超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法技术

本发明专利技术涉及超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，包括以下步骤：S1、组装超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形装置；S2、将坯料放入约束模中，约束模以角速度带动坯料绕自身轴线转动；S3、位于坯料上表面范围内的包络模在包络机构的带动下以速度向下进给；S4、随着坯料厚度逐渐减薄，外径逐渐增大，其余包络模相继以速度向下进给，直至所有包络模都参与包络成形；S5、成形结束后，顶杆机构将超大型薄壁贮箱箱底从约束模中顶出。本发明专利技术将小直径的圆盘形坯料整体成形超大型薄壁贮箱箱底，满足工件对力学性能和承载能力的苛刻要求。该方法成形力小、材料利用率高、柔性高，包络模尺寸远小于超大型薄壁构件尺寸，降低模具制造成本。

Forming method of split space envelope at the bottom of super large thin-walled integrated tank

The invention relates to a method for forming a split type space envelope at the bottom of a super large thin-wall integrated storage box, which comprises the following steps: S1. Assembling a split type space envelope forming device at the bottom of a super large thin-wall integrated storage box; S2. Putting the blank into a constraint die, the constraint die drives the blank to rotate around its own axis at an angular speed; S3. Driving the envelope die within the upper surface of the blank by the enveloping mechanism S4. With the thickness of the blank decreasing and the outer diameter increasing, the rest of the enveloping dies feed down at the speed until all enveloping dies participate in enveloping forming; S5. After forming, the ejector mechanism ejects the bottom of the super large thin-walled tank from the constraint die. The invention integrally forms the small-diameter disc-shaped blank into the bottom of the super large thin-wall storage tank to meet the demanding requirements of the workpiece on the mechanical properties and the bearing capacity. The method has the advantages of small forming force, high material utilization rate and high flexibility. The dimension of enveloping die is far smaller than that of super large thin-walled component, which reduces the cost of die manufacturing.

【技术实现步骤摘要】
超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法
本专利技术涉及压力容器制造领域，更具体地说，涉及一种超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法。
技术介绍
超大型薄壁贮箱箱底是大型压力容器的关键承力构件，具有壁厚薄、外径大、承载能力高的特点，其性能对大型压力容器的可靠性和安全性具有重要影响。目前，超大型薄壁贮箱箱底采用高强材料，其直径超过10m，制造难度大。高性能、高效率、低成本制造超大型薄壁贮箱箱底是国际制造领域研究的热点。塑性成形方法是一种高性能、高效率、低成本的制造方法，其中强力旋压方法和液压成形方法能够成形薄壁构件。但是采用强力旋压方法成形超大型薄壁构件时，坯料容易出现失稳起皱现象；采用液压成形方法成形超大型薄壁构件时，成形力大，需要超大型装备。并且，这两种方法仅能成形厚度较薄的板坯，受制造技术限制，目前无法制造出满足这两种成形方法需要的大尺寸坯料。目前，超大型薄壁贮箱箱底制造方法是分块成形加组装拼焊方法。该方法将箱底分成多个瓜瓣，先单独制造各个瓜瓣，再通过焊接工艺将多个瓜瓣拼焊成一个整体。该方法虽然能够成形超大型薄壁贮箱箱底，但是受到多个焊接区的影响，贮箱整体力学性能和承载能力降低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，满足超大型薄壁贮箱箱底对力学性能和承载能力的苛刻要求。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，包括以下步骤：S1、组装超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形装置，其包括：旋转台、约束模、多个包络模、多个包络机构、多个顶料杆和顶杆机构；约束模固定在旋转台上，包络机构相互独立且沿旋转台周向方向分布在特定位置，包络机构和旋转台相互独立；每个包络机构装配一个包络模并带动包络模绕自身轴线转动和径向移动；顶料杆均匀分布在约束模下方，顶杆机构位于旋转台正下方并带动顶料杆移动；S2、将坯料放入约束模中，约束模以角速度w0带动坯料绕自身轴线转动；位于约束模外侧的包络模在包络机构的带动下沿径向移动到位，并以角速度wm绕各自轴线旋转；S3、位于坯料上表面范围内的包络模在包络机构的带动下以速度v向下进给，其余包络模不进给，坯料在包络模的作用下主要产生弯曲变形，直至和约束模完全接触；S4、随着坯料厚度逐渐减薄，外径逐渐增大，其余包络模相继以速度v向下进给，直至所有包络模都参与包络成形。金属材料在所有包络模和约束模的共同作用下沿约束模径向和周向流动，由小直径的圆盘形坯料逐渐成形为超大型薄壁贮箱箱底；S5、成形结束后，所有包络模停止转动，先沿轴向方向上升至约束模上端面以上，再沿约束模径向方向退至初始位置，约束模停止转动，顶杆机构带动顶料杆向上运动将超大型薄壁贮箱箱底从约束模中顶出。上述方案中，包络模数量根据超大型薄壁贮箱箱底最大外径、包络模母线长度和成形交叉区长度进行确定，需满足如下公式：(n-1)L1-L2＜R0+(n-1)L2＜nL1(1)式中，n为包络模的总个数，R0为超大型薄壁贮箱箱底最大外径，L1为包络模母线在水平面的投影长度，L2为相邻两个成形交叉区在水平面的投影长度，保证成形的超大型薄壁贮箱箱底几何形状完整。上述方案中，根据包络模的编号依次确定包络模成形区域位置，成形区域在水平面投影区域到约束模轴线最小距离em和最大距离Em分别由公式(2)和(3)确定。em＝(m-1)(L1-L2)(2)Em＝mL1-(m-1)L2(3)式中，m为包络模的编号。上述方案中，成形区域相邻的两个包络模对称布置，定义经过约束模轴线和编号为1号的包络模轴截面的面为xOz面，则不同包络模轴截面与xOz面的夹角由公式(4)～(7)确定：当包络模数量为偶数时，夹角由公式(4)和(5)确定：式中，a1为编号为奇数的包络模，b1为编号为偶数的包络模；当包络模数量为奇数时，夹角由公式(6)和(7)确定：式中，a2为编号为奇数的包络模，b2为编号为偶数的包络模。上述方案中，所述包络模包括成形部分、夹持部分和过渡部分，所述成形部分的几何形状根据包络模轴线和约束模轴线夹角、以及包络模成形区域的几何形状确定，将成形区域的母线绕包络模轴线转动一周，得到成形部分几何形状；夹持部分为圆柱体，其外径保证包络模具有足够刚度且不和超大型薄壁贮箱箱底上表面干涉；成形部分和夹持部分由球形的过渡部分连接。上述方案中，不同位置处的包络模角速度wm根据公式(8)确定；其中，γm为包络模轴线和约束模轴线夹角，所有包络模轴线相交在约束模轴线上一点，保证包络模和约束模同步转动。上述方案中，所述顶杆包括圆形顶杆和异形顶杆，在约束模中心布置圆形顶杆，在非中心位置均匀布置多个异形顶杆，异形顶杆位于成形交叉区域下方，且异形顶杆上表面和对应超大型薄壁贮箱箱底下表面匹配。实施本专利技术的超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法可以实现超大型薄壁贮箱箱底整体成形，满足其力学性能和承载能力苛刻要求，同时提高材料利用率和加工效率。(2)本专利技术超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法属于连续局部塑性成形方法，成形力小、能耗低、绿色环保。(3)本专利技术超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法包络模和约束模机构相互独立，成形方法柔性好，能够根据超大型薄壁贮箱箱底几何尺寸进行相应调整，节约制造成本。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为超大型薄壁贮箱箱底分体式空间包络成形开始阶段的示意图；图2为超大型薄壁贮箱箱底分体式空间包络成形阶段一的示意图；图3为超大型薄壁贮箱箱底分体式空间包络成形结束的示意图；图4为超大型薄壁贮箱箱底轴截面示意图；图5为坯料轴截面示意图；图6为不同包络模成形区域示意图；图7为不同包络模周向位置示意图；图8为3号包络模的三维示意图；图9为顶料杆三维示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1-9所示，在本专利技术的超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法包括以下步骤：S1、超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形装置包括：旋转台、约束模、6个包络模、6个包络机构、25个异形顶料杆和顶杆机构。其中，约束模固定在旋转台上；包络机构相互独立且沿旋转台周向方向分布在特定位置，包络机构和旋转台相互独立；每个包络机构装配一个包络模并带动包络模绕自身轴线转动和径向移动；顶料杆均匀分布在约束模下方，顶杆机构位于旋转台正下方并带动顶料杆移动。S2、成形开始阶段(如图1所示)：将坯料2放入约束模3中，约束模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、组装超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形装置，其包括：旋转台、约束模、多个包络模、多个包络机构、多个顶料杆和顶杆机构；约束模固定在旋转台上，包络机构相互独立且沿旋转台周向方向分布在特定位置，包络机构和旋转台相互独立；每个包络机构装配一个包络模并带动包络模绕自身轴线转动和径向移动；顶料杆均匀分布在约束模下方，顶杆机构位于旋转台正下方并带动顶料杆移动；/nS2、将坯料放入约束模中，约束模以角速度w

