CN220612035U - 一种环件外径收缩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种环件外径收缩装置，包括外冲头、缩径机构、旋转机构和液压装置，缩径机构包括外径模、内径模和支撑导轨；外冲头内侧呈上端内径大而下端内径小的正多边锥形，其斜度α＝3°～30°，在支撑导轨的对应位置有凹槽；外径模包括截面为类L形的驱动块和圆弧状的离散模具，驱动块外侧有斜度α，下端有凸台，离散模具组成的圆内径与环件目标外径尺寸一致；内径模的外径尺寸与环件目标内径尺寸一致；支撑导轨上端有滑槽，内侧有限位块，其上有弹簧和与控制***连接的螺杆。该装置工作时，外冲头向下运动，使外径模往内侧径向运动，通过弹簧复位模具后旋转环件并重复校形、实现环件外径收缩，同时内径也得到校形，可得到壁厚均匀、尺寸精度较高的环件。

Description

一种环件外径收缩装置

技术领域

本实用新型属于材料加工领域，具体涉及一种环件外径收缩装置。

背景技术

此部分的陈述仅仅提供与本公开有关的背景技术信息，并且这些陈述可能构成现有技术。在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题。

大型环件多用于航空航天、风力发电、核电工业等重要领域，环件一般通过环轧技术生产，由于直径较大而壁厚较薄，在成形过程中容易出现椭圆、大小口、壁厚不均匀等缺陷，使得实际生产时不得不增大环锻件设计余量，降低材料利用率，同时增大了机加余量和难度，因此往往在成形后需要进行一道校形工序，比如胀形。

胀形一般采用胀形机来实现。胀形机可针对环件的内径椭圆、高度方向大小口等缺陷开展校形，得到圆度相对较佳、高度方向一致性较好的内径。但环件在胀形过程中仍存在以下问题：

(1)胀形工艺仅可针对环件内径校形；

(2)内径椭圆度较大时，胀形时模具与环件内径不能完全贴合，即胀形结束后内径仍为椭圆；

(3)环件外径为自由态，形状尺寸精度难以控制，若环轧后环件外径椭圆度，则内径胀形后外径椭圆度加剧；

(4)胀形后如果壁厚不均匀，会导致同一截面上的组织与力学性能存在差异，难以保证整体圆度及组织力学性能的均匀性，不满足技术要求。

针对环件外径校形的问题，当前也有采用外径缩环方式来实现外径校形，但关于环件外径收缩相关的方法、设备、论文及专利等文献资料相对较少。迄今为止，仅有少量的技术能进行外径校形操作。如专利号CN214442314U专利名称为“一种用于Ti₂AlNb基合金环件收缩装置”和CN218252611U专利名称为“一种外径仿形的环件缩径装置”，可通过刚性套环和收缩环、以及缩径桶和缩径模具等，在压力机上完成环件外径的收缩与校形工艺。但一来，上述方式也仅能进行外径收缩，不能对内径进行校形。二来，需要压力机挤压或是吊车吊装等操作，设备要求高，操作复杂，费时费力。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于解决现有技术中的一部分问题，或至少缓解这些问题。

一种环件外径收缩装置，包括：

外冲头，其内侧为带斜度的正多边锥形；所述外冲头设有凹槽；

缩径机构，包括外径模和支撑导轨；所述外径模的外侧与所述外冲头的内侧相适配，所述外径模的内侧构成用于校正环件外径的形状；所述外径模的下端为凸台，所述支撑导轨位于所述凸台下方，其一端位于所述凹槽内；

旋转机构，包括旋转装置和螺杆；所述旋转装置与所述螺杆连接，用于通过所述螺杆带动环件旋转；

驱动机构，与所述外冲头连接，用于带动所述外冲头上下运动；

弹性件，一端设于所述支撑导轨，另一端与所述外径模接触或连接，用于在所述外径模未受到所述外冲头作用力时将外径模复位。

环件外径收缩装置，还包括内径模；所述内径模位于所述外径模的内侧，用于校正环件的内径；所述螺杆位于所述内径模的下方。

进一步的，所述外径模包括驱动块和离散模具；所述离散模具为若干由圆弧块组成的整圆等分的环形块，其内侧构成圆内径，外侧与所述驱动块接触或连接；所述驱动块的下端为凸台，驱动块截面呈类L形，其外侧的斜度为α，与所述外冲头贴合。

