CN112427524A - 法兰翻边内旋压复合成型方法及装置 - Google Patents

法兰翻边内旋压复合成型方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种法兰翻边内旋压复合成型方法，包括：首先在圆形板坯中心加工导引孔，加热后放在翻边下模具上，启动液压机，冲头螺杆在液压机的作用下向下运动，使压边圈压紧板坯，冲头螺杆在与压边圈的螺纹配合下旋转向下运动，端部冲头旋压将导引孔扩大，材料向下翻转；进而冲头螺杆颈部的二冲头渐进式的旋压法兰颈部，法兰颈部进一步变薄并向下伸长；直至尺寸到位，液压机回程，冲头螺杆在弹簧的作用下复位。本发明通过冲头旋转向下运动，采用小面积快速渐进式旋转挤压成型，减小了材料对冲头的包覆力，使脱模容易，减小了法兰颈部与端部之间的圆角，并且降低了成型所需要的冲击力，减小了设备体积重量。

Description

法兰翻边内旋压复合成型方法及装置
技术领域
本发明属于锻压技术领域，有其涉及一种薄壁高颈法兰的拉伸翻边内旋压复合成型方法。
背景技术
法兰是常用的机械连接零件，对于法兰是制造，常用的方法主要有：通过模锻成型，然后进行大量的机械加工；或模锻成型后经过炖粗冲孔制成锻件毛坯后由机械加工；有时也包括焊接焊接的工序。这些方法成型的工序多，材料利用率较低，而且大量的机械加工切断了金属纤维，降低了产品的使用寿命和综合性能。
公开号为CN109648255A的中国专利公开了一种大型法兰的板锻碾轧复合成型工艺，该工艺包括如下步骤：在圆形坯料中心加工导引孔，加热后放入碾环机中轧制成符合尺寸的法兰工件，去应力处理后对法兰工件进行车加工、倒角、检测即可。采用该方法提高了材料利用率，并且使金属的流线随产品形状分布，提高了综合性能。但由于还需要在额外的设备上进行旋压和环轧成型工序，生产工序较多；而且在轧制过程中法兰端部与颈部之间形成圆角，降低了尺寸的精确性。
公开号为CN110681813A的中国专利公开了一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法，该方法包括如下步骤：S1-锻压，将板坯放入下模沉孔中，冲头向下运动，冲头挤压第二压缩弹簧，第二压缩弹簧挤压下方的压边圈，压边圈对板坯进行锻压，直至与下模接触，与下模共同夹持住板坯；S2-拉伸翻边，冲头继续向下运动，通过导引孔，冲头挤压板坯材料向周边移动，导引孔在冲头的作用下逐渐增大，周围材料向下模内孔孔壁翻转；S3-冲挤，板坯与下模内孔孔壁接触后，冲头与下模内孔形成一个小于板坯厚度的空间，板坯材料在冲头的挤压下变薄，多余的金属向下流动，法兰颈部变薄变长；S4-墩锻，冲头继续向下运动，下模在冲头的作用下挤压下模下方的第一压缩弹簧向下运动，使下模、下模座、压边圈与冲头在下模内孔处围成的空间越来越小，直至下模座接触板坯向下的翻边，实现反向墩锻，将翻边后端面墩锻平整，并将多余的金属向上挤压至端面圆角处，将封闭型腔填满即可。该方法利用反向墩锻对法兰颈部进行炖粗，能使颈部厚度大于板坯厚度，并且消除了法兰端部圆角，还通过第一压缩弹簧使设备复位。
但是，上述两项技术均存在一个局限：在板坯拉伸过程中摩擦阻力很大，拉伸完成后，胚料完全包裹在冲头上，脱模困难。这一问题一直制约生产效率的提升。尤其是对于薄壁高颈法兰，由于其颈部壁厚较薄且尺寸长，甚至脱模时如果材料对冲头的包覆力过大，就会使法兰颈部变形，影响成品率。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种法兰翻边内旋压复合成型方法。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供了一种法兰翻边内旋压复合成型方法，包括如下步骤：
