CN110711825A - 梨型构件成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种梨型构件成形装置及方法，包括平尾顶(1)、筒形件旋压模(2)、锥尾顶(3)、内旋旋轮、收口模(4)、收口尾顶(5)以及翻孔模(6)，所述平尾顶(1)与筒形件旋压模(2)联合使用；所述锥尾顶(3)与筒形件旋压模(2)联合使用；所述内旋旋轮与筒形件旋压模(2)联合使用；所述收口模(4)与收口尾顶(5)联合使用。成形方法包括底部半球旋压成形、侧壁直边旋压成形、反锥特征成形、侧壁收口成形以及翻孔成形。本发明采用了旋压成形，实现了零件无缝整体成形，相对于拼焊成形工艺消除了焊缝，有效提高产品可靠性；利用精简结构模具形式代替传统复杂冲压结构形式，有效节约模具成本。

Description

梨型构件成形装置及方法

技术领域

本发明涉及旋压成形技术领域的装置和工艺，具体地，涉及一种梨型构件成装置及方法，尤其是一种变截面梨型构件复合成形装置及方法。

背景技术

旋压成形是将金属平板毛坯或预制毛坯卡紧在旋压机的芯模上，由主轴带动芯模和坯料旋转，利用旋轮对坯料施加压力，产生连续、逐点的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件的塑性加工方法。

旋压成形已经发展成为现代塑性加工技术的一个重要分支，目前己成为薄壁回转体零件加工中需要优先考虑的一种成形工艺。与其他成形方法相比，具有加工工艺柔性好、设备简单、产品质量高、易实现产品轻量化和柔性化等一系列优点，旋压成形方法在航空、航天和兵器等金属精密加工技术领域中占有重要地位。

采用旋压成形的工艺方法其优点在于：

(1)产品可靠性高。可将产品焊缝数量由2～3条减少为0条，有效提高产品的可靠性。

(2)产品的机械性能佳。旋压后材料的强度和硬度比母材提高了约35％～45％，产品疲劳性能也显著提高，因此产品的机械性能经旋压后得到一定的提高。

(3)加工周期短，劳动强度小。旋压成形大大减少了拼焊工艺方法的校正、修配工作量，缩短产品研制周期50％以上，降低劳动强度60％以上。

本发明涉及到的一种梨型构件，主要特点包括：零件直径最大约φ700mm，壁厚在3mm～6mm之间，属于大直径薄壁异形件，零件上部为狭长收口特征，中部为两段过渡圆弧，底部为反向内凹特征，在零件下端开有4个法向孔，在侧壁开有1个法向孔，由于零件形状变化大，采用板材整体成形具有较大难度，因此考虑采用多道旋压复合成形工艺，研制整体无缝产品。

公开号为CN109201832A的专利文献公开了一种短模旋压成形装置。该设备包括芯轴、零件支撑环、成形环、成形环驱动模块和旋轮。其中，芯轴为筒形结构，芯轴的一端与主轴同轴连接；零件支撑环套设在与主轴连接的芯轴的外端面上，用于支撑待加工零件；成形环可轴向移动的环向设在芯轴的中间段的外表面上；成形环驱动模块安装在芯轴的筒腔内，用于驱动成形环轴向移动；旋轮设置在芯轴的外周，在零件的成形加工部位与成形环同步运动。通过设置独立的零件支撑环和成形环，以及成形环驱动模块和芯轴配合作用，提高了零件加工效率，能根据不同使用需求进行合理选材和更换维护，通用性强，在保证加工质量的同时降低了整体重要，节约了生产成本，但在加工变截面异形复杂构件时，由于零件形状变化大，采用整体成型存在较大难度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种梨型构件成形装置及方法。

根据本发明提供的一个方面，提供一种梨型构件成形装置，包括平尾顶、筒形件旋压模、锥尾顶、内旋旋轮、收口模、收口尾顶以及翻孔模，所述平尾顶与筒形件旋压模联合使用；所述锥尾顶与筒形件旋压模联合使用；所述内旋旋轮与筒形件旋压模联合使用；所述收口模与收口尾顶联合使用。

