CN110479841B - 大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,包括以下步骤:S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上,关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触,使约束模和环形毛坯之间产生作用力,保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转;S2、约束模绕自身轴线做旋转运动,并带动环形毛坯和旋轮绕各自轴线做旋转运动,同时两旋轮沿轨迹做进给运动,使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形;S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时,约束模停止转动,两旋轮退回到初始位置,并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。本发明通过多道次局部成形大型横高筋薄壁环件,具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率、减小成形力的效果。
Description
技术领域
本发明涉及异形截面环件的精密轧制成形方法,更具体地说,涉及一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法。
背景技术
在航空、航天等制造领域,结构轻量化是减少能源消耗、提升飞行器续航能力的重要途径。因此,飞机、火箭、飞船等重大装备上广泛应用了大量的薄壁结构件,例如机舱、机翼、发动机外罩。为了提高这些结构件的强度,通常在其表面上设有加强筋。大型横高筋薄壁环件作为飞机、火箭等重型装备上典型的核心承载构件,对其成形精度和性能要求极其苛刻。对于这类大型横高筋薄壁环件,目前主要有焊接、铆接、切削三种方法。焊接方法是先分开制造薄壁矩形环件与加强筋,再将加强筋焊接在矩形环件上,但焊接方法性能差、成本高,难以满足高端装备高性能制造的要求。铆接方法也是先分开制薄壁矩形环件与加强筋,再用大量铆钉将加强筋和矩形环件铆接在一起。铆接方法不仅增加了构件的重量,还降低了加强筋和矩形环件之间的连接强度。切削方法是对矩形截面环形毛坯进行车削加工,从而加工出目标大型横高筋薄壁环件。但是,切削方法存在材料利用率低、零件回弹变形大、金属流线不连续等问题,使零件的成形精度和力学性能大大降低。塑性成形工艺具有显著的节能节材、加工效率高、成形性能优异等特点,逐渐成为高端装备结构件整体制造的主要发展趋势。受零件外形尺寸限制,采用传统的锻造方法很难成形出这类大型横高筋薄壁环件。因此,迫切需要找到一种有效的塑性成形方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,,显著地改善了大型横高筋薄壁环件内部组织和力学性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,包括以下步骤:
S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上,关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触,使约束模和环形毛坯之间产生作用力,保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转;
S2、约束模绕自身轴线做旋转运动,并带动环形毛坯和旋轮绕各自轴线做旋转运动,同时两旋轮沿轨迹做进给运动,使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形,其成形分三个阶段:
S21、第一成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度,对环形毛坯的侧壁进行多道次轴向旋轧成形;旋轧过程中,两旋轮沿轴向从环形毛坯两端向中间运动,侧壁处产生轴向压缩、径向延伸的塑性变形,从而在环形毛坯的外周面上形成一条横筋;
S22、第二成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度,对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形;旋轧过程中,横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加,从而达到预设的形状;
S23、第三成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给,对环形毛坯的横筋以外部分进行多道次轴向旋轧成形;旋轧过程中,两旋轮沿轴向从环形毛坯横筋向两端运动,横筋以外部分厚度不断减薄、轴向高度逐渐增加,从而达到预设的尺寸要求;
S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时,约束模停止转动,两旋轮退回到初始位置,并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。
上述方案中,在步骤S1中,环形毛坯的内径等于目标大型横高筋薄壁环件的内径D1,环形毛坯的高度h远小于约束模的高度,环形毛坯的外径为D2;环形毛坯的外形尺寸通过式(1)计算得到:
其中,大型横高筋薄壁环件的横筋以外部分厚度为t,大型横高筋薄壁环件上端面到横筋上端面的距离为a,大型横高筋薄壁环件下端面到横筋下端面的距离为b,横筋高度为c,横筋厚度为f。
上述方案中,在步骤S22中,当两旋轮轴向、径向进给时,其速度始终相等。
实施本发明的大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,具有以下有益效果:
1、通过多道次局部成形大型横高筋薄壁环件,具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率、减小成形力的效果。
2、轧制成形的大型横高筋薄壁环件表面质量好,几何精度高,而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线,显著地改善了大型横高筋薄壁环件内部组织和力学性能。
3、轧制过程中两旋轮始终对称,起到阻碍金属轴向流动的作用,省去了约束金属轴向流动的模具,且在两旋轮的作用下,两旋轮之间的金属主要沿环件径向向外流动,使环件外周面容易形成薄壁高筋。
