CN109794539B - 一种二次曲线头罩旋压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出本发明提出一种二次曲线头罩旋压成形方法，采用局部剪切旋压与普旋复合旋压技术结合，仅使用一个模具即将厚壁金属板坯直接成形为二次曲线形头罩类回转壳体。本发明实现了厚壁板坯一次旋压成形二次曲线头罩，解决了单模具旋压板坯厚度大、材料强度大带来的局部拉伸变薄严重、产品不易贴合模具等问题，与此类产品传统的多模具、多道次剪切旋压或普旋复合旋压方法相比，减少了旋压道次数，提高了生产效率，大幅降低了生产成本，避免了多次装夹导致的产品定位精度偏差，预防了起皱、断裂等缺陷。

Description

一种二次曲线头罩旋压成形方法

技术领域

本发明涉及一种二次曲线头罩旋压成形方法，属于旋压成形技术领域。

背景技术

旋压成形是二次曲线形头罩类产品成形时主要采用的技术方法，目前针对厚壁(大于等于15mm)产品主要采用板形毛坯经过多模具、多道次整体剪切旋压后再进行一次普旋成形(每次旋压使用的模具尺寸、形状不同)。这是由于厚壁板坯单次旋压时成形力大，材料很难贴合模具，材料拉薄严重，易出现起皱、断裂等缺陷，产品型面、壁厚很难满足要求等问题，故无法一次成形，必须在普旋前增加多个锥角不同的锥形模具，采用剪切旋压的方法使板坯逐步变形，从而降低最终普旋成形难度。采用上述方法，旋压加工时间长，中间需经过多次热处理，生产效率低；同时由于需要多次更换模具，热处理变形和定位不一致的问题突出，产品形状、位置、尺寸精度很难保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种高效率、高精度、仅使用一个模具旋压成形二次曲线形头罩的方法。

本发明的技术解决方案：一种二次曲线头罩旋压成形方法，通过以下步骤实现：

第一步，加工圆形板坯；

将旋压板坯设计为如图2所示的圆形，旋压板坯的壁厚t依据剪切减薄率计算确定，直径φD依据体积不变原则，并考虑预留工艺边余量由产品综合计算所得；实际工程中根据板坯的材料及厚度具体选择，一般剪切减薄率按照30％-45％(常规金属材料如铝合金、钢等通用)考虑，工艺边余量取产品体积的20％左右。将从厂家采购的标准板材通过线切割、水切割等方法中的一种加工成预定直径的圆形板坯，同时确定板坯中心及以板坯中心为中心的尾顶对准圆，板坯与模具贴合一侧边部倒成外凸圆角，防止大端口部出现包边现象。

第二步，板坯去应力处理；

针对具体板坯材料选择去应力处理工艺，降低板坯强度，使其符合旋压要求。

第三步，确定旋压轨迹，

通过设计预成形普旋轨迹，设计剪切旋压的减薄率、减薄轨迹长度、减薄轨迹形状，设计一个旋程中普旋与剪切旋压结合的复合旋压轨迹。

A3.1、确定剪切旋压的道次数和剪切旋压的道次间距，

剪切旋压的道次间距是指每一次进行剪切旋压的长度，本发明采用的剪切旋压与现有技术中将板坯整体进行一次剪切旋压不同，本发明为局部剪切旋压，每一次只对板坯的一部分进行剪切旋压，剪切旋压的道次间距为20～30mm；剪切旋压的道次数是指进行局部剪切旋压的次数，剪切旋压的道次数一般不小于10次，具体道次间距长度和道次数根据材料特性、成形特点及成形后产品的大小确定，若产品尺寸大则可增加道次间距长度和道次数。

A3.2、确定每一道次剪切旋压的旋压轨迹；

将短轨迹曲母线剪切变形等效为局部的锥形体剪切变形，依据材料减薄率选择原则，并按照剪切旋压正旋律规律设计第一次短剪切旋压之前需要的板坯切线与轴线夹角即剪切角，进而确定第一次剪切旋压时板坯需要达到的形状；通过普旋的方式使板坯成形为前述形状，在这个过程中，考虑到厚板普旋成形的特点，依据渐开线理论公式设计普旋轨迹形状和普旋起旋点，依据材料变形特点确定普旋预成形次数；设计一个旋程中剪切旋压与普旋的配合运动轨迹，使每一次普旋成形后板坯切线与轴线夹角满足下一次剪切旋压需求；

