一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法技术

本发明专利技术公开了一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，包括如下步骤：设置用以约束环坯的套模，环坯放置在套模内；在轧环机动力系统驱动下，主辊旋转驱动套模带动环坯转动、芯辊直线进给压挤至环坯高度增加至与套模高度一致；将芯辊更换成压挤凸模；调整位于主辊对面的副辊紧贴套模表面；液压缸驱动凸模向前运动压挤与其工作面接触的环件，压挤出局部网格筋结构；然后凸模回程，副辊低速旋转带动套模顺时针旋转一定角度；反复重复上述步骤，直至在环件表面压挤出整体网格筋结构。本发明专利技术实现了带筋大高径薄壁环件整体无缝近净成形，可取代表面筋结构焊接成形并显著减少切削加工，提高制造效率和产品质量、降低制造成本、扩大制造范围。

Rolling extrusion composite forming method for thin-wall ring piece with big reinforcement and large diameter ratio

The invention discloses a reinforced with large ratio of height to diameter thin-walled ring rolling extrusion forming method, which comprises the following steps: setting mould to constraint ring billet, ring billet placed in the mold sleeve; the drive ring motor in rolling system, main roller rotary drive set of mold driven ring billet rotation and core straight line feed roller to squeeze ring billet height increase to cover die height; the core roller replacement extrusion punch; the auxiliary roller adjustment in the main roller opposite to mold surface; hydraulic cylinder to drive the punch squeeze forward movement and work contact ring, extrusion pressure local grid structure; then convex die return, vice and low speed rotation driven mold clockwise rotation angle; repeating the above steps, until the ring surface of extruded whole grid structure. The invention realizes high band large diameter thin-walled seamless ring net shape, representing the desirable gluten structure and significantly reduce welding cutting, improve manufacturing efficiency and product quality, reduce manufacturing cost, expand the scope of manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法
本专利技术属于塑性加工
，具体涉及一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法。
技术介绍
带筋大高径比薄壁环件(以下简称带筋环件)以铝合金等轻质材料为主，壁厚小、高径比大、表面带有纵筋、横筋或纵横交错网格筋，属于材料难变形、结构难成形特殊环件，是航天和国防装备中不可或缺的高性能轻量化构件。此类带筋环件的现有制造方法是先采用轧环、旋压等塑性加工方法整体成形环件基体，然后再利用焊接和切削方法在环件基体表面加工网格筋。现有的环件基体塑性成形方法和网格筋结构焊接或切削方法均存在明显弊端。对于塑性成形环件基体，由于壁厚小、高径比大，普通轧环制坯难度大(为了避免大高径比镦粗，坯料需要反复镦拔)，环件圆度难以保障(环件壁薄刚度差，轧制过程中极易塑性失稳而被轧扁)，通常需要增加壁厚加工余量导致切削工时和材料消耗增加。旋压成形目前则主要适用于直径1米左右的中小型环件，直径更大的环件旋压成形缺陷难以控制而且现有成形设备难以实现。对于环件表面带筋结构，焊接和切削不仅效率十分低下，而且大量焊接焊缝和切削造成的流线破坏，明显削弱了构件组织性能。虽然目前已有报道采用旋压、挤压等塑性加工方法成形表面筋条，但是这些方法受成形工艺和设备限制，只适用于中小型环件和简单的纵筋或横筋成形，对于大直径环件和更为复杂的网格筋则无能为力，而它们则通常应用于更为先进的大型航空和武器装备中。因此，针对带筋环件现有制造问题，十分需要研发更为先进的成形技术，提高制造效率和产品性能，扩大成形对象，满足高端航天和武器装备发展需求。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，利用模内轧环方法和连续局部压挤方法相结合，可实现大高径薄壁环件基体和表面筋结构无缝近净成形，取代焊接并显著减少切削加工，可适用于不同尺寸和结构带筋环件，从而提高制造产效率和产品性能，扩大成形对象。