①首先将板坯制成圆坯，在板坯中心加工导引孔；
②将板坯加热后放在翻边下模具上，并将压边圈置于板坯上，启动液压机，冲头螺杆与压边圈由螺纹配合，在螺纹的作用下冲头螺杆做旋转向下运动，直至接触板坯，并且冲头螺杆在弹簧、螺纹的作用下挤压压边圈，冲头螺杆、压边圈、翻边下模具共同压紧板坯；
③冲头螺杆继续做旋转向下运动，端部冲头通过导引孔，在旋转和挤压的共同作用下将导引孔扩大，随着行程的增加，导引孔周围的材料向下翻转；
④冲头螺杆继续做旋转向下运动，端部冲头进一步使法兰颈部材料变薄并向下伸长，与此同时冲头螺杆颈部的二冲头接触板坯，对法兰颈部形成渐进式的旋转挤压，使得法兰颈部进一步变薄并向下伸长；
⑤随着行程继续增加，经过多圈旋转，法兰颈部在二冲头的作用下，高度增高，壁厚变薄，内径变大，直至尺寸到位，液压机回程，冲头螺杆在弹簧的作用下反向转动并向上复位，实现冲头与法兰锻件的分离。
在冲头旋转向下运动的过程中，冲头与材料具有充分的相对运动距离，减小了材料对冲头的包覆力，使脱模容易，避免了脱模影响法兰产品质量；由渐进式旋转挤压替代了传统的一次冲压的方式，明显减小了法兰颈部与端部之间的圆角，提高了尺寸精确度，免去了墩锻工序；由于端部冲头、二冲头均是小面积快速渐进成型，替代了传统的全截面接触模具的方式，降低了成型所需要的冲击力，同时减小了设备体积重量，节约了设备投入和能源消耗。另外，在压边圈的作用下，能够准确的定位锻件，防止旋压时锻件固定不牢固造成的锻件移动。
本发明尤其用于制造薄壁高颈法兰，减小了脱模难度，增加了生产率和成品率。
所述步骤①具体为：选用厚度均匀的板材，并将板材按尺寸要求进行切割，切割后在坯料中心加工导引孔，导引孔形状对应法兰内孔形状为圆形，获得板坯。
所述步骤②板坯加热为加热至1150～1180℃。
所述步骤②还包括：冲头螺杆、压边圈、翻边下模具共同压紧板坯后压边圈持续向下运动挤压板坯，直至与压边圈与翻边下模具接触。以增加夹紧力，并使法兰端部平整均匀。
所述步骤⑤，冲头螺杆向下运动至二冲头超出法兰下端。以使法兰下端平直，便于加工。
所述步骤⑤，液压机回程过程中进行多次上下往复运动。以便于使法兰内孔光滑。
本发明还提供了一种法兰翻边内旋压复合成型装置，包括翻边下模具，所述翻边下模具上方设有压边圈，压边圈中部通过螺纹连接有冲头螺杆，冲头螺杆上设有垫板和弹簧，弹簧上端与垫板接触，下端与压边圈接触，冲头螺杆下端部设有冲头，颈部设有二冲头。
所述翻边下模具上设有沉孔，沉孔中部设有通孔。通孔对应法兰颈部为圆形。
所述压边圈为下端开口的圆筒形，压边圈上端设有螺纹孔与冲头螺杆配合。进一步地，压边圈的外径大于翻边下模具的沉孔直径，内径不大于翻边下模具的通孔直径。进一步地，压边圈的内径小于模具的通孔直径，压边圈内径与模具通孔直径的差值为所要制造的法兰颈部壁厚的2倍。在端部冲头与二冲头挤压材料的过程中压边圈阻止材料向法兰端部流动，以保证法兰端部平整。
所述冲头螺杆、端部冲头、二冲头为一体成型。进一步地，二冲头的直径大于端部冲头；为使材料具有充分变形的空间，减小反作用力，二冲头与端部冲头之间具有间隙。进一步地，冲头直径从前到后逐渐增加，前部为球形，中部与前部圆滑过渡为锥形，后部为柱形；经过该设置，使冲头与板坯均匀地渐进挤压，避免尺寸突变导致材料变形不均匀、成型后局部应力增大。二冲头侧面为球体赤道面的形状，并且从侧面至根部厚度逐渐增加。
所述垫板与冲头螺杆之间通过轴承连接，垫板中部设有槽形空间，轴承外圈与轴承内圈均设于槽形空间内。
本发明的有益效果在于：
综上所述，本发明通过冲头旋转向下运动，采用小面积快速渐进式旋转挤压成型，减小了材料对冲头的包覆力，使脱模容易，减小了法兰颈部与端部之间的圆角，并且降低了成型所需要的冲击力，减小了设备体积重量。
附图说明
图1是本发明的装置的结构示意图。