【技术特征摘要】
1.一种超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、组装超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形装置，其包括：旋转台、约束模、多个包络模、多个包络机构、多个顶料杆和顶杆机构；约束模固定在旋转台上，包络机构相互独立且沿旋转台周向方向分布在特定位置，包络机构和旋转台相互独立；每个包络机构装配一个包络模并带动包络模绕自身轴线转动和径向移动；顶料杆均匀分布在约束模下方，顶杆机构位于旋转台正下方并带动顶料杆移动；
S2、将坯料放入约束模中，约束模以角速度w0带动坯料绕自身轴线转动；位于约束模外侧的包络模在包络机构的带动下沿径向移动到位，并以角速度wm绕各自轴线旋转；
S3、位于坯料上表面范围内的包络模在包络机构的带动下以速度v向下进给，其余包络模不进给，坯料在包络模的作用下主要产生弯曲变形，直至和约束模完全接触；
S4、随着坯料厚度逐渐减薄，外径逐渐增大，其余包络模相继以速度v向下进给，直至所有包络模都参与包络成形。金属材料在所有包络模和约束模的共同作用下沿约束模径向和周向流动，由小直径的圆盘形坯料逐渐成形为超大型薄壁贮箱箱底；
S5、成形结束后，所有包络模停止转动，先沿轴向方向上升至约束模上端面以上，再沿约束模径向方向退至初始位置，约束模停止转动，顶杆机构带动顶料杆向上运动将超大型薄壁贮箱箱底从约束模中顶出。


2.根据权利要求1所述的超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，其特征在于，包络模数量根据超大型薄壁贮箱箱底最大外径、包络模母线长度和成形交叉区长度进行确定，需满足如下公式：
(n-1)L1-L2＜R0+(n-1)L2＜nL1(1)
式中，n为包络模的总个数，R0为超大型薄壁贮箱箱底最大外径，L1为包络模母线在水平面的投影长度，L2为相邻两个成形交叉区在水平面的投影长度，保证成形的超大型薄壁贮箱箱底几何形状完整。


3.根据权利要求2所述的超大型薄壁整体贮箱箱底分体式空间包络成形方法，其特征在于，根据包络模的编号依次确定包络模成形区域位置，成形区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，胡亚雄，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42