CN107913931A - 大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法 - Google Patents

大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法 Download PDF

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杨国平
李�杰
杨滨婷
刘堂林
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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Abstract

本发明属于塑性加工技术领域，具体公开了一种大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，首先制备目标直径的圆形坯料，然后将芯模安装于旋压设备上，零件安装在芯模表面，芯模的底部加工两组沟槽，组成网格，之后安装圆弧旋轮，在坯料外部安装尾顶，最后旋压成形。在芯模底部加工出交叉网格，可明显增大失稳阻力，减小或消除坯料在旋压过程中相对芯模的转动，增加坯料的稳定性。在芯模底部及坯料相应位置加工出止转销钉孔，***销钉，防止坯料在旋压过程中相对芯模的转动，有效增加坯料的稳定性，旋压过程中，控制旋轮进给比，有效控制旋压力，对整体失稳和局部失稳，均有有益影响。

Description

大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法
技术领域
本发明属于塑性加工技术领域，具体涉及一种针对薄壁零件旋压成形工艺中的坯料稳定性控制方法。
背景技术
在运载火箭或导弹的结构制造技术中，采用旋压成形制造大型贮箱(直径2.5～3.5m，壁厚为2mm～5mm)的球形、椭球形、似锥形等封头型面的箱底壳体，是箭(弹)结构的贮箱制造技术发展方向之一。采用该技术，可改变我国当前贮箱壳体制造的可靠性裕度不足、低效率成本高的现状：采用瓜瓣、顶盖或其他结构拼焊。因焊缝长度很长、结构复杂，对质量控制和可靠性保证带来较大的影响。显然，采用整体制造技术，将尽可能多的零件或部件制造为无焊缝的整体零件，质量控制更加容易，性能可靠性也将得到显著提升，整体制造技术是航天重要结构件制造的发展趋势。
以圆形平板为坯料，采用旋压成形技术旋制球形、椭球形、似锥形结构的箱底壳体，旋压过程中容易出现坯料不稳定的现象，这将明显影响旋压成形精度。在旋压过程中，坯料稳定性对产品成形型面精度有重大影响。如果坯料不稳定，旋压进给比将出现明显的波动，旋压过程中各个区域的变形量不能相互协调，将导致成形产品精度和表面质量显著下降。直径越大，壁厚越薄，旋压坯料的稳定性问题就凸显出来，因此，保证和加强锥形底旋压坯料的稳定性尤其重要。提高旋压坯料的稳定性，是首要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，增大整体失稳的阻力，有效控制旋压坯料的整体失稳。
本发明的技术方案如下：
一种大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，该方法包括如下步骤：
1)旋压坯料准备
制备目标直径的圆形坯料，坯料壁厚与孔直径比为0～0.6％；
2)安装芯模
将芯模安装于旋压设备上，零件安装在芯模表面，使得芯模在与零件的接触面上延伸，将坯料与芯模固定；
芯模的底部加工两组沟槽，组成网格；
3)安装圆弧旋轮
在零件外部安装圆弧旋轮，圆弧旋轮的圆角半径为0.8～3.0倍的坯料厚度。圆弧旋轮的轴线与芯模轴线夹角在20～60°范围内；
4)安装尾顶
在坯料外部安装尾顶，该尾顶为台阶结构，台阶大端最薄处厚度为3～5mm；
5)旋压成形
将坯料外表面涂抹润滑剂，启动旋压设备旋压成型。
在上述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法中，所述的步骤1)中坯料加工有若干孔，步骤2)中将坯料与芯模利用定位销和止转销固定，定位销和止转销位于所述的孔内。
在上述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法中，
当坯料厚度不大于8mm时，定位销和止转销的销钉直径为8mm～10mm；
当坯料厚度大于8mm时，定位销和止转销的销钉直径为坯料厚度的1.0～1.3倍；销孔孔缘至芯模外沿的距离为5～15mm。
在上述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法中，所述的步骤2)中的芯模底部网格参数为：两组沟槽夹角为60°～80°，每组沟槽中沟槽数量为3～5条，沟槽深度0.5～1mm，宽度4～10mm，沟槽间距4～10mm。
在上述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法中，所述的步骤5)中的润滑剂为MoS2+黄油。
在上述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法中，在所述的步骤5)中：
零件的半锥角大于30°时，采用剪切旋压成形，圆弧旋轮的进给比为0.8～2.0mm/rev。
零件的半锥角小于30°时，采用普通旋压成形，旋轮进给比为2～10mm/rev。
本发明的显著效果如下：
在芯模底部加工出交叉网格，可明显增大失稳阻力，减小或消除坯料在旋压过程中相对芯模的转动，增加坯料的稳定性。
在芯模底部及坯料相应位置加工出止转销钉孔，***销钉，防止坯料在旋压过程中相对芯模的转动，有效增加坯料的稳定性。
旋压薄壁零件时，旋压毛坯经过一定的预成形，增加了坯料的结构刚性，可以有效控制坯料产生反背、起皱等形式的失稳。
旋压过程中，控制旋轮进给比，有效控制旋压力，对整体失稳和局部失稳，均有有益影响。
附图说明
图1为坯料、零件与工装的关系示意图；
图2为芯模底部网格结构；
图3为典型预成形旋压坯料结构。
图中：1.圆弧旋轮；2.(无或有预成形的)旋压坯料；3.零件；4.零件余量；5.芯模；6.止转销钉；7.定位销钉；8.尾顶；201.旋压坯料；202.预成形旋压坯料；203.成形零件。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图2和图3所示，大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法的具体步骤如下。
1)旋压坯料准备
制备圆形坯料，坯料上制出与定位销、止转销相匹配的孔。当坯料2壁厚与孔的直径之比为0～0.6％，旋压坯料可经预成形，增强坯料刚性。
2)安装芯模
如图1所示将芯模5安装于旋压设备(图中未示出，为公知技术)上，芯模5的厚度与零件3厚度之比为0～2.5％。
芯模5在零件3基础上自然延伸形成余量，零件3的小端直径为Db，自然延伸至底部平面直径Dm处，形成零件余量4，零件3小端与底部平面外端之间长距离为ΔL。芯模5与底部平面之间加工过渡圆角R。ΔL为1～3倍的坯料厚度，R为0.5～2.5倍料后。
芯模5的底部加工止转销钉孔和沟槽。止转销钉6在孔内安装，并且沿周向局部，数量2～6个。
当坯料厚度不大于8mm时，销钉直径为8mm～10mm。
当坯料厚度大于8mm时，销钉直径为板料厚度的1.0～1.3倍；销孔孔缘至芯模外沿的距离为5～15mm。
如图2所示，在芯模的底部平面内加工两组沟槽，组成网格。网格结构参数如下：两组沟槽夹角为60°～80°，每组沟槽中沟槽数量为3～5条，沟槽深度0.5～1mm，宽度4～10mm，沟槽间距4～10mm。
3)安装旋轮
对于封头或似锥结构的零件，采用圆弧旋轮1将其安装，圆弧旋轮1的圆角半径为0.8～3.0倍的坯料厚度。圆弧旋轮1的轴线与芯模5轴线夹角在20～60°范围内。
4)顶紧尾顶
为了将坯料顶紧，安装有尾顶8，该尾顶8为台阶结构，台阶处留出旋轮运动空间，台阶大端最薄处厚度为3～5mm。
5)旋压成形
将坯料2外表面涂抹润滑剂，如MoS2+黄油。
零件3的半锥角(切线与轴线夹角)大于30°时，采用剪切旋压成形，圆弧旋轮1的进给比为0.8～2.0mm/rev。
零件3的半锥角(切线与轴线夹角)小于30°时，采用普通旋压成形，旋轮进给比为2～10mm/rev。
如图3所示，给出了旋压坯料201、预成形旋压坯料202到成形零件203角度变化示意图。