为了解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，包括如下步骤：步骤一、设置用以约束环坯的套模，环坯放置在套模内；步骤二、将芯辊穿入环坯内孔中，在轧环机动力系统驱动下，主辊旋转驱动套模带动环坯转动、芯辊直线进给压挤；步骤三、当环坯高度增加至与套模高度一致时，停止芯辊进给，轧制过程结束，厚壁环坯形成薄壁环件基体；步骤四、将芯辊更换成压挤凸模，成形的环件基体仍保留在套模内；步骤五、调整位于主辊对面的副辊紧贴套模外表面；步骤六、液压缸驱动凸模向前运动压挤与其工作面接触的环件，压挤出局部网格筋结构；然后凸模回程，副辊低速旋转带动套模顺时针旋转一定角度θ，θ＝360°/n，其中n＝环件纵筋个数；步骤七、反复重复步骤六，直至在环件表面压挤出整体网格筋结构，压挤过程结束，脱开压挤凸模，并从套模中取出环件，得到带筋大高径比薄壁环件。作为上述技术方案的优选实施方式，本专利技术实施例提供的带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤一中，环锻件尺寸根据目标环件产品和加工余量确定，环锻件外半径R等于目标环件产品外半径加上相应加工余量ΔR，环锻件内半径r等于目标环件产品内半径减去相应加工余量Δr，环锻件轴向高度B等于目标环件产品轴向高度加上相应加工余量ΔB，网格筋部分设计(2～5)°拔模斜度α和相应加工余量ΔW。环件基体尺寸根据环锻件确定，环件基体直径D1等于2倍环锻件外半径R，即D1＝2R，环件基体高度B1等于环锻件高度B，环件基体内径d1需根据环锻件体积V确定，环坯尺寸根据环件基体确定，环坯外径D0与环件基体直径D1之间满足D1＝(1～3)D0，环坯高度B0与环件基体高度B1间满足B1＝(1.2～4)B0，环坯内径套模工作尺寸根据环锻件确定，套模内径dt等于环锻件外径即2R，套模高度Bt与环锻件高度B相等，套模外径可根据套模材料和设备吨位进行强度设计来确定。作为上述技术方案的改进，作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤一中，放置环坯前，如果环坯壁厚小、冷塑性好且设备吨位大，可常温轧环，反之则需加热到始锻温度后轧环。作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤四中凸模工作面形状尺寸与环锻件表面网格筋形状尺寸相匹配，其横向中间位置布置有一列成形环锻件纵筋的纵向凹槽型腔，沿纵向布置有多条与环锻件横筋数目相等的横向凹槽型腔，每次局部压挤成形一列完整纵筋和所有横筋一段圆周长度。所述凸模周向宽度LB设计时应略大于环锻件表面相邻纵筋间距LZ，可设计为LB＝(1.7～1.9)LZ；为避免产生折叠缺陷，压挤凸模工作面两侧设计为斜面，倾斜角度控制在15°～30°；凸模工作面轴向高度Bj等于环锻件高度B，凸台面半径Rj等于环锻件大内半径r，凸台高度Lj等于网格筋高度L，凹槽宽度Hj等于网格筋宽度H，凸台斜度αj等于网格筋斜度α；凸模上下端带侧壁，侧壁宽度HB与轧制环件基体壁厚相等。作为上述技术方案的改进，在本专利技术的一个实施例中，所述步骤四中，若环件需要采用热压挤方式，则当环件温度低于终锻温度时则需将环件取出加热到始锻温度后再放入套模内。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：本专利技术提出的轧挤复合成形方法，能够有效克服现有的带筋环件基体塑性成形和表面筋结构焊接成形问题：首先，采用模内轧环方法成形大高径比薄壁环件基体，借助套模约束作用可以实现环件轴向伸长变形、增加环件刚度并控制环件直径，能够克服传统轧环制坯难度大、刚度差易失稳、形状尺寸难以控制等问题；其次，采用连续局部压挤方法成形表面筋结构，相比焊接成形效率高、结构性能好，而且连续局部变形力能小、套模约束促进表面筋结构成形并且容易控制环件整体尺寸，从而克服传统整体压挤成形力能大、尺寸精度不易保障等问题。因此，本专利技术具有成形精度高、效率高、成本低、质量好等综合优点。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1是本专利技术的带筋大高径比薄壁环件产品示意图；图2是本专利技术的带筋大高径比薄壁环锻件(即环锻件6c)截面示意图；图3是本专利技术的大高径比薄壁环件模内轧制工艺示意图，其中图3(a)是轧制开始阶段示意图，图3(b)是轧制中间阶段示意图，图3(c)是轧制结束阶段示意图；图4是本专利技术的表面筋结构连续局部压挤凸模结构示意图，其中图4(a)是模具正视图，图4(b)是模具俯视图，图4(c)是图4(a)的A-A视图；图5是本专利技术的表面筋结构连续局部压挤工艺示意图，其中图5(a)是第一次压挤开始阶段示意图，图5(b)是第一次压挤结束阶段示意图，图5(c)是第二次压挤开始阶段示意图，图5(d)是第二次压挤结束阶段示意图，图5(e)是最后一次压挤开始阶段示意图，图5(f)是最后一次压挤结束阶段示意图；图6是本专利技术的图5(b)的B-B截面示意图；图中：1-主辊；2-套模；3-芯辊；4-导向辊；5-环坯；6-大高径比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、设置用以约束环坯的套模，环坯放置在套模内；步骤二、将芯辊穿入环坯内孔中，在轧环机动力系统驱动下，主辊旋转驱动套模带动环坯转动、芯辊直线进给压挤；步骤三、当环坯高度增加至与套模高度一致时，停止芯辊进给，轧制过程结束，厚壁环坯形成薄壁环件基体；步骤四、将芯辊更换成压挤凸模，成形的环件基体仍保留在套模内；步骤五、调整位于主辊对面的副辊紧贴套模外表面；步骤六、液压缸驱动压挤凸模向前运动压挤与其工作面接触的环件，压挤出局部网格筋结构；然后压挤凸模回程，副辊低速旋转带动套模顺时针旋转一定角度θ，θ＝360°/n，其中n＝环件纵筋个数；步骤七、反复重复步骤六，直至在环件表面压挤出整体网格筋结构，压挤过程结束，脱开压挤凸模，并从套模中取出环件，得到带筋大高径比薄壁环件。

