旋轮的“拉薄”作用带来的壁厚减薄率过大的问题,在有效解决起皱缺陷的同时还可以显著提高壁厚均匀性;2、改进了现有的防推起皱装置,防推起皱装置与法兰的接触由点接触变为面接触,进一步提高了成形过程中法兰处的支承刚度,有效的改善了成形过程中坯料的受力情况,使坯料的成形性得到提高;3、避免了封头零件传统成形工艺中道次繁多、剪旋普旋掺杂的问题,采用一道次普旋即可实现封头零件的成形,工艺简单,易于实施;4、新工艺机构容易实现,通过合理的工艺路径规划可以实现复杂成形过程,大大提高生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例中挡板辅助旋压成形工装在初始状态下的结构示意图;
图2为本发明实施例中挡板辅助旋压成形工装在旋压完成状态下的结构示意图;
图3为本发明实施例中挡板辅助旋压的加工示意图;
图4为传统旋压工艺的加工示意图;
图5为两种旋压工艺方案的工艺参数对比图;
图6为两种工艺方案成形后封头的应力应变状态曲线图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。
如附图所示,本实施例为一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,包括了芯模1,芯模为空心罩体,套设在机床主轴上,机床主轴能在电机驱动下快速转动,从而带动套设在主轴上的芯模快速转动。在芯模上成形有圆弧面,该圆弧面的轮廓与最终产品内壁的轮廓一致,在对法兰坯料进行旋压时,法兰坯料在旋轮的局部连续压力作用下逐渐沿着圆弧面贴膜成形,芯模在旋压工艺中主要起到了导向和支撑坯料的作用。
在芯模顶部设置了柱状的尾顶2,在所述尾顶底部压合有待加工的法兰坯料3和挡板4,在尾顶与芯模的接合部成形有柱体21,所述柱体的底面为基准面,旋压工艺的起始位置高度与基准面的高度一致。挡板垫设在法兰坯料的底部,挡板为薄板,环状结构,内径大于所述芯模底部的直径,外径大于法兰坯料外径,由金属材质制成,在所述挡板的上表面粘有橡胶,所述橡胶能在成形过程中对法兰坯料进行保护缓冲。
在外部旋压机上设置了C形悬臂5,旋压机能驱动C形悬臂沿机床主轴的方向轴向往复进给,具体来说,在旋压机上设置了一导轨,导轨与机床主轴同轴向设置,C形悬臂滑动连接着导轨上,由于通过电机驱动机床主轴转动以及令C形悬臂在导轨上滑动都属于本领域的惯用技术手段,故在本实施例以及附图中未示出机床主轴和外部旋压机。
如图1所示,C形悬臂具有两个凸出端51,两个凸出端相互平行,其中一端上固定着挡板架6,该凸出端与挡板架之间是一种刚性连接关系,刚性连接可以为焊接或者销接,挡板架的厚度与其对应的凸出端厚度一致,且它们的顶面和底面均平齐。前述的挡板4同时支承在挡板架和其对应的C形悬臂的凸出端上,即挡板跨设在两者之间,在该凸出端上开设有螺纹孔511,挡板通过穿设在螺纹孔中的螺钉与该C形悬臂的凸出端可拆卸地固定在一起。
在C形悬臂的另一个凸出端上固定着刀具座7,刀具座中内置有驱动电机,在该驱动电机的输出轴上通过联轴器连接着滚珠丝杠71,当驱动电机启动时,能带动滚珠丝杠71转动,在滚珠丝杠上套设着丝杠螺母72,当滚珠丝杠转动时,丝杠螺母是可以沿着滚珠丝杠滑动的,滚珠螺母与丝杠螺母的配合关系属于机械领域的公知常识,具体可以参考第五版《机械设计手册》第2卷,第7篇,第二章螺旋传动中P7-15页,由于其属于公知常识,故本实施例不对其工作原理再进行赘述。在丝杠螺母的底部固定着转动电机73,在该转动电机的输出轴731上套设着旋轮8,旋轮与输出轴之间形成有锐角夹角,即旋轮是倾斜套设在输出轴上的,其朝向芯模一侧的高度要低于背离芯模一侧的高度,当转动电机启动时,能带动旋轮转动,旋轮转动的目的是在于对法兰坯料表面进行除皱,故其转速不需要很快。
一种采用上述薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装进行旋压成形的工艺,包括了如下步骤:
a.将芯模套设在机床主轴上,该主轴能在电机驱动下转动;
b.通过尾顶将所述法兰坯料压紧在所述芯模的顶部;
c.由机床主轴驱动所述芯模和尾顶高速旋转,同时带动法兰坯料高速旋转;
d.启动外部的旋压机,由外部的旋压机带动C形悬臂轴向进给,同时通过驱动装置控制滚珠丝杠转动,使得丝杠螺母带动刀具座以及旋轮沿滚珠丝杠做径向进给,同一时间转动电机驱动旋轮转动,法兰坯料在旋轮的局部连续压力作用下逐渐贴膜成形,在这一过程中,挡板跟随 C形悬臂做与旋轮同步的轴向进给,在径向不做进给运动,在挡板的局部刚性支承作用下,法兰坯料处于起皱~平皱~成形的过程。
挡板与旋轮之间的间隙宽度在旋压加工前可依据法兰坯料厚度和加工需要进行调整,但在旋压过程中始终保持不变。
以下结合具体参数来对比传统工艺与本实施例中的新型旋压工艺:
如图3和图4所示,针对径厚比100,深径比0.41的薄壁铝合金封头,对比研究了新工艺(挡板辅助旋压)和传统工艺(预弯边的先剪后普多道次旋压)两种工艺方案的成形性及成形质量,图4中传统的封头旋压工艺流程为:球冠部分第一道次采用剪旋,保持法兰坯料处于平直状态,圆角过渡区及直边部分由于曲率变化较大,采用多道次普旋成形,在旋轮的作用下法兰坯料逐渐贴膜成形;图3中新工艺方案工艺流程核心点概括为:在坯料前方设置一挡板,挡板跟随旋轮在轴向同步运动,旋轮沿着封头母线方向一道次普旋成形,如图所示,两种方案从本质上来说都是通过增加成形过程中法兰区的支承刚度,提高法兰起皱临界值来消除起皱,确保构件能够顺利成形,两种工艺方案的工艺参数如图5所示。
分析两种工艺方案成形后封头的应力应变状态,如图6所示,可以看到在整个旋压过程中,传统方案(工艺方案二)的等效塑性应变明显高于新方案(工艺方案一)的等效塑性应变,等效塑性应变值越高,则起皱的幅度也就越大,平皱的难度也就越大。这是由于传统方案在多道次成形过程中,每一道次旋轮进给造成的塑性变形会逐渐积累,最终使得塑性变形较大,每一道次材料都发生了减薄,所有的道次的减薄量叠加,导致其壁厚均匀性明显低于带挡板的一道次普旋方案,且在旋轮多道次的重复挤压作用下,坯料法兰端不停承受弯曲—反弯曲的循环载荷作用,反复加载会导致材料硬化,塑性应变值较高。
综上,针对薄壁铝合金构件的旋压来说,由于法兰的若刚度以及成形过程中的动态效应加剧,导致法兰容易出现失稳起皱现象,传统工艺通过多道次旋压来避免起皱,本实施例则是一种利用挡板辅助旋压的工艺,通过在法兰板料前方设置一挡板的形式,实现封头的一道次普旋成形。以径厚比100 的封头为例,就传统先剪后普多道次旋压和挡板辅助旋压的工艺参数、成形性以及成形质量进行了对比,发现新工艺可以降低成形过程中法兰板料的周向压应力,提高成形性,并且所成形构件在壁厚均匀性方面要远远好于传统工艺。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:包括了芯模,所述芯模顶部设置了柱状的尾顶,在所述尾顶底部压合有待加工的法兰坯料和挡板,所述挡板垫设在所述法兰坯料的底部,在外部旋压机上设置了C形悬臂,所述C形悬臂一端固定着挡板架,所述挡板支承在所述挡板架上,所述C形悬臂的另一端固定着刀具座,在所述刀具座上固定着滚珠丝杠,在所述滚珠丝杠上套设着丝杠螺母,所述丝杠螺母能沿所述滚珠丝杠滑动,在所述丝杠螺母底部固定着转动电机,所述转动电机具有输出轴,在所述输出轴上套设着旋轮,由所述转动电机驱动旋轮转动。
2.根据权利要求1所述的薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:所述挡板通过螺钉固定在所述C形悬臂上。
3.根据权利要求2所述的薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:所述C形悬臂的端部与所述挡板架焊接在一起,所述挡板跨设在所述挡板架与所述C形悬臂之间。
4.根据权利要求1所述的薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:所述芯模具有圆弧面,所述C形悬臂能在外部旋压机驱动下带动所述旋轮沿所述圆弧面滑动。
5.根据权利要求1所述的薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:在所述尾顶与所述芯模的接合部成形有柱体,所述柱体的底面为基准面。
6.根据权利要求1所述的薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装,其特征在于:所述挡板为薄板,环状结构,内径大于所述芯模底部的直径,外径大于坯料外径,由金属材质制成,在所述挡板的上表面粘有橡胶,所述橡胶能在成形过程中对法兰坯料进行保护缓冲。
7.一种采用如权利要求1所述薄壁铝合金封头挡板辅助旋压成形工装进行旋压成形的工艺,包括了如下步骤:
a.将芯模套设在机床主轴上,该主轴能在电机驱动下转动;
b.通过尾顶将所述法兰坯料压紧在所述芯模的顶部;
c.由机床主轴驱动所述芯模和尾顶高速旋转,同时带动法兰坯料高速旋转;
d.启动外部的旋压机,由外部的旋压机带动C形悬臂轴向进给,同时通过驱动装置控制滚珠丝杠转动,使得丝杠螺母带动刀具座以及旋轮沿滚珠丝杠做径向进给,同一时间转动电机驱动旋轮转动,法兰坯料在旋轮的局部连续压力作用下逐渐贴膜成形。
8.根据权利要求7所述的旋压成形工艺,其特征在于:在步骤d中,所述挡板跟随所述C形悬臂做与所述旋轮同步的轴向进给。
9.根据权利要求7所述的旋压成形工艺,其特征在于:挡板与旋轮之间的间隙宽度在旋压加工前可依据法兰坯料厚度和加工需要进行调整,但在旋压过程中始终保持不变。
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