优选地，所述平尾顶的一端为顶部设置有柱形凸起的第一圆锥体，平尾顶的另一端设置有取放凸起部。

优选地，所述筒形件旋压模包括第一中空结构圆柱体与第一中空球形盖，所述第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面连接，并且第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面直径相等，所述第一中空圆柱体内部设置有支撑架，所述第一中空球球形盖顶端为向内凹陷的第一锥形，所述第一锥形的形状与平尾顶一端的第一圆锥体的形状相匹配。

优选地，所述锥尾顶为第一球形盖体，所述第一球形盖体顶端具有向内突出的第二锥形，所述第二锥形的形状与筒形件旋压模的第一中空球形盖顶部的向内凹陷的第一锥形的形状相匹配；

所述第一球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；

所述第一球形盖体的端部设置有第一收紧环，所述第一收紧环与覆盖有板料的筒形件旋压模的第一中空圆柱体过盈配合；

所述第一球形盖体的球面弧度与筒形件旋压模的第一中空球形盖的球面弧度相匹配。

优选地，所述内旋旋轮包括一端的连接部以及另一端的锥顶为圆角的第二圆锥体结构，所述第二圆锥体的形状与筒形件旋压模的中空球形盖顶部的向内凹陷第一锥形的形状相匹配。

优选地，所述收口模包括第二中空球形盖，所述第二中空球形盖的形状与筒形件旋压模的第一中空球形盖的形状相同；所述第二中空球形盖顶端为向内凹陷的第三锥形，所述第三锥形的形状与内旋旋轮的第二圆锥体的形状相匹配；

所述收口模还包括第二中空结构圆柱体或者中空不规则回转体；

所述第二中空圆柱体的端面与第二中空球形盖的端面连接，并且第二中空圆柱体的端面直径小于第二中空球形盖的端面直径，所述第二中空圆柱体内部设置有支撑架；

所述中空不规则回转体横截面为圆形且沿轴线方向横截面积从一端到另一端递减，所述中空不规则回转体内部设置有支撑架。

优选地，所述收口尾顶为第二球形盖体，所述第二球形盖体顶端具有向内突出的第四锥形，所述第四锥形的形状与收口模的第二中空球形盖顶端的向内凹陷的第三锥形的形状相匹配；

所述第二球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；

所述第二球形盖体的端部设置有第二收紧环，所述第二收紧环的直径与锥尾顶的第一收紧环的直径相同；所述第二球形盖体的球面弧度与锥尾顶的球面弧度相同；

所述第二球形盖体的球面弧度与收口模的第二中空球形盖的球面弧度相匹配。

优选地，所述翻孔模包括底座、壳体、支撑座、翻孔器，所述壳体设置在底座上，壳体一端设置有开口，壳体内部设置有支撑座、翻孔器，所述支撑座与成形板料接触的一端为弧形面，所述翻孔器设置在支撑座中间。

根据本发明的另一个方面，提供一种梨型构件成形方法，包括如下步骤：

球形旋压成形步骤：利用平尾顶及筒形件旋压模，将板料包裹在筒形件旋压模的中空球形盖上，对板料进行剪切旋压，将平尾顶***包裹有板料的筒形件旋压模的中空球形盖上的内陷的第一锥形，使板料成顶部具有锥形凹陷的半球形；

侧壁直边旋压成形步骤：将平尾顶取出，再利用锥尾顶包裹筒形件旋压模第一中空球形盖上的板料，避免产生变形，将板料以筒形件旋压模的第一中空圆柱体为模进行侧壁直边旋压成形，使板料侧边成圆柱形；

反锥特征成形步骤：将锥尾顶取出，利用内旋旋轮通过反锥特征成形将板料内陷锥形变成圆角锥形；

侧壁收口成形步骤：将筒形件旋压模取出更换为收口模，并利用收口尾顶包裹收口模的第二中空球形盖上的板料，避免产生变形，以收口膜为模进行侧壁收口成形；

翻孔成形步骤：将成形后的板料放入翻孔模，利用翻孔器完成翻孔成形。

优选地，采用所述的梨型构件成形装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用了旋压成形，实现了零件无缝整体成形，相对于拼焊成形工艺消除了焊缝，有效提高产品可靠性。

2、本发明结构简单紧凑，操作方便，利用精简结构模具形式代替传统复杂冲压结构形式，有效节约模具成本。

3、本发明相对于机加工成形具有成形效率快，材料利用率高，研制成本低等特点，更加适用于薄壁异形构件的成形。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1和2为球形旋压成形示意图；