图中：1-翻边下模具；2-板坯；3-压边圈；4-冲头螺杆；41端部冲头；42-二冲头；5-弹簧；6-垫板；7-轴承外圈；8-轴承内圈。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明提供了一种法兰翻边内旋压复合成型方法，包括如下步骤：
①首先将板坯2制成圆坯，在板坯2中心加工导引孔；
②将板坯2加热后放在翻边下模具1上，并将压边圈3置于板坯2上，启动液压机，冲头螺杆4与压边圈3由螺纹配合，在螺纹的作用下冲头螺杆4做旋转向下运动，直至接触板坯2，并且冲头螺杆4在弹簧5、螺纹的作用下挤压压边圈3，冲头螺杆4、压边圈3、翻边下模具1共同压紧板坯2；
③冲头螺杆4继续做旋转向下运动，端部冲头41通过导引孔，在旋转和挤压的共同作用下将导引孔扩大，随着行程的增加，导引孔周围的材料向下翻转；
④冲头螺杆4继续做旋转向下运动，端部冲头41进一步使法兰颈部材料变薄并向下伸长，与此同时冲头螺杆4颈部的二冲头42接触板坯2，对法兰颈部形成渐进式的旋转挤压，使得法兰颈部进一步变薄并向下伸长；
⑤随着行程继续增加，经过多圈旋转，法兰颈部在二冲头42的作用下，高度增高，壁厚变薄，内径变大，直至尺寸到位，液压机回程，冲头螺杆4在弹簧5的作用下反向转动并向上复位，实现冲头与法兰锻件的分离。
在冲头旋转向下运动的过程中，冲头与材料具有充分的相对运动距离，减小了材料对冲头的包覆力，使脱模容易，避免了脱模影响法兰产品质量；由渐进式旋转挤压替代了传统的一次冲压的方式，明显减小了法兰颈部与端部之间的圆角，提高了尺寸精确度，免去了墩锻工序；由于端部冲头41、二冲头42均是小面积快速渐进成型，替代了传统的全截面接触模具的方式，降低了成型所需要的冲击力，同时减小了设备体积重量，节约了设备投入和能源消耗。另外，在压边圈3的作用下，能够准确的定位锻件，防止旋压时锻件固定不牢固造成的锻件移动。
所述步骤①具体为：选用厚度均匀的板材，并将板材按尺寸要求进行切割，切割后在坯料中心加工导引孔，导引孔形状对应法兰内孔形状为圆形，获得板坯2。
所述步骤②板坯2加热为加热至1150～1180℃。
所述步骤②还包括：冲头螺杆4、压边圈3、翻边下模具1共同压紧板坯2后压边圈3持续向下运动挤压板坯2，直至与压边圈3与翻边下模具1接触。以增加夹紧力，并使法兰端部平整均匀。
所述步骤⑤，冲头螺杆4向下运动至二冲头42超出法兰下端。以使法兰下端平直，便于加工。
所述步骤⑤，液压机回程过程中进行多次上下往复运动。以便于使法兰内孔光滑。
本发明还提供了一种法兰翻边内旋压复合成型装置，如图1所示为该装置的结构示意图：
本发明提供的法兰翻边内旋压复合成型装置，包括翻边下模具1，所述翻边下模具1上方设有压边圈3，压边圈3中部通过螺纹连接有冲头螺杆4，冲头螺杆4上设有垫板6和弹簧5，弹簧5上端与垫板6接触，下端与压边圈3接触，冲头螺杆4下端部设有冲头，颈部设有二冲头42。
所述翻边下模具1上设有沉孔，沉孔中部设有通孔。通孔对应法兰颈部为圆形。
所述压边圈3为下端开口的圆筒形，压边圈3上端设有螺纹孔与冲头螺杆4配合。进一步地，压边圈3的外径大于翻边下模具1的沉孔直径，内径不大于翻边下模具1的通孔直径。进一步地，压边圈3的内径小于模具的通孔直径，压边圈3内径与模具通孔直径的差值为所要制造的法兰颈部壁厚的2倍。在端部冲头41与二冲头42挤压材料的过程中压边圈3阻止材料向法兰端部流动，以保证法兰端部平整。
所述冲头螺杆4、端部冲头41、二冲头42为一体成型。进一步地，二冲头42的直径大于端部冲头41；为使材料具有充分变形的空间，减小反作用力，二冲头42与端部冲头41之间具有间隙。进一步地，冲头直径从前到后逐渐增加，前部为球形，中部与前部圆滑过渡为锥形，后部为柱形；经过该设置，使冲头与板坯2均匀地渐进挤压，避免尺寸突变导致材料变形不均匀、成型后局部应力增大。二冲头42侧面为球体赤道面的形状，并且从侧面至根部厚度逐渐增加。
