一种小锥度筒形件复合旋压加工方法技术

一种小锥度筒形件复合旋压加工方法，结合板料普旋成形锥形件以及薄壁直筒形件旋压成形原理，采用正向旋压成形小锥度筒形件预制坯后反向旋压成形小锥度薄壁筒形件，使旋压毛坯内型面锥度及尺寸与旋压模具外形面贴合程度较好，装配精度较高，在反向旋压过程中，由于旋轮径向力与轴向力的存在，该旋压毛坯随旋压模具以相近线速度转动。该旋压毛坯的设计方法充分考虑了反向旋压成形特点以及锥形旋压毛坯的受力特点，通过旋压毛坯内型面贴合以及旋压过程径向力、轴向力存在向心分力的特点，有效的减小了旋压过程中毛坯打滑现象，提高旋压筒形件内表面表观质量。

【技术实现步骤摘要】
一种小锥度筒形件复合旋压加工方法
本专利技术涉及旋压制造行业，具体是利用正向旋压方法制备高精度小锥度筒形件预制坯后，反向旋压方法成形锥度小于1°的小锥度筒形结构件。
技术介绍
随着我国航空、航天技术以及国民经济的迅速发展，对小锥度薄壁筒形件的需求也越来越多、越来越迫切，例如某小锥度筒形件零部件：零件材料为超高强度钢31Si2MnCrMoVE，封闭的筒形结构，半锥角为0.5°，长度大于2500mm，该小锥度筒形件具有轮廓尺寸大、壁厚薄、易变形、精度要求高等加工难题。经过调研，市场上类似结构零件的加工主要采取三套方案：1、板料卷焊；2、正向旋压一次成形；3、两节正向旋压筒形件组焊。上述三种方案存在以下几点不足：1、板料卷焊成形，使用超高强度钢31Si2MnCrMoVE板料作为原材料，在卷焊过程中，小锥度筒形件的圆度、直线度等尺寸要求较高，无法得到可靠保证，同时由于存在纵焊缝，筒形件的性能降低，该筒形件工作环境为高温高压，存在较大的安全隐患。在板料卷焊加工中，需要增加探伤、退火、焊缝机械打磨等工序，增加了制造成本。2、正向旋压一次成形，由于零件长度大于2500mm，加之在旋压过程中筒形件端部试旋等，长度将进一步增加，这时所需旋压设备的主轴行程将远大于2500mm，设备制造难度增加，设备成本将无法得到有效控制，一般企业无法负担高昂的设备费用，不具备大规模工业生产条件；同时，长度大于2500mm的筒形件正向一次旋压成形所需的旋压模具也必须大有筒形件的有效长度，极大地增加旋压模具制造难度与成本控制。3、两节正向旋压筒形件组焊，需要制作多套芯模和其它配套工装，大大增加了芯模生产和管理的成本，根据现有相关统计分析，当大批量生产时，旋压模具成本约占总成本的20％～30％，当小批量单件生产时旋压模具成本约占总成本60％～70％。同时，两节正向旋压圆筒组焊时需要增加选配工序来保证焊接部位尺寸匹配；由于焊接热变形，小锥度筒形件的圆度、直线度等尺寸无法得到可靠保证，同时由于存在环焊缝，筒形件在环焊缝部位强度降低，该筒形件工作环境为高温高压，存在较大的安全隐患。在两节正向旋压筒形件组焊加工中，需要增加环向焊缝探伤、机械打磨、退火等工序，增加了制造成本。现有相关技术主要是薄壁小锥度筒形件正向旋压成形与薄壁直筒形件反向旋压成形两种。薄壁小锥度筒形件正向旋压成形技术成熟，但是存在以下不足：1、成形设备所需行程较长、造价昂贵，一般企业无法负担；2、薄壁小锥度筒形件长度较长时，旋压模具制造难度较大，模具成本较高。薄壁直筒形件反向旋压成形技术成熟，并且已经大规模应用于工业化生产，但仅用于薄壁直筒形件成形，不具备薄壁小锥度筒形件旋压成形能力。正向旋压成形与反向旋压成形结合进行小锥度薄壁筒形件旋压加工技术还未进行相关研究。