图3为侧壁直边旋压成形示意图；

图4为反锥特征成形示意图；

图5为侧壁收口成形示意图；

图6为翻孔成形示意图；

图7为成形梨型构件结构示意图。

图中示出：

1-平尾顶 3-锥尾顶 5-收口尾顶

2-筒形件旋压模 4-收口模 6-翻孔模

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本发明涉及一种梨型构件整体成形装置及方法，其中，模具包括筒形件旋压模、收口模、翻孔模等结构，可实现异形变截面六通构件的旋压复合成形，与现有技术相比，本发明采用“旋压+渐进+收口+翻孔”复合成形工艺方法，实现了变截面异形复杂构件整体成形，消除了传统拼焊成形容易产生的变形，传统机加工成形造成的大量材料浪费等问题，提高了多通件的可靠性和尺寸精度。

根据本发明提供的一种梨型构件成形装置，如图1-5所示，包括平尾顶1、筒形件旋压模2、锥尾顶3、内旋旋轮、收口模4、收口尾顶5以及翻孔模6，所述平尾顶1与筒形件旋压模2联合使用；所述锥尾顶3与筒形件旋压模2联合使用；所述内旋旋轮与筒形件旋压模2联合使用；所述收口模4与收口尾顶5联合使用。

如图1所示，所述平尾顶1的一端为顶部设置有柱形凸起的第一圆锥体，所述柱形凸起用于避免板料在旋压时因受到尖利锥顶的作用而受损，同时，使锥形顶部为平滑结构，便于后续通过内旋旋轮制造顶部为圆角的内凹锥形，平尾顶1的另一端设置有取放凸起部，方便拿取。

如图1-2所示，所述筒形件旋压模2包括第一中空结构圆柱体与第一中空球形盖，所述第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面连接，并且第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面直径相等，所述第一中空圆柱体内部设置有支撑架，所述第一中空球球形盖顶端为向内凹陷的第一锥形，所述第一锥形的形状与平尾顶1一端的第一圆锥体的形状相匹配。所述支撑架用于保证模具形状的稳定，并且能方便板料成形取出筒形件旋压模2，所述第一中空球球形盖顶端为向内凹陷的第一锥形能够对已经初步具有内凹锥形板料的内凹锥形进行支撑防止变形。

如图2所示，所述锥尾顶3为第一球形盖体，所述第一球形盖体顶端具有向内突出的第二锥形，所述第二锥形的形状与筒形件旋压模2的第一中空球形盖顶部的向内凹陷的第一锥形的形状相匹配；所述第一球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；所述第一球形盖体的端部设置有第一收紧环，所述第一收紧环与覆盖有板料的筒形件旋压模2的第一中空圆柱体过盈配合；所述第一球形盖体的球面弧度与筒形件旋压模2的第一中空球形盖的球面弧度相匹配。

所述内旋旋轮包括一端的连接部以及另一端的锥顶为圆角的第二圆锥体结构，所述第二圆锥体的形状与筒形件旋压模2的中空球形盖顶部的向内凹陷第一锥形的形状相匹配。所述连接部能够将内旋旋轮安装到动力机构上以便进行反锥特征成形步骤，或者所述连接部用于手持进行反锥特征成形步骤。

如图4所示，所述收口模4包括第二中空球形盖，所述第二中空球形盖的形状与筒形件旋压模2的第一中空球形盖的形状相同；所述第二中空球形盖顶端为向内凹陷的第三锥形，所述第三锥形的形状与内旋旋轮的第二圆锥体的形状相匹配；所述收口模4还包括第二中空结构圆柱体或者中空不规则回转体；所述第二中空圆柱体的端面与第二中空球形盖的端面连接，并且第二中空圆柱体的端面直径小于第二中空球形盖的端面直径，所述第二中空圆柱体内部设置有支撑架；所述中空不规则回转体横截面为圆形且沿轴线方向横截面积从一端到另一端递减，所述中空不规则回转体内部设置有支撑架。

如图4所示，所述收口尾顶5为第二球形盖体，所述第二球形盖体顶端具有向内突出的第四锥形，所述第四锥形的形状与收口模4的第二中空球形盖顶端的向内凹陷的第三锥形的形状相匹配；所述第二球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；所述第二球形盖体的端部设置有第二收紧环，所述第二收紧环的直径与锥尾顶3的第一收紧环的直径相同；所述第二球形盖体的球面弧度与锥尾顶3的球面弧度相同；所述第二球形盖体的球面弧度与收口模4的第二中空球形盖的球面弧度相匹配。

