CN108311550A - 一种降低内筒应力的扁挤压筒 - Google Patents

Abstract

一种降低内筒应力的扁挤压筒。该扁挤压筒由外筒(501)、中筒(502)、内筒(503)和软金属填充层(504)构成；外筒(501)和中筒(502)、中筒(502)和内筒(503)之间均采用过盈装配；两块软金属填充层(504)对称于扁形孔长轴分布两侧，嵌于内筒型腔内部，并两端封闭。通过上述设计，本发明提供的扁挤压筒可使过渡圆角处的应力集中现象得到明显改善，应力水平显著降低，挤压服役时的循环应力幅值显著降低，有效提高整个扁挤压筒的寿命。

Description

一种降低内筒应力的扁挤压筒

技术领域

本项发明涉及挤压成型领域，特别涉及一种降低内筒应力的扁挤压筒。

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。采用扁挤压方式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，会产生很大的应力集中，并且在挤压工作时的循环应力幅值很大，极易造成内筒破坏，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；但由于加工误差以及高温、高压、高摩擦等的恶劣工作环境，工作时两镶块与内筒壁之间会产生间隙，被挤压金属坯料会填满缝隙，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。

如图4为专利ZL103934299提出的一种端部密封软金属层的扁挤压筒，它由外筒401，中筒402，软金属层403和内筒404构成。其中，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。该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。然而在挤压过程即半载情况下，内筒应力过大，变形较为严重，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产生应力集中，并且应力水平太高；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，由于应力集中的影响，局部应力很高，易超出许用应力，并且在实际生产周期性加载的工况下，循环应力幅值很大，导致内筒的疲劳寿命显著降低，在短时间内开裂。目前，上述扁挤压筒的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与应力幅值很大的现象，提出一种能显著降低内筒应力集中并且降低循环应力幅值的扁挤压筒，提高扁挤压筒的寿命。

本项发明是一种降低内筒应力集中并且降低循环应力幅值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5所示。该扁挤压筒由外筒501、中筒502、内筒503和软金属填充层504构成；外筒501和中筒502采用过盈装配；中筒502和内筒503采用过盈装配；在内筒503内部镶嵌两块软金属填充层504；将两块软金属填充层504的两端封闭在内筒503内部的型腔内，如图6所示。

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，采用内筒镶嵌软金属层的结构，当内筒承受挤压载荷时，软金属填充区域相对于现有技术相同区域的变形量略微增大，进而改善内筒的应力分布情况，内筒内壁圆弧过渡处的应力集中显著降低；而中筒502、外筒501也不会产生应力集中；对于实际挤压工况的交变载荷，内筒内壁圆弧过渡处的循环应力幅值也显著降低。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是现有技术中端部密封软金属层的扁挤压筒实施例示意图

其中：外筒401、中筒402、软金属层403、内筒404

图5是本发明的扁挤压筒实施例示意图

其中：501外筒、502中筒、503内筒、504软金属填充层

图6是本发明的扁挤压筒1/4模型示意图

其中：501外筒、502中筒、503内筒、504软金属填充层

图7、图8、图9是本发明的扁挤压筒与传统扁挤压筒和专利ZL103934299方案的应力对比

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作详细说明。本发明所提出的扁挤压筒实施例示意图如图5和图6所示。由外筒501、中筒502、内筒503、软金属填充层504构成；外筒501和中筒502采用过盈装配；中筒502和内筒503采用过盈装配；在内筒503内部型腔镶嵌两块软金属填充层504；将两块软金属填充层504的两端封闭在内筒503内部型腔内，如图6所示。

本发明的扁挤压筒服役在高温环境，在高温环境下软金属填充层的屈服应力降低，内筒503在软金属填充区域的局部结构的刚度得到适当的降低，进而改善内筒的应力分布情况；科学合理设计内筒503内部型腔结构、软金属填充层504与内部型腔的参数以及各层筒之间过盈量，可使过渡圆角处的应力集中现象得到明显改善，应力水平显著降低，挤压服役时的循环应力幅值显著降低，因此本发明能够大幅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填充层的几何参数，不限制具体软金属填充层的材料物理化学特性，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扁挤压筒，均属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种降低内筒应力的扁挤压筒，该扁挤压筒由外筒(501)、中筒(502)、内筒(503)和软金属填充层(504)构成；在形状、结构和装配上，与现有或接近技术共有的必要技术特征是：外筒(501)和中筒(502)之间采用过盈装配，中筒(502)和内筒(503)之间采用过盈装配；区别于最接近的现有技术的技术特征是：在内筒(503)内部的型腔内嵌有两块软金属填充层(504)。

2.根据权利要求1所述的一种降低内筒应力的扁挤压筒，其特征是：两块软金属填充层(504)对称于扁形孔长轴嵌于内筒型腔两侧，并两端封闭。