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的加工成本高、正向旋压成形技术与反向旋压成形技术结合方法没有用于薄壁小锥度筒形件的不足，本专利技术提出了一种小锥度筒形件复合旋压加工方法。1.一种小锥度筒形件复合旋压加工方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，制作模胎体：所述模胎体为中空回转体，分为安装段和工作段。所述工作段的圆周表面为工作面；该工作面为锥面，并且该工作面的半锥角根据公式(1)确定：公式中：ψ为模胎体工作面的半锥角；为小锥度筒形件的半锥角。所述模胎体的中心有阶梯状的通孔；所述通孔位于模胎体安装段一端的孔径大于工作段的孔径，所述安装段位于工作段的大外径一端。并且所述模胎体安装段端面孔口的内表面为锥面。在所述安装段端面均布有双头螺栓的安装孔。所述安装段内孔的锥面与旋压机主轴的外圆周锥面配合。所述模胎体小外径端的外径比小锥度筒形件小外径端的内径小20～30mm，作为试旋加工及机加切边的余量。步骤2，小锥度筒形件旋压毛坯制备。所述小锥度筒形件旋压毛坯内表面为锥面，并且该锥面的半锥角θ根据公式(2)确定：θ＝(1.5～2)ψ(2)公式中：为小锥度筒形件旋压毛坯3的半锥角；ψ为模胎体工作面的半锥角。步骤3，工装安装。所述的工装安装包括安装旋压模具和旋轮。Ⅰ安装旋压模具，将旋压模具中的模胎体安装端端面锥孔与旋压机的主轴配合，并通过双头螺栓1紧固连接。Ⅱ旋轮安装，采用双旋轮同步反向旋压方法，使用R8/30°双锥面结构的旋轮，将旋轮攻角调整至与旋压模具模胎体曲母线垂直，旋轮能够转动自如，保证旋轮圆角半径位置转动一圈，圆跳动≤0.15mm。步骤4，正向旋压参数设定。旋压机主轴转速为80～120r/min，轴向进给速度为80～120mm/min，。根据工艺要求设定小锥度筒形件旋压毛坯的减薄量。根据旋压机的刚性及旋轮的回弹量确定旋轮4与模胎体工作面之间的旋压间隙。步骤5，安装旋压毛坯。将所述小锥度筒形件旋压毛坯套装于模胎体上，并使小锥度筒形件旋压毛坯小端内表面与模胎体小端外表面贴合。步骤6，正向旋压加工：径向保持旋轮与模胎体工作面之间的旋压间隙不变；按设定的旋压工艺参数进行小锥度筒形件预制坯正向旋压加工。旋压过程中进行冷却与润滑，冷却液流量≥200L/min，加工完成后卸料，得到小锥度筒形件预制坯。步骤7，退火处理。小锥度筒形件预制坯进行退火处理。退火处理的温度为700～740；保温时间为70～90min。保温结束后随炉降温。步骤8，反向旋压参数设定。设定旋压机主轴转速为80～120r/min，轴向进给速度为80～120mm/min。根据工艺要求设定小锥度筒形件预制坯的减薄量。根据旋压机的刚性及旋轮的回弹量确定旋轮与模胎体工作面之间的旋压间隙。步骤9，安装小锥度筒形件预制坯。将所述小锥度筒形件预制坯套装于模胎体上，并使小锥度筒形件预制坯小端内表面与模胎体小端外表面贴合，使其余部位的小锥度筒形件预制坯与模胎体工作面之间的装配间隙≤0.15mm。步骤10，反向旋压加工：径向保持旋轮与模胎体工作面之间的旋压间隙不变。采用双旋轮同步反向旋压对小锥度筒形件预制坯进行旋压加工。旋压过程中进行冷却与润滑，冷却液流量≥200L/min。得到小锥度筒形件的半成品。步骤11，后续处理：反向旋压试验结束后，对得到的小锥度筒形件半成品进行后续处理，得到小锥度筒形件。本专利技术用于成形半锥角小于1°的薄壁筒形结构件。