第四步，旋压，

A4.1、对板坯整体进行普旋将板坯加工成符合步骤A3.2确定的第一次剪切旋压所需的形状；

A4.2、根据步骤A3.1确定的剪切旋压的道次间距对板坯进行一次剪切旋压；

A4.3、对经过一次剪切旋压板坯的剩余部分进行正普旋和反普旋；

在正普旋后紧接增加一次反普旋，一方面促进板坯变形，将剪切旋压所需板坯角度变化量通过正、反两次实现，降低板坯变形难度，降低拉伸减薄程度；另一方面促使材料反溜回待变形区，进一步降低拉伸减薄程度；

A4.4、根据步骤A3.1确定的剪切旋压的道次间距，对经步骤A4.3正普旋和反普旋后的板坯从上一道次剪切旋压的终止位置处开始进行下一次剪切旋压；

A4.5、重复步骤A4.3和A4.4直至板坯整体旋压完成，得到二次曲线头罩坯；

A4.6、整形，

对步骤A4.5得到的二次曲线头罩坯进行整体整形，消除道次接差。

旋压过程中壁厚精度通过估算材料变形反弹量并控制旋轮与模具间隙获得；内径、圆度、直线度精度通过保证各段均匀、连续变形并结合模具形面获得。

第五步，对第四步旋压得到的二次曲线头罩坯进行机械加工后脱模得到二次曲线头罩。

机械加工：对产品外表面进行车削加工，保证外表面形状、尺寸和表面光洁度精度；通过旋压后产品贴模，由模具形面保证产品内表面形状、尺寸和表面精度；最后，切除长度方向余量，使产品满足设计要求。

高温脱模：使产品旋转，用加热***对产品加热至其松动并脱模。由于旋压模具为耐热工具钢材料，其膨胀系数和产品材料一般相差较大，在高温时产品和模具贴合紧密。在冷却后产品收缩量大于模具，必将导致常温脱模困难。故需要进行高温加热脱模。

所述步骤A3.1剪切旋压的道次间距满足后一次剪切旋压的道次间距大于等于前一次剪切旋压的道次间距。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用局部剪切旋压与普旋复合旋压技术结合热旋压技术，仅使用一个模具即将厚壁金属板坯直接成形为二次曲线形头罩类回转壳体，解决了单模具旋压板坯厚度大、材料强度大带来的局部拉伸变薄严重、产品不易贴合模具等问题，与此类产品传统的多模具、多道次剪切旋压或普旋复合旋压方法相比，减少了旋压道次数，大幅提高了生产效率；

(2)本发明仅使用一个模具，大幅节省了模具费用、热处理费用、工时费用，降低了生产成本；

(3)本发明避免了多次装夹导致的产品定位精度偏差，预防了起皱、断裂等缺陷，并且产品内形面由模具保证，外形面通过车削加工保证，大幅提高了产品加工精度；

(4)本发明成形产品互换性强，可用于类似二次曲线厚壁头罩类壳体成形，通过本工艺可使二次曲线厚壁头罩一体化成形、综合性能良好、成形精度高、成本低。

附图说明

图1为本发明制备工艺图；

图2为本发明圆形板坯结构图；

图3为本发明二次曲线头罩结构示意图；

图4为本发明旋压设备示意图；

图5为本发明旋压工况示意图；

图6为本发明旋压轨迹示意图。

具体实施方式

以下结合具体实例和附图对本发明进行详细说明。

加工如图3所示的二次曲线头罩，其制造长度L1为600mm，大端外径φD1为550mm，小端有封底，外径约70mm，壁厚t1为11mm，形面为半椭球形，材料为5A06铝合金。