Claims (6)

1.一种大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
1)旋压坯料准备
制备目标直径的圆形坯料，坯料壁厚与孔直径比为0～0.6％；
2)安装芯模
将芯模(5)安装于旋压设备上，零件(3)安装在芯模(5)表面，使得芯模(5)在与零件(3)的接触面上延伸，将坯料与芯模(5)固定；
芯模(5)的底部加工两组沟槽，组成网格；
3)安装圆弧旋轮
在零件外部安装圆弧旋轮，圆弧旋轮1的圆角半径为0.8～3.0倍的坯料厚度。圆弧旋轮1的轴线与芯模(5)轴线夹角在20～60°范围内；
4)安装尾顶
在坯料外部安装尾顶(8)，该尾顶(8)为台阶结构，台阶大端最薄处厚度为3～5mm；
5)旋压成形
将坯料(2)外表面涂抹润滑剂，启动旋压设备旋压成型。
2.如权利要求1所述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于：所述的步骤1)中坯料加工有若干孔，步骤2)中将坯料与芯模利用定位销和止转销固定，定位销和止转销位于所述的孔内。
3.如权利要求2所述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于：
当坯料厚度不大于8mm时，定位销和止转销的销钉直径为8mm～10mm；
当坯料厚度大于8mm时，定位销和止转销的销钉直径为坯料厚度的1.0～1.3倍；销孔孔缘至芯模外沿的距离为5～15mm。
4.如权利要求1所述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于，所述的步骤2)中的芯模底部网格参数为：两组沟槽夹角为60°～80°，每组沟槽中沟槽数量为3～5条，沟槽深度0.5～1mm，宽度4～10mm，沟槽间距4～10mm。
5.如权利要求1所述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于，所述的步骤5)中的润滑剂为MoS2+黄油。
6.如权利要求1所述的大型薄壁零件旋压成形的坯料稳定性控制方法，其特征在于，在所述的步骤5)中：
零件(3)的半锥角大于30°时，采用剪切旋压成形，圆弧旋轮1的进给比为0.8～2.0mm/rev。
零件(3)的半锥角小于30°时，采用普通旋压成形，旋轮进给比为2～10mm/rev。
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