本专利技术结合板料普旋成形锥形件以及薄壁直筒形件旋压成形原理提出正向旋压成形小锥度筒形件预制坯后反向旋压成形小锥度薄壁筒形件加工工艺方法。所制作的产品旋压模具以及与产品旋压模具锥度尺寸适应的小锥度薄壁筒形件旋压毛坯。在一般的反向旋压过程中容易出现旋压毛坯打滑现象，影响旋压筒形件内表面表观质量，本专利技术中该旋压毛坯内型面锥度及尺寸与旋压模具外形面贴合程度较好，装配精度较高，在反向旋压过程中，由于旋轮径向力与轴向力的存在，该旋压毛坯随旋压模具以相近线速度转动。该旋压毛坯的设计方法充分考虑了反向旋压成形特点以及锥形旋压毛坯的受力特点，通过旋压毛坯内型面贴合以及旋压过程径向力、轴向力存在向心分力的特点，有效的减小了旋压过程中毛坯打滑现象，提高旋压筒形件内表面表观质量。采用本专利技术，利用超高强度钢材料在正向旋压加工过程中，小锥度筒形件旋压毛坯壁厚减薄、长度方向增加、锥度减小这一特性，使小锥度筒形件旋压毛坯在旋轮径向力与轴向力的共同作用下，受力变形、材料流动成形为所需尺寸的小锥度筒形件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小锥度筒形件复合旋压加工方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，制作模胎体：所述模胎体为中空回转体，分为安装段和工作段；所述工作段的圆周表面为工作面；该工作面为锥面，并且该工作面的半锥角根据公式(1)确定：

【技术特征摘要】
1.一种小锥度筒形件复合旋压加工方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，制作模胎体：所述模胎体为中空回转体，分为安装段和工作段；所述工作段的圆周表面为工作面；该工作面为锥面，并且该工作面的半锥角根据公式(1)确定：公式中：ψ为模胎体工作面的半锥角；为小锥度筒形件的半锥角；所述模胎体的中心有阶梯状的通孔；所述通孔位于模胎体安装段一端的孔径大于工作段的孔径，步骤2，小锥度筒形件旋压毛坯制备；步骤3，工装安装：所述的工装安装包括安装旋压模具和旋轮；Ⅰ安装旋压模具，将旋压模具中的模胎体安装端端面锥孔与旋压机的主轴配合，并通过双头螺栓1紧固连接；Ⅱ旋轮安装，采用双旋轮同步反向旋压方法，使用R8/30°双锥面结构的旋轮，将旋轮攻角调整至与旋压模具模胎体曲母线垂直，旋轮能够转动自如，保证旋轮圆角半径位置转动一圈，圆跳动≤0.15mm；步骤4，正向旋压参数设定：旋压机主轴转速为80～120r/min，轴向进给速度为80～120mm/min，；根据工艺要求设定小锥度筒形件旋压毛坯的减薄量；根据旋压机的刚性及旋轮的回弹量确定旋轮4与模胎体工作面之间的旋压间隙；步骤5，安装旋压毛坯：将所述小锥度筒形件旋压毛坯套装于模胎体上，并使小锥度筒形件旋压毛坯小端内表面与模胎体小端外表面贴合；步骤6，正向旋压加工：径向保持旋轮与模胎体工作面之间的旋压间隙不变；按设定的旋压工艺参数进行小锥度筒形件预制坯正向旋压加工；旋压过程中进行冷却与润滑，冷却液流量≥200L/min，加工完成后卸料，得到小锥度筒形件预制坯；步骤7，退火处理：小锥度筒形件预制坯进行退火处理；退火处理的温度为700～740；保温时间为70...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨延涛，曹学文，赵琳瑜，罗卉，方拓，王少奇，王鹏伟，辛磊波，师宝钢，
申请(专利权)人：西安航天动力机械厂，
类型：发明
国别省市：陕西,61