一种薄壁曲母线形零件的旋压成形方法

摘要

本发明涉及一种薄壁曲母线形零件的旋压成形方法，该成形方法以厚壁筒形件为毛坯，经过回程旋压和分段成形后，利用两旋轮同步进给推动零件向前移动脱离旋压模具实现卸料，实现了薄壁曲母线形零件的一次旋压成形，减少模具数量，减少旋压成形次数，减少工人劳动强度，从而达到降低加工成本，缩短生产周期，提高生产效率，提高零件成形精度的目的，同时也解决了薄壁曲母线形零件卸料难的技术难题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属塑性成形方法，具体涉及一种薄壁曲母线形零件的成形方法，属于金属塑性成形技术领域。

背景技术

薄壁曲母线形零件是半锥角不断变化的锥筒，在工业生产特别是在航空航天等领域有着广泛的应用，如飞机副油箱、发动机罩、导弹制导舱、大型运载火箭发动机喷管。随着航空航天领域的发展，对大型运载火箭、远程导弹、大容量副油箱等装备的需求日益迫切，对加工薄壁曲母线形零件工艺方法的研究越来越紧密。

薄壁曲母线形零件的成形工艺一般为旋压成形、卷焊、液压成形、爆炸成形、橡胶胀型等软模（半模）柔性成形工艺。旋压成形技术是一种综合了锻造、拉伸、弯曲、轧制和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进制造技术，借助旋轮的进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的金属毛坯，使其产生连续的局部塑性变形而成为所需的空心回转体工件。相比液压成形等成形工艺，旋压成形工艺有显著的特点：整体成形，成形的零件没有焊缝；有效提高零件的强度、硬度、抗疲劳性能；属无切削加工，节省材料；成形零件的精度高；可加工带内筋或变壁厚零件。

采用旋压成形的薄壁曲母线形零件的工艺方法通常是以厚板为毛坯，经过多道次强力旋压辅助以普通旋压成形得到所需型面零件。采用厚板材为毛坯旋压成形的薄壁曲母线形零件存在如下问题：

（1）毛坯直径大于零件最大直径，所加工零件尺寸受现有加工能力（最大毛坯的直径及厚度）限制；

（2）每道次旋压的壁厚、锥角有严格的要求，误差不能太大，否则会给后续工序乃至最终产品带来严重影响；

（3）零件半锥角小，材料贴膜后卸料困难。

（4）多道次旋压成形，每道次之间需进行退火处理，加工周期较长；

（5）工件经多次装卸，安装定位误差大，影响工件尺寸精度；

（6）模具数量多，成本高；

（7）曲母线形零件半锥角变化范围及零件材料的极限减薄率对应的极限半锥角是零件旋压成形工艺设计的两个主要依据，零件半锥角变化范围或材料极限半锥角越大，旋压成形过程中所需强力旋压次数越多，工序越复杂。

发明内容

针对采用厚板材旋压成形薄壁曲母线形零件的工艺方法存在的不足之处，本发明提出一种薄壁曲母线形零件的成形方法，实现薄壁曲母线形零件的一次旋压成形，减少模具数量，减少旋压成形次数，减少工人劳动强度，从而达到降低加工成本，缩短生产周期，提高生产效率，提高零件成形精度的目的，同时也解决了薄壁曲母线形零件卸料难的技术难题。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下方案实现：

一种薄壁曲母线形零件的旋压成形方法，其特征在于：该成形方法以厚壁筒形件为毛坯，一次旋压成形，旋压完成后，利用两个旋压推动工件脱模卸料，具体包括下述步骤：

（1）毛坯的安装

根据体积不变原理，结合预成形薄壁曲母线形零件尺寸计算厚壁筒形件毛坯尺寸，厚壁筒形件毛坯内径略大于旋压模具大端直径，确保毛坯在旋压模具上能够顺利装卡到位，通过螺钉将毛坯与旋压模具大端固定在一起，防止旋压过程中毛坯与旋压模具发生相对滑动；

（2）回程旋压

采用回程旋压的成形方式从大端向小端逐渐旋压成形，两旋轮同步进给，强力旋压与普通旋压相结合，毛坯既发生厚度变化又发生形状变化；

（3）分段成形

回程旋压后，根据零件尺寸将毛坯分成若干段逐段成形，每段逐段减薄；

（4）卸料

分段成形完成后，将紧固螺钉拆除，利用两旋轮同步进给推动工件脱离旋压模具实现卸料。

其中旋压模具的设计与板材旋压最终道次旋压模具大致相同，模具工作部分外形与零件内形基本相同，兼顾零件壁厚回弹和直径涨缩，在零件名义尺寸的基础上增加工艺余量。

在一个优选的技术方案中，所述厚壁筒形件采用环轧筒形件，即环轧出筒形毛坯，退火处理后机械加工成旋压用的毛坯。

在一个优选的技术方案中，所述薄壁曲母线形零件可为副油箱零件，其材料为5A06。

在一个优选的技术方案中，所述旋压采用重型双旋轮数控强力旋压机。

为减少机床载荷，减轻整个模具的重量，模具采用中空设计，壁厚80mm-100mm。为保证筒形毛坯安装到模具上后能够与模具有良好的同轴度，模具大端设计一定长度直段。采用螺钉连接的方式将筒形件与模具固定，综合考虑加工余量及旋轮宽度等因素，在距离理论切割线一定距离处沿周向均布6个M16螺纹孔。

