一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法

摘要

一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法，步骤为：将圆形板坯装夹到数控旋压机主轴与尾顶之间，圆形板坯、主轴及尾顶轴心重合；调整旋轮高度，使旋轮、圆形板坯、主轴及尾顶轴心处于同一水平面内，旋轮固定架与主轴呈45°夹角；按照旋轮路径轨迹方程编制数控加工程序，旋轮路径轨迹位于旋轮、圆形板坯、主轴及尾顶四者轴心共处水平面内；执行程序进行无模旋压成形，直到获得非轴对称成形件。本发明完全摒弃了仿型芯模的使用，仅通过现有旋压设备就可完成非轴对称薄壁壳体零件的旋压成形，特别是在产品预研试制阶段，产品批量小且参数更改频繁，此时能够大幅度降低零件加工成本，有效缩短零件制造周期，保证零件加工质量，提高零件加工效率。

说明书

技术领域

本发明属于金属板材旋压成形技术领域，特别是涉及一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法。

背景技术

在航空、航天、汽车等诸多工业领域内，非轴对称异形构件经常作为关键零部件被应用，由于非轴对称异形构件具有非对称结构和大轴向深度的特征，难以进行一体式加工。目前，非轴对称异形构件主要通过冲压方式先得到分体状态的半成品件，再通过焊接方式将分体状态的半成品件焊接成一个整体，但这种加工方式存在零件加工成本高、零件制造周期长以及零件加工质量低的缺点。

同时，除了上述加工方式外，一些非轴对称异形构件也会采用旋压成形方式进行加工，但必须要使用仿型芯模，并通过仿型芯模进行旋压，但旋压加工前需要不断地调试和修改芯模，不但导致加工成本居高不下，而且很容易延误制造周期。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法，完全摒弃了仿型芯模的使用，仅通过现有的旋压设备就可完成非轴对称薄壁壳体零件的旋压成形，特别是在产品预研试制阶段，产品批量小且参数更改频繁，此时能够大幅度降低零件加工成本，有效缩短零件制造周期，保证零件加工质量，提高零件加工效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一台数控旋压机，将圆形板坯装夹到数控旋压机的主轴与尾顶之间，保证圆形板坯、主轴及尾顶三者的轴向中心线相重合；

步骤二：调整数控旋压机的旋轮高度，使旋轮、圆形板坯、主轴及尾顶四者的轴向中心线处于同一水平面内，且旋轮的固定架与主轴的轴向中心线呈45°夹角；

步骤三：按照旋轮路径轨迹方程编制数控旋压机的加工程序，且旋轮路径轨迹位于旋轮、圆形板坯、主轴及尾顶四者轴向中心线共处的水平面内，旋轮路径轨迹方程为

其中，r_i＝(h_i/tanα+h_i/tanγ+2r₀)/2，e_i＝(h_i/tanα-h_i/tanγ)/2，θ_i＝60st_i；

式中，L_i为主轴旋转θ_i时旋轮与圆形板坯的接触点到主轴轴向中心线的径向距离，e_i为主轴旋转θ_i时与主轴旋转未发生时圆形板坯上横截面圆的偏心距，r_i为主轴旋转θ_i时圆形板坯上横截面圆的半径，θ_i为主轴的旋转角度，h_i为主轴旋转θ_i时圆形板坯上已完成旋压成形部分的轴向高度，r₀为非轴对称成形件的初始横截面圆半径，α为非轴对称成形件的纵截面左半锥角，γ为非轴对称成形件的纵截面右半锥角，s为主轴的旋转速度，t_i为主轴旋转θ_i时所用的时间；

步骤四：启动数控旋压机，按照加工程序执行无模旋压成形过程，直到将圆形板坯加工成为非轴对称的成形件。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，完全摒弃了仿型芯模的使用，仅通过现有的旋压设备就可完成非轴对称薄壁壳体零件的旋压成形，特别是在产品预研试制阶段，产品批量小且参数更改频繁，此时能够大幅度降低零件加工成本，有效缩短零件制造周期，保证零件加工质量，提高零件加工效率。

附图说明

图1为圆形板坯装夹示意图；

图2为非轴对称成形件的轴向纵截面剖视图；

图3为非轴对称成形件的俯视图；

图4为非轴对称成形件的实物图；

图中，1—主轴，2—尾顶，3—圆形板坯，4—旋轮，5—成形件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本实施例中，数控旋压机的型号为PS-CNCSXY-5，数控旋压机内置西门子数控系统，主轴1的转速设为60r/min；圆形板坯3的外径为240mm，圆形板坯3的板厚为1.2mm，圆形板坯3的材质为6061-O态铝合金；如图2～4所示，成形件5的最终形态为非轴对称锥台壳体，成形件5的锥台初始横截面圆半径为25mm，成形件5的锥台轴向深度为50mm，成形件5的锥台左半锥角为45°，成形件5的锥台右半锥角为30°。

一种非轴对称薄壁壳体零件的无模旋压成形方法，包括如下步骤：

步骤一：选定一台数控旋压机，将圆形板坯3按图1所示装夹到数控旋压机的主轴1与尾顶2之间，保证圆形板坯3、主轴1及尾顶2三者的轴向中心线相重合；

步骤二：调整数控旋压机的旋轮4高度，使旋轮4、圆形板坯3、主轴1及尾顶2四者的轴向中心线处于同一水平面内，且旋轮4的固定架与主轴1的轴向中心线呈45°夹角；

步骤三：按照旋轮路径轨迹方程编制数控旋压机的加工程序，且旋轮路径轨迹位于旋轮4、圆形板坯3、主轴1及尾顶2四者轴向中心线共处的水平面内，旋轮路径轨迹方程为

其中，r_i＝(h_i/tanα+h_i/tanγ+2r₀)/2，e_i＝(h_i/tanα-h_i/tanγ)/2，θ_i＝60st_i；

式中，L_i为主轴1旋转θ_i时旋轮4与圆形板坯3的接触点到主轴1轴向中心线的径向距离，e_i为主轴1旋转θ_i时与主轴1旋转未发生时圆形板坯3上横截面圆的偏心距，r_i为主轴1旋转θ_i时圆形板坯3上横截面圆的半径，θ_i为主轴1的旋转角度，h_i为主轴1旋转θ_i时圆形板坯3上已完成旋压成形部分的轴向高度，r₀为非轴对称成形件5的初始横截面圆半径，α为非轴对称成形件5的纵截面左半锥角，γ为非轴对称成形件5的纵截面右半锥角，s为主轴1的旋转速度，t_i为主轴1旋转θ_i时所用的时间；

步骤四：启动数控旋压机，按照加工程序执行无模旋压成形过程，直到将圆形板坯3加工成为非轴对称的成形件5，经实测，成形件5的尺寸和形状精度均在0.05mm以内。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。