如图5所示，所述翻孔模6包括底座、壳体、支撑座、翻孔器，所述壳体设置在底座上，壳体一端设置有开口，壳体内部设置有支撑座、翻孔器，所述支撑座与成形板料接触的一端为弧形面，所述翻孔器设置在支撑座中间。所述支撑座为一个顶端具有弧形面的圆环；或者所述支撑座包括多个顶端为弧形面的的支撑件，所述多个支撑件将翻孔器包围在内部。

根据本发明提供的一种梨型构件成形方法，尤其是采用所述的梨型构件成形装置的一种梨型构件成形方法，包括如下步骤：

球形旋压成形步骤：如图1所示，利用平尾顶1及筒形件旋压模2，将板料包裹在筒形件旋压模2的中空球形盖上，对板料进行剪切旋压，将平尾顶1***包裹有板料的筒形件旋压模2的中空球形盖上的内陷的第一锥形，使板料成顶部具有锥形凹陷的半球形；

侧壁直边旋压成形步骤：如图2所示，将平尾顶1取出，再利用锥尾顶3包裹筒形件旋压模2第一中空球形盖上的板料，避免产生变形，将板料以筒形件旋压模2的第一中空圆柱体为模进行侧壁直边旋压成形，使板料侧边成圆柱形；

反锥特征成形步骤：如图3所示，将锥尾顶3取出，利用内旋旋轮通过反锥特征成形将板料内陷锥形变成圆角锥形；

侧壁收口成形步骤：如图4所示，将筒形件旋压模2取出更换为收口模4，并利用收口尾顶5包裹收口模4的第二中空球形盖上的板料，避免产生变形，以收口膜4为模进行侧壁收口成形；

翻孔成形步骤：如图5所示，将成形后的板料放入翻孔模6，利用翻孔器完成翻孔成形。成形后的梨型构件如图6所示。

优选实施例：

一种梨型构件成形方法，包括如下步骤：

步骤一：利用平尾顶1及筒形件旋压模2将板料圆弧处采用剪切旋压至圆弧高度50％部分，由原始板材φ1300mm，旋压至半球直径约φ700mm位置，剩余圆弧与直边均采用普旋旋压工艺完成，由于材料变形量较大，为防止零件旋压时开裂模，需要对材料进行火焰加热，加热温度控制在200℃左右，采用热值较低的丙烷、氧气，采用大面积加热炬加热。

步骤二：将第一道次旋压尾顶平尾顶1更换，改用第二道次旋压尾顶锥尾顶3，用于包裹半球底部形状，避免产生变形，进行第二道次侧壁直边旋压成形，旋压后筒体直径约φ700mm，加热温度控制在200℃左右，如图2所示。

步骤三：将筒形件旋压模2端部反锥块取出，利用内旋旋轮，进行第三道次反凹形状成形，成形角度为80°，成形高度约100mm，该成形过程由于受到内部模具作用，将板材旋压至直接贴合模具。

步骤四：更换收口模4，利用收口尾顶5和收口模4，进行侧壁收口成形，加热温度控制在300℃左右；利用数控程序完成侧壁收口，产品尺寸可根据实际需要进行调整和优化，可满足不同壁厚、不同外形尺寸的零件成形。

步骤五：将成形后的六通构件放入翻孔模6，利用液压机合模力作用完成翻孔成形；成形后板料呈一端设置有数个通孔与一个内陷圆角圆锥形的梨型构件。

本发明采用强旋和普旋相结合的工艺方法，利用“旋压+渐进+收口+翻孔”复合成形工艺，实现变截面异形零件整体无缝成形。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种梨型构件成形装置，其特征在于，包括平尾顶(1)、筒形件旋压模(2)、锥尾顶(3)、内旋旋轮、收口模(4)、收口尾顶(5)以及翻孔模(6)，所述平尾顶(1)与筒形件旋压模(2)联合使用；所述锥尾顶(3)与筒形件旋压模(2)联合使用；所述内旋旋轮与筒形件旋压模(2)联合使用；所述收口模(4)与收口尾顶(5)联合使用。

2.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述平尾顶(1)的一端为顶部设置有柱形凸起的第一圆锥体，平尾顶(1)的另一端设置有取放凸起部。

