一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法，根据目标环件的尺寸和体积合理设计毛坯尺寸，根据目标环件及网格筋结构尺寸设计模具尺寸，依次开启旋转工作台与液压动力机构，在活动支座的作用下带动滚珠轴向进给，滚珠进给运动与毛坯旋转运动的同时进行，实现对毛坯的逐点局部塑性变形，毛坯壁厚减薄，使金属周向转移，迫使多余金属流入网格筋，得到内网格筋零件，成形完毕，脱模卸料取出目标零件。本发明专利技术实现了内腔带网格筋薄壁筒形件无切削成形，有效避免了强度不足，材料利用率低，制作成本高等缺陷。

A flow forming device and method for thin-walled cylinder components with inner grid reinforcement

The invention provides a flow forming device and a method for thin-walled cylindrical components with inner grid ribs. The blank size is reasonably designed according to the size and volume of the target ring, the die size is designed according to the structure size of the target ring and the grid rib, the rotary table and the hydraulic power mechanism are opened in turn, and driven by the movable support. Ball axial feeding, ball feeding and blank rotating movement are carried out simultaneously, realizing the point-by-point local plastic deformation of the blank, blank wall thickness thinning, so that the metal circumferential transfer, forcing excess metal to flow into the grid ribs, getting the inner grid ribs parts, forming finished, demoulding and unloading out of the target parts. The invention realizes the non-cutting forming of thin-walled cylindrical parts with inner cavity and grid ribs, effectively avoids the defects of insufficient strength, low material utilization rate and high manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法
本专利技术属于塑性加工的
，尤其涉及一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法。
技术介绍
内网格筋薄壁筒形件以铝合金等轻质材料为主，壁厚小、内表面带有纵横交错网格筋，随着轻量化的提出，该类零件在航空工业、航天工业、民用工业、国防工业中的地位和作用越来越突出。内网格筋薄壁筒形件一方面要满足结构设计的需求，另一方面要有更高的强度，更高的刚度，良好的散热性和稳定的振动特性。内网格筋薄壁筒形件传统的生产方法主要有以下几种：切削加工、铸造、挤压、焊接四种。切削加工工艺材料利用率低，机械加工破坏了金属流线的连续性，关键的内筋部位没有得到变形强化；铸造工艺会出现气泡、局部填充不足、流线分布不均、裂纹等缺陷，精度比较低，在后续的机械加工过程中一些缺陷会明显暴露出来，使废品率大大提高，也会伴随着强度不够的问题；利用挤压工艺生产内网格筋薄壁筒形件，虽然隶属于塑性成形，强度、刚度得到了提高，但是其模具设计复杂，费时费力，制造成本比较高，需要表面磷化、皂化，对精度有一定的影响，容易产生流速不均的缺陷；焊接工艺会导致制品外形不美观，容易产生气孔夹渣等缺陷，焊接变形大、尺寸精度低、焊缝强度低。综上所述，传统的塑性加工工艺存在着很大的局限性，亟需开发新型的工艺生产内网格筋薄壁筒形件，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