优选的，所述外冲头的内侧为呈上端内径小、下端内径大的正多边锥形。

进一步的，所述旋转装置通过位于所述支撑导轨上方的限位块与所述螺杆的一端连接；所述螺杆的圆周表面与环件下端接触，所述旋转装置每次带动环件绕其中心轴线方向旋转β角度；所述β角度为5°～30°。

所述支撑导轨的上端设有滑槽，所述驱动块的凸台位于所述滑槽内。

进一步的，所述外冲头的斜度为α，范围在3°～30°之间。

环件外径收缩装置，还包括底座；所述驱动机构为液压装置，位于所述外冲头和底座之间；所述液压装置的伸缩杆与所述外冲头连接。

进一步的，所述外冲头设有导柱孔；所述底座设有穿过所述导柱孔的导柱。

进一步的，所述底座与所述支撑导轨之间设有安装台。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本申请可以很好的对环件外径进行校形；配合内径模，可得到内、外径圆度较好、壁厚均匀、尺寸精度高的环件；

2、由于其整圆等分的特性，仅更换内径模即可适用于不同尺寸的环件，无需更换外径模，压力机等设备均无需使用，大大节约了操作流程和工序，十分简便；如果是异形环件，仅需将与环件圆周面接触的离散模具替换为相同轮廓的离散模具即可，生产成本低；

3、液压装置和旋转机构相配合，能实现重复校形，使得环件更加均匀和充分。

附图说明

本实用新型的上述结构可以通过以下的附图给出的非限定性的实施例进一步说明。

图1为本实用新型其中一实施例的整体结构图；

图2为其中一实施例的局部剖面图；

图3为外冲头的结构示意图；

图4为类L形驱动块的结构示意图；

图5为整圆等分的离散模具的结构示意图；

图6为支撑导轨的结构示意图；

图7为本实用新型又一实施例的整体结构图。

其中：1-外冲头；2-外径模；3-环件；4-内径模；5-螺杆；6-支撑导轨；7-弹性件；8-安装台；9-导柱；10-液压装置；11-底座；12-导柱孔；13-吊装孔；21-驱动块；22-离散模具。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施例只用于说明本实用新型而非限制本实用新型，在不脱离本实用新型技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本实用新型的范围内。

本实用新型目的在于提出一种环件外径收缩装置，能解决现有胀形机由于仅可校形内径而外径不可控，使得外径尺寸偏大、或出现椭圆等缺陷；以及现有外径收缩方法需要压力机等设备要求高、且仅可收缩外径而内径不可控，导致产品质量和形状尺寸不合格以及组织力学性能不均匀等问题，以得到壁厚均匀、尺寸精度较高的环件。

为实现上述技术目的，采用如下技术方案予以实现。

如图1或7所示，一种环件外径收缩装置，包括：

外冲头1，其内侧为带斜度的正多边锥形；所述外冲头1设有凹槽；

缩径机构，包括外径模2和支撑导轨6；所述外径模2的外侧与所述外冲头1的内侧相适配，所述外径模2的内侧构成用于校正环件3外径的形状；所述外径模2的下端为凸台，所述支撑导轨6位于所述凸台下方，其一端位于所述凹槽内；

旋转机构，包括旋转装置和螺杆5；所述旋转装置与所述螺杆5连接，用于通过所述螺杆5带动环件3旋转；

驱动机构，与所述外冲头1连接，用于带动所述外冲头1上下运动；

弹性件，一端设于所述支撑导轨6，另一端与所述外径模2接触或连接，用于在所述外径模2未受到所述外冲头1作用力时将外径模2复位。

环件3被放置于外径模2内侧，通过驱动机构带动外冲头1上下运动以挤压缩径机构的外径模2，使得外径模2向内侧径向运动，从而完成对环件3的外径校形。外径模2外侧的斜度与外冲头1内侧的斜度相反，正好贴合在一起。

环件外径收缩装置，还包括内径模4；所述内径模4位于所述外径模2的内侧，用于校正环件3的内径；所述螺杆5位于所述内径模4的下方。

内径模4外形为圆柱、圆柱环或整圆等分的离散扇形块，圆的外径尺寸与环件3内径的目标尺寸一致。环件3被放置于外径模2与内径模4之间。当环件3被外径模2向内侧挤压时，因内径模4的缘故，从而又完成对环件3的内径校形。由此得到内外壁均校形的环件3。