【技术特征摘要】
1.一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、设置用以约束环坯的套模，环坯放置在套模内；步骤二、将芯辊穿入环坯内孔中，在轧环机动力系统驱动下，主辊旋转驱动套模带动环坯转动、芯辊直线进给压挤；步骤三、当环坯高度增加至与套模高度一致时，停止芯辊进给，轧制过程结束，厚壁环坯形成薄壁环件基体；步骤四、将芯辊更换成压挤凸模，成形的环件基体仍保留在套模内；步骤五、调整位于主辊对面的副辊紧贴套模外表面；步骤六、液压缸驱动压挤凸模向前运动压挤与其工作面接触的环件，压挤出局部网格筋结构；然后压挤凸模回程，副辊低速旋转带动套模顺时针旋转一定角度θ，θ＝360°/n，其中n＝环件纵筋个数；步骤七、反复重复步骤六，直至在环件表面压挤出整体网格筋结构，压挤过程结束，脱开压挤凸模，并从套模中取出环件，得到带筋大高径比薄壁环件。2.如权利要求1所述的带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，其特征在于：所述步骤一中，环锻件尺寸根据目标环件产品和加工余量确定，环锻件外半径R等于目标环件产品外半径加上相应加工余量ΔR，环锻件内半径r等于目标环件产品内半径减去相应加工余量Δr，环锻件轴向高度B等于目标环件产品轴向高度加上相应加工余量ΔB，网格筋部分设计(2～5)°拔模斜度α和相应加工余量ΔW；环件基体尺寸根据环锻件确定，环件基体直径D1等于2倍环锻件外半径R，即D1＝2R，环件基体高度B1等于环锻件高度B，环件基体内径d1需根据环锻件体积V确定，环坯尺寸根据环件基体确定，环坯外径...

【专利技术属性】
技术研发人员：华林，邓加东，钱东升，兰箭，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42