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法，实现内腔带网格筋薄壁筒形件无切削成形，有效避免了强度不足，材料利用率低，制作成本高等缺点，提高了制造产效率和产品性能，扩大成形对象。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置，包括液压动力机构、旋转动力机构和模具；所述液压动力机构包括上支座、下支座、立柱、活动支座和液压缸，所述立柱顶端和底端分别与上、下支座相连，所述活动支座套设于立柱上沿立柱上下滑动，所述液压缸固定于上支座的底面中心，伸出端与活动支座的顶面中心相连，活动支座上对称设有两条滑槽，滑槽内竖直穿设固定轴，固定轴顶部设有外螺纹，通过锁紧螺母与活动支座相连，沿滑槽水平滑动，固定轴内侧设有固定槽；所述旋转动力机构包括底座、旋转工作台和旋转电机，所述底座设于下支座顶面中心，旋转电机设于底座上与旋转工作台相连，驱动旋转工作台旋转；所述模具包括定位中心轴、凹模套筒、凹模镶块和滚珠支撑架，所述定位中心轴竖直设于旋转工作台顶面中心，所述凹模套筒外套于定位中心轴，所述凹模镶块沿凹模套筒外周面布设，底部通过套设镶块紧固环定位，凹模镶块外周面上设有外网格筋结构，毛坯外套于凹模镶块，底部通过卡盘固定，所述滚珠支撑架为内壁设有弧形凹槽的圆环结构，弧形凹槽内嵌入数个滚珠，滚珠支撑架内部相对滚珠的位置设有挡块，挡块顶部中心与弹簧底端相连，弹簧顶端固定于活动支座的底面中心，滚珠支撑架外侧嵌入固定轴上设有的固定槽内。一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)模具及毛坯的尺寸设计，根据目标环件的尺寸和体积合理设计毛坯尺寸，根据目标环件及网格筋结构尺寸设计模具尺寸；S2)模具装配，毛坯、凹模镶块、凹模套筒与定位中心轴同轴进行装配，通过镶块紧固环将凹模镶块固定，用卡盘将毛坯与模具固定于旋转工作台上，调整固定轴在活动支座的水平位置，用锁紧螺母锁定；S3)流动成形，旋转工作台先旋转，在旋转稳定之后，调整活动支座进给速度，进行轴向进给，进给率为0.8～1.0mm/r，液压缸启动，带动活动支座下移，滚珠支撑架做直线进给运动，滚珠支撑架进给运动与工件旋转运动的同时进行，实现对毛坯的逐点局部塑性变形，毛坯壁厚减薄，迫使多余金属流入镶块网格筋凹槽内，得到网格筋零件，成形完毕，活动支座返回初始位置；S4)脱模取料，依次拆除滚珠支撑架和固定轴，松开卡盘，成形的工件取下，在松开镶块紧固环，依次拆下镶块、凹模套筒和定位中心轴。按上述方案，所述步骤S1)中毛坯的尺寸设计包括如下内容：毛坯结构为筒形结构，目标环件内径＝毛坯内径，即r1＝r2，减薄率取40％～60％，即毛坯外径R2与目标零件外径R1之间的关系R2＝(1.6～1.4)×(R1-r1)-r2，由计算可得：V1＝(πR12-πr12)B1，V2＝(π(R2-Δt)2-πr22+S)B2，其中：Δt-壁厚减薄量；S-内筋截面积；B1、B2-目标零件高度及毛坯高度，基于体积不变的原理：目标零件总体积＝毛坯总体积，即V1＝V2，可根据目标零件高度B1求出B2。按上述方案，所述步骤S1)中模具的尺寸设计包括如下内容：S11)滚珠直径的设计：旋压角α的大小直接影响金属的稳定流动，旋压角计算公式其中r为滚珠半径，旋压角的大小为18°～22°，滚珠直径的范围可以根据旋压角的大小进行设计；S12)滚珠个数的设计：滚珠个数直接影响变形的均匀性，滚珠个数越多变形越均匀，滚珠个数其中k为相邻两个滚珠的间隙，k＝0.1r，R-毛坯内径，Int-取整函数；S13)镶块的设计：镶块网格筋尺寸与目标零件网格筋参数H、L、β一致，其中，L、H、β分别为内筋宽度、高度、内筋斜度，镶块长度等于目标零件长度B1。本专利技术的有益效果是：提供一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置及方法，提出流动成形工艺也称作滚珠旋压工艺，是在普通旋压成形技术的基础上进行了改进，采用滚珠代替旋轮或杆棒，属于多点局部成形，所需力学载荷小且对称、成形时变形区小且稳定，成形特点有：1)逐点成形，旋压时压力小；2)材料利用率高，制品性能得到明显提高；3)工序简单、表面粗糙度低，尺寸公差小，可以制造整体无缝回转体空心件；4)可以加工难变形金属。该工艺方法能够克服传统加工方法所产生的强度不足，材料利用率低，制作成本高等问题。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。