4、两旋轮尺寸较小、运动空间大、通用性好。通过调整两旋轮的运动轨迹,可旋轧出不同规格的横高筋薄壁环件。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为制得大型横高筋薄壁环件的毛坯纵截面示意图;
图2为大型横高筋薄壁环件的纵截面示意图;
图3为双旋轮旋轧成形大型高筋薄壁环件的整体示意图;
图4为旋轮三维示意图;
图5为双旋轮多道次轴向旋轧成形目标环件侧壁的示意图;
图6为双旋轮多道次径向旋轧成形目标环件横筋的示意图;
图7为双旋轮多道次轴向旋轧成形目标环件蒙皮的示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-图7所示,本发明的大型横高筋薄壁环件的精密轧制成形方法包括以下步骤:
S1,获得环形毛坯2,毛坯2为矩形截面环件,可通过镦粗、铸造、冲孔、冲连皮、挤压、平端面和车削的方法制得。采用本发明方法制得的零件为大型横高筋薄壁环件8。如图1、2所示,毛坯2的高度为h,毛坯2的内径为D1,毛坯2的外径其中,大型横高筋薄壁环件的内径为D1,横筋以外部分厚度为t,目标环件上端面到横筋上端面的距离为a,目标环件下端面到横筋下端面的距离为b,横筋高度为c,横筋厚度为f。在本发明的一个优选实例中,大型横高筋薄壁环件8的尺寸如下:D1=3000mm,t=5mm,f=10mm,a=20mm,b=40mm,c=30mm,因此环件毛坯2的尺寸可确定为:D1=3000mm,D2=3022mm,h=30mm。
S2,如图3所示,将环形毛坯2和环形推板3水平套在约束模1上,环形毛坯2的内径等于约束模1的外径,环形坯料2与环形推板3之间的间隙e=30mm,环形推板3的内径等于约束模1的外径。再将两旋轮4、5对称安装在环形毛坯2的两端面上,旋轮4、5侧面圆弧半径为5mm,旋轮4、5端面直径为40mm,旋轮架到旋轮4、5端面的距离为10mm。
S3,如图3所示,约束模1绕自轴做旋转运动,旋转速度为w1,带动环形毛坯2、旋轮4和旋轮5旋转,旋轮4、5的旋转速度为w2。同时,旋轮4、5还按一定的轨迹做进给运动,在约束模1和旋轮4、5的共同作用下,环件毛坯2产生轴向压缩、径向伸长的连续局部变形,环件毛坯2变形主要分三个阶段。
S4,环件变形第一阶段如图5所示,旋轮4、5与水平面间的夹角α=60°,旋转速度w2=240r/min。旋轮4按图5所示的O→2→1→O→3→1→O→4→1→O→5→O'的轨迹做进给运动,旋轮5按图5所示的O→7→6→O→8→6→O→9→6→O→10→O'的轨迹做进给运动。旋轮4、5轴向进给时,v1=0.5mm/s,v2=0.9mm/s;旋轮4、5径向进给时,v1=v2=0.9mm/s。通过多道次轴向旋轧成形,在环形毛坯2的外周面上挤出与一条横筋,从而得到环件6。变形前毛坯形状和旋轮位置在图中用虚线表示。
S5,环件变形第二阶段如图6所示,旋轮4、5与水平面间的夹角β=45°,旋转速度w2=240r/min。旋轮4按图6所示的O→2'→1'→O→3'→1'→O→4'→O'的轨迹做进给运动,旋轮5按图6所示的O→6'→5'→O→7'→5'→O→8'→O'的轨迹做进给运动。旋轮4、5轴向和径向进给时,其速度均为0.9mm/s。通过对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形,使横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加,从而得到环件7。变形前毛坯形状和旋轮位置在图中用虚线表示。
S6,环件变形第三阶段如图7所示,旋轮4、5与水平面间的夹角α=60°,旋转速度w2=240r/min,旋轮4,5的进给速度分别为v1、v2。旋轮4按图7所示的O→2″→1″→O→3″→1″→O→4″→O'的轨迹做进给运动,旋轮5按图7所示的O→6″→5″→O→7″→5″→O→8″→O'的轨迹做进给运动。旋轮4、5轴向进给时,v1=0.5mm/s,v2=0.9mm/s;旋轮4、5径向进给时,v1=v2=0.9mm/s。通过对环件的横筋以外部分进行多道次轴向旋轧成形,使横筋以外部分厚度不断减薄、轴向高度逐渐增加,从而目标横高筋薄壁环件8。变形前毛坯形状和旋轮位置在图中用虚线表示。
S7,当环形毛坯形状达到预设要求时,约束模1停止转动,旋轮4、5停止进给并退回到初始位置。液压驱动环形推板3沿其轴向运动,将制得的大型横高筋薄壁环件8从约束模1上挤出。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上,关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触,使约束模和环形毛坯之间产生作用力,保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转;
S2、约束模绕自身轴线做旋转运动,并带动环形毛坯和旋轮绕各自轴线做旋转运动,同时两旋轮沿轨迹做进给运动,使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形,其成形分三个阶段:
S21、第一成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度,对环形毛坯的侧壁进行多道次轴向旋轧成形;旋轧过程中,两旋轮沿轴向从环形毛坯两端向中间运动,侧壁处产生轴向压缩、径向延伸的塑性变形,从而在环形毛坯的外周面上形成一条横筋;
S22、第二成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度,对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形;旋轧过程中,横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加,从而达到预设的形状;
S23、第三成形阶段;通过控制两旋轮运动轨迹和进给,对环形毛坯的横筋以外部分进行多道次轴向旋轧成形;旋轧过程中,两旋轮沿轴向从环形毛坯横筋向两端运动,横筋以外部分厚度不断减薄、轴向高度逐渐增加,从而达到预设的尺寸要求;
S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时,约束模停止转动,两旋轮退回到初始位置,并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。
6.根据权利要求1所述的大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法,其特征在于,在步骤S22中,当两旋轮轴向、径向进给时,其速度始终相等。
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