由于环件3大多为圆环，故如图2所示，所述外径模2包括驱动块21和离散模具22；所述离散模具22为若干由圆弧块组成的整圆等分的环形块，其内侧构成圆内径，如图5所示，外侧与所述驱动块21接触或连接；如图4所示，所述驱动块21的下端为凸台，驱动块21截面呈类L形，其外侧的斜度为α，与所述外冲头1贴合，如图2所示。离散模具22受到驱动块21的向内侧挤压时，内侧组成圆内径，用于对环件3的外径进行校形。且由于其整圆等分的特性，可适用于多种尺寸的环件3的外径校形。不同尺寸的环件3校形时，无需更换外径模2，不需要压力机等设备，大大节约了操作流程和工序，十分简便。若为带内径模4的方案，则只需更换内径模4即可。

离散模具22组成为整圆等分的环形块，数量为3～15个，圆内径与环件3目标外径尺寸一致，其初始状态呈发散状，缩径过程及缩径结束后不互相干涉，往内侧运动到极限位置为圆形。吊装孔13方便取放模具。

支撑导轨6位于外径模2的凸台下方，如图2所示，以支撑上方的驱动块21。所述支撑导轨6的上端设有滑槽，所述驱动块21的凸台位于所述滑槽内，如图2所示，以供外径模2径向移动，并使其移动时不易出现移位等问题。由于外冲头1会上下运动，为保证外冲头1上下运动不受支撑导轨6干涉，故于外冲头1在支撑导轨6的对应位置设有凹槽，如图1或3或7所示，使得外冲头1在合理范围内上下运动不受干扰。同时，凹槽也在一定程度上限制外冲头1的移动，避免向内侧过度加压环件3。

旋转装置可置于外径模2或内径模4的内侧，也可置于外冲头1的外侧，可通过连接杆等与螺杆5连接，带动其旋转。也可如图2或6所示，所述旋转装置通过位于所述支撑导轨6上方的限位块与所述螺杆5的一端连接，由此带动螺杆5转动。

所述螺杆5的圆周表面与环件3下端接触，如图2所示，可带动环件3旋转。所述旋转装置每次带动环件3绕其中心轴线方向旋转β角度；所述β角度为5°～30°。驱动块21前端中间可设有凹槽，螺杆5位于凹槽内，如图2所示，圆周面与环件3的下端接触。

环件外径收缩装置，还包括底座11，如图1或2或7所示；所述驱动机构为液压装置10，位于所述外冲头1和底座11之间；所述液压装置10的伸缩杆与所述外冲头1连接。液压装置10可带动外冲头1上下运动，以实现对外径模2的挤压。液压装置10可为液压缸等现有设备。当然，也可采用气动、电动等装置以实现上述功能。

如图1或2所示，所述外冲头1设有导柱孔12；所述底座11设有穿过所述导柱孔12的导柱9。导柱9可与底座11固接，或位于底座11的孔隙内，使得外冲头1在上下运动时能保持垂直移动状态，避免工件出现移位偏差。

如图2所示，所述底座11与所述支撑导轨6之间设有安装台8，用于对支撑导轨6进行支撑。当然，外冲头1设有的凹槽，也可起到该作用。也可将支撑导轨6与位于内径模4内侧的旋转机构的非旋转件(如支柱等)固定连接，从而达到为支撑导轨6提供支撑的作用。

旋转机构和驱动机构均可通过人工进行控制。优选，两机构采用控制机构进行智能控制，以便更好的进行配合，提高工作效率。

所述外冲头1的斜度为α，范围在3°～30°之间，以便外冲头1能使外径模2往内侧径向运动而不发生干涉。

外冲头1可有两种倾斜方式。

实施例1如图1或2所示，所述外冲头1的内侧为呈上端内径小、下端内径大的正多边锥形。外径模2外侧的角度方向与之相反，从而实现贴合。液压装置10控制外冲头1向下移动时，外冲头1挤压外径模2使其往内侧径向运动，并配合内径模4以实现对环件3的内外径校形。