3.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述筒形件旋压模(2)包括第一中空结构圆柱体与第一中空球形盖，所述第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面连接，并且第一中空圆柱体的端面与第一中空球形盖的端面直径相等，所述第一中空圆柱体内部设置有支撑架，所述第一中空球球形盖顶端为向内凹陷的第一锥形，所述第一锥形的形状与平尾顶(1)一端的第一圆锥体的形状相匹配。

4.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述锥尾顶(3)为第一球形盖体，所述第一球形盖体顶端具有向内突出的第二锥形，所述第二锥形的形状与筒形件旋压模(2)的第一中空球形盖顶部的向内凹陷的第一锥形的形状相匹配；

所述第一球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；

所述第一球形盖体的端部设置有第一收紧环，所述第一收紧环与覆盖有板料的筒形件旋压模(2)的第一中空圆柱体过盈配合；

所述第一球形盖体的球面弧度与筒形件旋压模(2)的第一中空球形盖的球面弧度相匹配。

5.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述内旋旋轮包括一端的连接部以及另一端的锥顶为圆角的第二圆锥体结构，所述第二圆锥体的形状与筒形件旋压模(2)的中空球形盖顶部的向内凹陷第一锥形的形状相匹配。

6.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述收口模(4)包括第二中空球形盖，所述第二中空球形盖的形状与筒形件旋压模(2)的第一中空球形盖的形状相同；所述第二中空球形盖顶端为向内凹陷的第三锥形，所述第三锥形的形状与内旋旋轮的第二圆锥体的形状相匹配；

所述收口模(4)还包括第二中空结构圆柱体或者中空不规则回转体；

所述第二中空圆柱体的端面与第二中空球形盖的端面连接，并且第二中空圆柱体的端面直径小于第二中空球形盖的端面直径，所述第二中空圆柱体内部设置有支撑架；

所述中空不规则回转体横截面为圆形且沿轴线方向横截面积从一端到另一端递减，所述中空不规则回转体内部设置有支撑架。

7.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述收口尾顶(5)为第二球形盖体，所述第二球形盖体顶端具有向内突出的第四锥形，所述第四锥形的形状与收口模(4)的第二中空球形盖顶端的向内凹陷的第三锥形的形状相匹配；

所述第二球形盖体顶端向外设置有取放凸起部；

所述第二球形盖体的端部设置有第二收紧环，所述第二收紧环的直径与锥尾顶(3)的第一收紧环的直径相同；所述第二球形盖体的球面弧度与锥尾顶(3)的球面弧度相同；

所述第二球形盖体的球面弧度与收口模(4)的第二中空球形盖的球面弧度相匹配。

8.根据权利要求1所述的梨型构件成形装置，其特征在于，所述翻孔模(6)包括底座、壳体、支撑座、翻孔器，所述壳体设置在底座上，壳体一端设置有开口，壳体内部设置有支撑座、翻孔器，所述支撑座与成形板料接触的一端为弧形面，所述翻孔器设置在支撑座中间。

9.一种梨型构件成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

球形旋压成形步骤：利用平尾顶(1)及筒形件旋压模(2)，将板料包裹在筒形件旋压模(2)的中空球形盖上，对板料进行剪切旋压，将平尾顶(1)***包裹有板料的筒形件旋压模(2)的中空球形盖上的内陷的第一锥形，使板料成顶部具有锥形凹陷的半球形；

侧壁直边旋压成形步骤：将平尾顶(1)取出，再利用锥尾顶(3)包裹筒形件旋压模(2)第一中空球形盖上的板料，避免产生变形，将板料以筒形件旋压模(2)的第一中空圆柱体为模进行侧壁直边旋压成形，使板料侧边成圆柱形；

反锥特征成形步骤：将锥尾顶(3)取出，利用内旋旋轮通过反锥特征成形将板料内陷锥形变成圆角锥形；

侧壁收口成形步骤：将筒形件旋压模(2)取出更换为收口模(4)，并利用收口尾顶(5)包裹收口模(4)的第二中空球形盖上的板料，避免产生变形，以收口膜(4)为模进行侧壁收口成形；

翻孔成形步骤：将成形后的板料放入翻孔模(6)，利用翻孔器完成翻孔成形。

10.根据权利要求9所述的梨型构件成形方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的梨型构件成形装置。

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