加工工艺如图1所示，通过以下步骤实现：

1、板坯设计

将旋压板坯6设计为圆形，板坯结构如图2所示，其壁厚t依据短剪切减薄率计算确定,根据材料特点，短剪切减薄率设定为40％，计算所得板坯厚度t为18.3mm。其直径φD依据体积不变原则，由产品综合计算后应为φ668mm，工艺边余量取产品体积的20％，等效计算后，产品直径应为φ835mm。

2、板坯加工

将从厂家采购的标准板材通过线切割、水切割等方法中的一种加工成直径为φ835mm圆形板坯，同时采用钳工划线的方法确定板坯中心及以板坯中心为中心的尾顶对准圆φd，板坯与模具贴合一侧边部车削R20mm的外凸圆角，防止大端口部出现包边现象。

3、去应力处理

根据铝合金热处理相关标准规范，采用如下热处理制度对板坯6进行热处理，以降低板坯6强度，符合旋压要求：

热处理设备：铝合金热处理炉，控温精度不大于±5mm；

升温方式：随炉升温；

保温温度：320℃；

保温时间：1.5h；

冷却方式：随炉冷却至260℃后出炉。

4、旋压轨迹设计

设计预成形普旋轨迹，设计局部剪切旋压的减薄率、减薄轨迹长度、减薄轨迹形状，设计一个旋程中局部剪切旋压与普旋的配合运动轨迹，确定成形过程。

具体过程如下：

A4.1、将短轨迹曲母线剪切变形等效为局部的锥形体剪切变形，依据材料减薄率选择原则，并按照剪切旋压正旋律规律设计第一次局部剪切旋压之前需要的板坯切线与轴线夹角，进而确定板坯需要达到的形状；

A4.2、通过普旋的方式使板坯成形为前述形状，在这个过程中，考虑到厚板普旋成形的特点，依据渐开线理论公式设计普旋轨迹形状和普旋起旋点，依据材料变形特点确定普旋预成形次数；

A4.3、依据A3.1、A3.2的方法，设计一个旋程中局部剪切旋压与普旋的配合运动轨迹，使每一次普旋成形后板坯切线与轴线夹角满足下一次局部剪切旋压需求；

A4.4、在正普旋后紧接增加一次反普旋，一方面促进板坯变形，将剪切旋压所需板坯角度变化量通过正、反两次实现，降低板坯变形难度，降低拉伸减薄程度；另一方面促使材料反溜回待变形区，进一步降低拉伸减薄程度；

A4.5、综合材料特性、成形特点及产品长度确定每一次局部剪切长度即道次间距；

A4.6、完成产品旋压后需增加一次压下量为0.5mm的整形，消除道次接差。

依据上述方法的组合使用，确定渐开线轨迹的起始仰角60°、偏转角度8°、道次数为21个、道次间距约20-30mm，其中板坯前端约80mm左右的部分仅进行普旋，不进行局部剪切旋压，第一道次的局部剪切旋压的起始位置从此位置开始，后续道次间隔进行一次正普旋和反普旋和一次局部剪切旋压，剪普复合旋压轨迹见图6。

第五步，旋压

生产设备如图4、图5所示的两轮旋压机，其中1为电气柜，2为液压站，3为主轴箱，4为冷却站，5为右侧床身，6为旋压板坯，7为润滑站，8为尾顶；9为操作中心，10为中心架，11为模具，12为加热***。

工作时，首先安装板坯6。以旋压轨迹为基础在操作中心9中设计旋压程序。使板坯6旋转，用加热***12对板坯6预加热至设定温度开始旋压，整个旋压过程中始终对产品保温加热。剪普复合旋压工况见图5。

具体过程如下：

A5.1、板坯6放置在可升降的中心架10上，中心架10处于升起状态，调整中心架10使板坯尾顶8对准圆与尾顶外圆重合，通过尾顶8将板坯6压紧在模具11端面上，用于板坯轴向、径向定位，同时传递扭矩；