为配合上述实施例，弹性件7可设于支撑导轨6靠内侧的向上凸起处，如图6所示，与外径模2的凸台的一端接触，从而实现复位作用。外径模2的凸台的一端伸入螺杆5的下方，与弹性件7接触，如图2所示。当外径模2未受到外冲头1的作用力时，弹性件7将外径模2复位。

弹性件7可为复位弹簧等结构。

实施例2，外冲头1的内侧为上端内径大、下端内径小的正多边锥形，如图7所示，外径模2的外侧的角度方向相应变化。液压装置10控制外冲头1向上移动时，外冲头1挤压外径模2使其往内侧径向运动，以实现对环件3的校形。

实施例1为优选方案，其外冲头1向下运动，外径模2仅径向运动，下端有支撑；反之如果斜度相反(如实施例2)，外冲头2向上运动，有把模具抬起的风险，可能需要增加模具固定装置。

以实施例1为例，大致操作步骤如下：

本申请的装置在工作时，首先将环形坯料放置于内径模4与外径模2之间；其次启动液压装置10使外冲头1垂直向下运动，带动外径模2朝内侧径向运动，使环件3的外圆周表面沿径向往内侧挤压完成第一次缩径；再控制液压装置10向上运动，利用弹簧复位外径模2，并通过旋转机构使螺杆5旋转。由于螺杆5的圆周表面与环件3下端接触，从而通过摩擦力驱动环件3绕中心轴线旋转一定角度β；然后重复上述缩径和旋转环件3的步骤，以保障环件3均匀及充分的变形；最后外径模2复位，取出环件3。

具体步骤如下：

(1)步骤1：将环形坯料放置于内径模4与外径模2之间，优选的，先将环件3内径在胀形机上胀形到目标尺寸后再套入外径尺寸与环件3内径相同的内径模4上。

(2)步骤2：启动液压装置10使外冲头1的垂直向下运动。(向上同理)

(3)步骤3：外冲头1的垂直运动带动外径模2径向运动，使环件3的外圆周表面沿径向往内侧挤压完成第一次缩径，使环件3外径产生收缩的塑性变形。此时，其内径由于内径模4的缘故保持不变形。

(4)步骤4：通过液压装置10使外冲头1垂直向上运动，外径模2在弹簧的作用下复位，通过旋转机构使螺杆5旋转，摩擦力带动环件3绕其中心轴线方向旋转5°～30°。

(5)步骤5：将步骤(2)、(3)、(4)重复3～10次，保障环件3变形均匀且充分。

(6)步骤6：变形结束后，外径模2复位，取出环件3。

不同材料环件，可采用以下具体实施方式。

下面以TC4钛合金(目标尺寸φ1600mm×φ1200mm×600mm)为例说明本申请的具体实施方式。

(1)步骤1：将环轧得到的TC4钛合金环锻件，经热胀形后，其内径为φ1200mm，将其加热到800℃～840℃，放置于外径为φ1200mm的内径模4和外径模2之间，模具温度预热至200℃～300℃。

(2)步骤2：启动液压装置10，使外冲头1向下运动，速度10mm/s。

(3)步骤3：外冲头1的垂直运动带动外径模2径向运动，通过挤压环件3外圆表面，由于环件3内径与内径模4接触，变形受限，因此环件3产生外径收缩的塑性变形，保压时间6s～12s，环件变形量约0.5％～1.5％。

(4)步骤4：通过液压装置10使外冲头1垂直向上运动，外径模2在弹簧的作用下复位，通过旋转机构使螺杆5旋转，摩擦力带动环件3绕其中心轴线方向旋转15°。

(5)步骤5：将步骤(2)、(3)、(4)重复6次，保障环件3均匀变形，单道次缩径变形量不超过1.5％，当外形缩径模具的内径达到φ1600mm停止。

(6)步骤6：变形结束后，外径模2复位，取出环件3。

下面以GH4169的高温合金(目标尺寸φ1850mm×φ1500mm×800mm)为例说明本实用新型的具体实施方式。

(1)步骤1：将环轧得到的GH4169的高温合金环锻件，经热胀形后，其内径为φ1500mm，将其加热到800℃～820℃，放置于外径为φ1500mm的内径模4和外径模2之间，模具温度预热至200℃～300℃。