所述垫板6与冲头螺杆4之间通过轴承连接，垫板6中部设有槽形空间，轴承外圈7与轴承内圈8均设于槽形空间内。

Claims (10)

1.一种法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：包括如下步骤：①首先将板坯(2)制成圆坯，在板坯(2)中心加工导引孔；
②将板坯(2)加热后放在翻边下模具(1)上，并将压边圈(3)置于板坯(2)上，启动液压机，冲头螺杆(4)与压边圈(3)由螺纹配合，在螺纹的作用下冲头螺杆(4)做旋转向下运动，直至接触板坯(2)，并且冲头螺杆(4)在弹簧(5)、螺纹的作用下挤压压边圈(3)，冲头螺杆(4)、压边圈(3)、翻边下模具(1)共同压紧板坯(2)；
③冲头螺杆(4)继续做旋转向下运动，端部冲头(41)通过导引孔，在旋转和挤压的共同作用下将导引孔扩大，随着行程的增加，导引孔周围的材料向下翻转；
④冲头螺杆(4)继续做旋转向下运动，端部冲头(41)进一步使法兰颈部材料变薄并向下伸长，与此同时冲头螺杆(4)颈部的二冲头(42)接触板坯(2)，对法兰颈部形成渐进式的旋转挤压，使得法兰颈部进一步变薄并向下伸长；
⑤随着行程继续增加，经过多圈旋转，法兰颈部在二冲头(42)的作用下，高度增高，壁厚变薄，内径变大，直至尺寸到位，液压机回程，冲头螺杆(4)在弹簧(5)的作用下反向转动并向上复位，实现冲头与法兰锻件的分离。
2.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述步骤①具体为：选用厚度均匀的板材，并将板材按尺寸要求进行切割，切割后在坯料中心加工导引孔，获得板坯(2)。
3.如权利要求2所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述导引孔形状对应法兰内孔形状为圆形。
4.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述步骤②板坯(2)加热为加热至1150～1180℃。
5.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述步骤②还包括：冲头螺杆(4)、压边圈(3)、翻边下模具(1)共同压紧板坯(2)后压边圈(3)持续向下运动挤压板坯(2)，直至与压边圈(3)与翻边下模具(1)接触。
6.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述压边圈(3)的内径小于翻边下模具(1)的孔径，并大于法兰内径。
7.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述步骤⑤，冲头螺杆(4)向下运动至二冲头(42)超出法兰下端。
8.如权利要求1所述的法兰翻边内旋压复合成型方法，其特征在于：所述步骤⑤，液压机回程过程中进行多次上下往复运动。
9.一种用于实现权利要求1～8中任一项所述的方法的法兰翻边内旋压复合成型装置，其特征在于：包括翻边下模具(1)，所述翻边下模具(1)上方设有压边圈(3)，压边圈(3)中部通过螺纹连接有冲头螺杆(4)，冲头螺杆(4)上设有垫板(6)和弹簧(5)，弹簧(5)上端与垫板(6)接触，下端与压边圈(3)接触，冲头螺杆(4)下端部设有冲头，颈部设有二冲头(42)。
10.如权利要求9所述的法兰翻边内旋压复合成型装置，其特征在于：所述垫板(6)与冲头螺杆(4)之间通过轴承连接，垫板(6)中部设有槽形空间，轴承外圈(7)与轴承内圈(8)均设于槽形空间内。
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