A5.2、以旋压轨迹为基础编制旋压程序使顶料、预旋转、沿预定轨迹旋压、停止等动作自动执行，基本工艺参数如下：

主轴转速：180r/min；

进给速度：200mm/min；

旋轮与模具间隙：11.5mm。

A5.3、预旋转主轴，对板坯6预加热使之表面温度达到380℃，温度控制采用经过曲线标定的红外测温仪实时监测及加热***实时调控实现；

A5.4、旋压时始终通过加热***12对待旋压区进行加热，保持该区板坯温度符合预定要求；沿轴线从产品小径端逐渐向大径端，通过21个道次，每次对20-30mm左右长度进行局部剪切、普旋复合旋压，其中第1-8道次间距为20mm，第9-16道次间距为25mm，第17-21道次间距为30mm。使该段板坯与模具贴合，同时对其余部分进行普旋，使产品逐步贴模并接近最终形状，直至全部贴模

A5.5、完成产品剪普复合旋压后，增加一次压下量为0.5mm的整形，消除道次接差，最终成形为旋压后产品14；

A5.6、壁厚精度通过估算材料变形反弹量并控制旋轮13与模具11间隙获得，该产品壁厚精度在±0.2mm；

A5.7、内径、圆度、直线度精度通过保证各段均匀、连续变形并结合模具11形面获得。

6、车削加工

待旋压后产品14旋转冷却，在旋压机右侧床身5安装车刀架，独立编制车削程序，不脱模，对旋压后产品14旋转外表面进行车削加工，保证外表面形状、尺寸和表面光洁度精度；通过旋压后产品贴模，由模具11形面保证产品内表面形状、尺寸和表面精度；最后，切除长度方向余量，使产品满足设计要求。

7、高温脱模

使主轴旋转，用加热***12对产品加热至其松动并脱模。

由于旋压模具11为耐热工具钢材料，其膨胀系数和产品材料一般相差较大，在高温时产品和模具贴合紧密。在冷却后产品收缩量大于模具，必将导致常温脱模困难。故需要进行高温加热脱模。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种二次曲线头罩旋压成形方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，加工圆形板坯；

第二步，板坯去应力处理；

第三步，确定旋压轨迹，

A3.1、确定剪切旋压的道次数和剪切旋压的道次间距；

A3.2、确定每一道次剪切旋压轨迹；

第四步，旋压，

A4.1、对板坯整体进行普旋将板坯加工成符合步骤A3.2确定的第一次剪切旋压所需的形状；

A4.2、根据步骤A3.1确定的剪切旋压的道次间距对板坯进行一次剪切旋压；

A4.3、对经过一次剪切旋压板坯的剩余部分进行正普旋和反普旋；

A4.4、根据步骤A3.1确定的剪切旋压的道次间距，对经步骤A4.3正普旋和反普旋后的板坯从上一道次剪切旋压的终止位置处开始进行下一次剪切旋压；

A4.5、重复步骤A4.3和A4.4直至板坯整体旋压完成，得到二次曲线头罩坯；

A4.6、整形，

对步骤A4.5得到的二次曲线头罩坯进行整体整形；

第五步，对第四步旋压得到的二次曲线头罩坯进行机械加工后脱模得到二次曲线头罩。

2.根据权利要求1所述的一种二次曲线头罩旋压成形方法，其特征在于：所述步骤A3.1剪切旋压的道次间距满足后一次剪切旋压的道次间距大于等于前一次剪切旋压的道次间距。

3.根据权利要求1所述的一种二次曲线头罩旋压成形方法，其特征在于：所述步骤A3.1中剪切旋压的道次间距为20～30mm。

4.根据权利要求1所述的一种二次曲线头罩旋压成形方法，其特征在于：所述步骤A3.1中剪切旋压的道次数不小于10次。

5.根据权利要求1所述的一种二次曲线头罩旋压成形方法，其特征在于：所述步骤A3.2中确定每一道次剪切旋压的旋压轨迹，将短轨迹曲母线剪切变形等效为局部的锥形体剪切变形，依据材料减薄率选择原则，并按照剪切旋压正旋律规律设计第一次短剪切旋压之前需要的板坯切线与轴线夹角即剪切角，进而确定第一次剪切旋压时板坯需要达到的形状。

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