(2)步骤2：启动液压装置10，使外冲头1向下运动，速度15mm/s。

(3)步骤3：外冲头1的垂直运动带动外径模2径向运动，通过挤压环件3外圆表面，由于环件3内径与内径模4接触，变形受限，因此环件3产生外径收缩的塑性变形，保压时间5s～10s，环件变形量约0.6％～1％。

(4)步骤4：通过液压装置10使外冲头1垂直向上运动，外径模2在弹簧的作用下复位，通过旋转机构使螺杆5旋转，摩擦力带动环件3绕其中心轴线方向旋转20°。

(5)步骤5：将步骤(2)、(3)、(4)重复6次，保障环件3均匀变形，单道次缩径变形量不超过1％，当外形缩径模具的内径达到φ1850mm停止。

以上实施例并不限制本发明，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的装置工作时，通过外冲头1的运动而使外径模2往内侧径向运动，复位模具后旋转环件3并重复校形、实现环件3外径收缩，同时内径也得到校形。本申请无需压力机等机械辅助即可完成环件校形，无论操作流程还是方式都较现有方式更为简便。且在实现环件3外径收缩校形的同时，由于内径模4的存在，其内径的椭圆度和尺寸精度也可得到进一步改善。其最终的环件，其内、外径圆度较好、壁厚均匀、尺寸精度高，可应用于航空航天领域。上述没有特指的固定连接，可以是铆接、焊接、螺栓联接等连接方式，活动连接，可以是铰接等连接方式。

Claims (10)

1.一种环件外径收缩装置，其特征在于，包括：

外冲头(1)，其内侧为带斜度的正多边锥形；所述外冲头(1)设有凹槽；

缩径机构，包括外径模(2)和支撑导轨(6)；所述外径模(2)的外侧与所述外冲头(1)的内侧相适配，所述外径模(2)的内侧构成用于校正环件(3)外径的形状；所述外径模(2)的下端为凸台，所述支撑导轨(6)位于所述凸台下方，其一端位于所述凹槽内；

旋转机构，包括旋转装置和螺杆(5)；所述旋转装置与所述螺杆(5)连接，用于通过所述螺杆(5)带动环件(3)旋转；

驱动机构，与所述外冲头(1)连接，用于带动所述外冲头(1)上下运动；

弹性件(7)，一端设于所述支撑导轨(6)，另一端与所述外径模(2)接触或连接，用于在所述外径模(2)未受到所述外冲头(1)作用力时将外径模(2)复位。

2.根据权利要求1所述的环件外径收缩装置，其特征在于，还包括内径模(4)；所述内径模(4)位于所述外径模(2)的内侧，用于校正环件(3)的内径；所述螺杆(5)位于所述内径模(4)的下方。

3.根据权利要求1或2所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述外径模(2)包括驱动块(21)和离散模具(22)；所述离散模具(22)为若干由圆弧块组成的整圆等分的环形块，其内侧构成圆内径，外侧与所述驱动块(21)接触或连接；所述驱动块(21)的下端为凸台，驱动块(21)截面呈类L形，其外侧的斜度为α，与所述外冲头(1)贴合。

4.根据权利要求1或2所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述外冲头(1)的内侧为呈上端内径小、下端内径大的正多边锥形。

5.根据权利要求4所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述旋转装置通过位于所述支撑导轨(6)上方的限位块与所述螺杆(5)的一端连接；所述螺杆(5)的圆周表面与环件(3)下端接触，所述旋转装置每次带动环件(3)绕其中心轴线方向旋转β角度；所述β角度为5°～30°。

6.根据权利要求3所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述支撑导轨(6)的上端设有滑槽，所述驱动块(21)的凸台位于所述滑槽内。

7.根据权利要求1或2所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述外冲头(1)的斜度为α，范围在3°～30°之间。

8.根据权利要求1或2所述的环件外径收缩装置，其特征在于，还包括底座(11)；所述驱动机构为液压装置(10)，位于所述外冲头(1)和底座(11)之间；所述液压装置(10)的伸缩杆与所述外冲头(1)连接。

9.根据权利要求8所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述外冲头(1)设有导柱孔(12)；所述底座(11)设有穿过所述导柱孔(12)的导柱(9)。

10.根据权利要求8所述的环件外径收缩装置，其特征在于，所述底座(11)与所述支撑导轨(6)之间设有安装台(8)。