附图说明图1为本专利技术一个实施例的目标零件的结构示意图；图2为本专利技术一个实施例的凹模套筒的结构示意图；图3为本专利技术一个实施例的凹模镶块与凹模套筒的装配示意图；图4为本专利技术一个实施例的成形初始阶段的示意图；图5为本专利技术一个实施例的成形过程中的示意图；图6为图4的A-A向视图。具体实施方式为更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述。如图1所示，一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置，包括液压动力机构、旋转动力机构和模具；液压动力机构包括上支座1、下支座18、立柱2、活动支座3和液压缸4，立柱顶端和底端分别与上、下支座相连，活动支座套设于立柱上沿立柱上下滑动，液压缸固定于上支座的底面中心，伸出端与活动支座的顶面中心相连，活动支座上对称设有两条滑槽19，滑槽内竖直穿设固定轴6，固定轴顶部设有外螺纹，通过锁紧螺母与活动支座相连，沿滑槽水平滑动，固定轴内侧设有固定槽；旋转动力机构包括底座17、旋转工作台16和旋转电机，底座设于下支座顶面中心，旋转电机设于底座上与旋转工作台相连，驱动旋转工作台旋转；模具包括定位中心轴10、凹模套筒11、凹模镶块12和滚珠支撑架9，定位中心轴竖直设于旋转工作台顶面中心，凹模套筒外套于定位中心轴，凹模镶块沿凹模套筒外周面布设，底部通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置，包括液压动力机构、旋转动力机构和模具；所述液压动力机构包括上支座、下支座、立柱、活动支座和液压缸，所述立柱顶端和底端分别与上、下支座相连，所述活动支座套设于立柱上沿立柱上下滑动，所述液压缸固定于上支座的底面中心，伸出端与活动支座的顶面中心相连，活动支座上对称设有两条滑槽，滑槽内竖直穿设固定轴，固定轴顶部设有外螺纹，通过锁紧螺母与活动支座相连，沿滑槽水平滑动，固定轴内侧设有固定槽；所述旋转动力机构包括底座、旋转工作台和旋转电机，所述底座设于下支座顶面中心，旋转电机设于底座上与旋转工作台相连，驱动旋转工作台旋转；所述模具包括定位中心轴、凹模套筒、凹模镶块和滚珠支撑架，所述定位中心轴竖直设于旋转工作台顶面中心，所述凹模套筒外套于定位中心轴，所述凹模镶块沿凹模套筒外周面布设，底部通过套设镶块紧固环定位，凹模镶块外周面上设有外网格筋结构，毛坯外套于凹模镶块，底部通过卡盘固定，所述滚珠支撑架为内壁设有弧形凹槽的圆环结构，弧形凹槽内嵌入数个滚珠，滚珠支撑架内部相对滚珠的位置设有挡块，挡块顶部中心与弹簧底端相连，弹簧顶端固定于活动支座的底面中心，滚珠支撑架外侧嵌入固定轴上设有的固定槽内。...

【技术特征摘要】
1.一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形装置，包括液压动力机构、旋转动力机构和模具；所述液压动力机构包括上支座、下支座、立柱、活动支座和液压缸，所述立柱顶端和底端分别与上、下支座相连，所述活动支座套设于立柱上沿立柱上下滑动，所述液压缸固定于上支座的底面中心，伸出端与活动支座的顶面中心相连，活动支座上对称设有两条滑槽，滑槽内竖直穿设固定轴，固定轴顶部设有外螺纹，通过锁紧螺母与活动支座相连，沿滑槽水平滑动，固定轴内侧设有固定槽；所述旋转动力机构包括底座、旋转工作台和旋转电机，所述底座设于下支座顶面中心，旋转电机设于底座上与旋转工作台相连，驱动旋转工作台旋转；所述模具包括定位中心轴、凹模套筒、凹模镶块和滚珠支撑架，所述定位中心轴竖直设于旋转工作台顶面中心，所述凹模套筒外套于定位中心轴，所述凹模镶块沿凹模套筒外周面布设，底部通过套设镶块紧固环定位，凹模镶块外周面上设有外网格筋结构，毛坯外套于凹模镶块，底部通过卡盘固定，所述滚珠支撑架为内壁设有弧形凹槽的圆环结构，弧形凹槽内嵌入数个滚珠，滚珠支撑架内部相对滚珠的位置设有挡块，挡块顶部中心与弹簧底端相连，弹簧顶端固定于活动支座的底面中心，滚珠支撑架外侧嵌入固定轴上设有的固定槽内。2.一种带内网格筋的薄壁筒形构件流动成形方法，其特征在于，包括如下步骤：S1)模具及毛坯的尺寸设计，根据目标环件的尺寸和体积合理设计毛坯尺寸，根据目标环件及网格筋结构尺寸设计模具尺寸；S2)模具装配，毛坯、凹模镶块、凹模套筒与定位中心轴同轴进行装配，通过镶块紧固环将凹模镶块固定，用卡盘将毛坯与模具固定于旋转工作台上，调整固定轴在活动支座的水平位置，用锁紧螺母锁定；S3)流动成形，旋转工作台先旋转，在旋转稳定之后，调整活动支座进给速度，进行轴向进给，进给率为0.8～1.0mm...

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