当加工材料为5A06铝合金的副油箱零件时，材料强度较低，旋压过程中对模具整体强度要求较低，模具可通过铸造后机械加工得到，无需锻造或淬火。

可使用旋轮推动环形卸料装置带动零件向前移动实现卸料。卸料环内径略大于模具直段外径，且具有良好的导向性。

本发明的技术效果如下：

本发明提供的一种薄壁曲母线形零件的成形方法，实现薄壁曲母线形零件的一次旋压成形，和板坯多道次旋压成形工艺（多次装卡）相比，用筒形毛坯一次旋压成形（一次装卡）薄壁曲母线形零件的工艺方法有以下优点：

（1）只需加工一个旋压模具，模具加工成本大大降低、模具制造周期短。尤其在产品研制阶段，极大程度减少了前期准备工作，降低研制成本，缩短研制周期；

（2）一次旋压成形，加工成本低，产品精度高，产品合格率显著提高；

（3）旋压完成后，利用两个旋压推动工件脱模卸料，解决了薄壁曲母线形零件卸料难的技术难题；

（4）减少模具数量，减少旋压成形次数，减少工人劳动强度，从而达到降低加工成本，缩短生产周期，提高生产效率，提高零件成形精度的目的，具有积极的现实意义和经济效益。

附图说明

图1为薄壁曲母线形零件的成形中的毛坯安装示意图；

图2为薄壁曲母线形零件的成形中的回程旋压示意图；

图3为薄壁曲母线形零件的成形中的卸料示意图；

图4为某型副油箱零件的成形中的毛坯示意图；

图5为成形后的某型副油箱零件的示意图；

图中：1-尾顶、2-旋压模具、3-毛坯、4-旋轮、5-紧固螺钉、6-主轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的薄壁曲母线形零件的成形方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。

薄壁曲母线形零件选择某型副油箱零件，用环轧筒形毛坯旋压成形某型副油箱零件。下面对各部分分别作详细说明。

（1）零件材料：

副油箱零件材料为5A06，该材料为不可热处理强化铝合金，只能通过加工硬化提高材料力学性能。材料加工硬化严重，旋压过程中需进行加热。该工艺适合所有牌号的铝合金，对碳钢等其他材料的成形有借鉴作用。毛坯如图5所示。

（2）采用的旋压设备：

旋压工艺试验是在我所研制的重型双旋轮数控强力旋压机上进行的。此旋压机主要技术参数如下：

纵向旋压力（每个旋轮）：500kN

横向旋压力：400kN

最大旋压工件直径：1400mm

旋轮座纵向行程：3000mm

旋轮座横向行程：425mm

主轴转速：10~100r/min

主轴功率：355kw

加工零件规格：

（3）旋压模具

为减少机床载荷，减轻整个模具的重量，模具采用中空设计，壁厚80mm-100mm。为保证筒形毛坯安装到模具上后能够与模具有良好的同轴度，模具大端设计一定长度直段。采用螺钉连接的方式将环轧筒形件与模具固定，综合考虑加工余量及旋轮宽度等因素，在距离理论切割线一定距离处沿周向均布6个M16螺纹孔。零件材料为5A06铝合金，材料强度较低，旋压过程中对模具整体强度要求较低，模具可通过铸造后机械加工得到，无需锻造或淬火。卸料环内径略大于模具直段外径，且具有良好的导向性。

（4）工艺流程

某型副油箱筒体零件为典型的大型曲母线形零件，以环轧筒形件为毛坯，一次旋压成形，采用回程旋压的成形方式，旋压时强力旋压与普通旋压相结合，旋压完成后，利用两个旋压推动工件脱模卸料，其工艺流程如下：

（1）毛坯的安装

根据体积不变原理，结合预成形薄壁曲母线形零件尺寸计算毛坯尺寸，厚壁筒形件毛坯内径略大于旋压模具大端直径，确保毛坯在旋压模具上能够顺利装卡到位，通过螺钉将毛坯与旋压模具大端固定在一起，防止旋压过程中毛坯与旋压模具发生相对滑动；

（2）回程旋压

采用回程旋压的成形方式从大端向小端逐渐旋压成形，两旋轮同步进给，强力旋压与普通旋压相结合，毛坯既发生厚度变化又发生形状变化；

（3）分段成形

回程旋压后，根据零件尺寸将毛坯分成若干段逐段成形，每段逐段减薄；

（4）卸料

分段成形完成后，将紧固螺钉拆除，利用两旋轮同步进给推动工件脱离旋压模具实现卸料。

（5）对成形后的零件进行检测—切边—检测。

该零件已经批量生产，工艺稳定，节省制造周期降低制造成本效果明显。