大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法技术

本发明专利技术涉及一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，包括以下步骤：S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上，关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触，使约束模和环形毛坯之间产生作用力，保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转；S2、约束模带动环形毛坯和旋轮绕自轴做旋转运动，同时两旋轮沿轨迹做进给运动，使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形；S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时，约束模停止转动，两旋轮退回到初始位置，并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。本发明专利技术通过多道次局部成形大型横高筋薄壁环件，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率、减小成形力的效果。

Multi pass and multi direction rolling forming method of large-scale thin-walled ring with high transverse reinforcement

The invention relates to a multi pass multi-directional rolling forming method for a large-scale thin-walled ring with high transverse reinforcement, which comprises the following steps: S1. The ring blank and the ring push plate are sleeved on the constraint die, and the two rotating wheels symmetrical in the axial middle surface of the ring blank are respectively in close contact with the two end faces of the blank, so as to generate a force between the constraint die and the ring blank, so as to ensure that the constraint die can drive the ring blank and the rotating wheel to be stable Fixed rotation; S2. The constraint die drives the circular blank and the rotary wheel to rotate around the self axis, and at the same time, the two rotary wheels feed along the track, so that the circular blank will produce continuous local plastic deformation until the whole forming; S3. When the shape of the shaped part is the target transverse high rib thin-walled ring, the constraint die stops rotating, and the two rotary wheels return to the initial position, and the target transverse height will be made through the circular push plate The stiffened thin-walled ring is pushed out from the constraint die. The invention has the advantages of significant energy saving, material saving, production cost reduction, productivity improvement and forming force reduction through multi-pass local forming of large-scale horizontal high rib thin-wall ring.

【技术实现步骤摘要】
大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法
本专利技术涉及异形截面环件的精密轧制成形方法，更具体地说，涉及一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法。
技术介绍
在航空、航天等制造领域，结构轻量化是减少能源消耗、提升飞行器续航能力的重要途径。因此，飞机、火箭、飞船等重大装备上广泛应用了大量的薄壁结构件，例如机舱、机翼、发动机外罩。为了提高这些结构件的强度，通常在其表面上设有加强筋。大型横高筋薄壁环件作为飞机、火箭等重型装备上典型的核心承载构件，对其成形精度和性能要求极其苛刻。对于这类大型横高筋薄壁环件，目前主要有焊接、铆接、切削三种方法。焊接方法是先分开制造薄壁横高筋的蒙皮与加强筋，再将加强筋焊接在蒙皮上，但焊接方法性能差、成本高，难以满足高端装备高性能制造的要求。铆接方法也是先分开制薄壁异形环件的蒙皮与加强筋，再用大量铆钉将加强筋和蒙皮铆接在一起。铆接方法不仅增加了构件的重量，还降低了加强筋和蒙皮之间的连接强度。切削方法是对矩形截面环形毛坯进行车削加工，从而加工出目标大型横高筋薄壁环件。但是，车削方法存在材料利用率低、零件回弹变形大、金属流线不连续等问题，使零件的成形精度和力学性能大大降低。塑性成形工艺具有显著的节能节材、加工效率高、成形性能优异等特点，逐渐成为高端装备结构件整体制造的主要发展趋势。受零件外形尺寸限制，采用传统的锻造方法很难成形出这类大型横高筋薄壁环件。因此，迫切需要找到一种有效的塑性成形方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，，显著地改善了大型横高筋薄壁环件内部组织和力学性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，包括以下步骤：S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上，关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触，使约束模和环形毛坯之间产生作用力，保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转；S2、约束模带动环形毛坯和旋轮绕自轴做旋转运动，同时两旋轮沿轨迹做进给运动，使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形，其成形分三个阶段：S21、第一成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对环形毛坯的侧壁进行多道次轴向闭式旋轧成形；旋轧过程中，侧壁处产生轴向压缩、径向延伸的塑性变形，从而在环形毛坯的外周面上形成一条横筋；S22、第二成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形；旋轧过程中，横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加，从而达到预设的形状；S23、第三成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给，对环形毛坯的蒙皮部分进行多道次轴向开式旋轧成形；旋轧过程中，蒙皮厚度不断减薄、高度逐渐增加，从而达到预设的尺寸要求；S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时，约束模停止转动，两旋轮退回到初始位置，并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。上述方案中，在步骤S1中，环形毛坯的内径等于目标大型横高筋薄壁环件的外径D1，环形毛坯的高度h远小于约束模的高度，环形毛坯的外径为D2；环形毛坯的外形尺寸通过式(1)计算得到：其中，大型横高筋薄壁环件的蒙皮厚度为t，大型横高筋薄壁环件上端面到横筋上端面的距离为a，大型横高筋薄壁环件下端面到横筋下端面的距离为b，横筋高度为c，横筋厚度为f。上述方案中，在步骤S1中，旋轮进给时其端面与水平面之间的夹角θ满足：其中，m为旋轮架到旋轮端面的距离，d为旋轮直径。上述方案中，在步骤S1中，环形推板的内径等于约束模的外径，环形毛坯端面与环形推板之间的间隙e满足：上述方案中，在步骤S21中，当旋轮轴向进给时，左、右两旋轮进给速度的比值为当旋轮径向进给时，左、右两旋轮的进给速度始终相等。上述方案中，在步骤S22中，当两旋轮轴向、径向进给时，其速度始终相等。上述方案中，在步骤S23中，当旋轮轴向进给时，左、右两旋轮进给速度的比值为旋轮径向进给时，左、右两旋轮的进给速度始终相等。实施本专利技术的大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，具有以下有益效果：1、通过多道次局部成形大型横高筋薄壁环件，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率、减小成形力的效果。2、轧制成形的大型横高筋薄壁环件表面质量好，几何精度高，而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线，显著地改善了大型横高筋薄壁环件内部组织和力学性能。3、轧制过程中两旋轮始终对称，起到阻碍金属轴向流动的作用，省去了约束金属轴向流动的模具，且在两旋轮的作用下，两旋轮之间的金属主要沿环件径向向外流动，使环件外周面容易形成薄壁高筋。4、两旋轮尺寸较小、运动空间大、通用性好。通过调整两旋轮的运动轨迹，可旋轧出不同规格的横高筋薄壁环件。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为制得大型横高筋薄壁环件的毛坯纵截面示意图；图2为大型横高筋薄壁环件的纵截面示意图；图3为双旋轮旋轧成形大型高筋薄壁环件的整体示意图；图4为旋轮三维示意图；图5为双旋轮多道次轴向旋轧成形目标环件侧壁的示意图；图6为双旋轮多道次径向旋轧成形目标环件横筋的示意图；图7为双旋轮多道次轴向旋轧成形目标环件蒙皮的示意图。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-图7所示，本专利技术的大型横高筋薄壁环件的精密轧制成形方法包括以下步骤：S1，获得环形毛坯2，毛坯2为矩形截面环件，可通过镦粗、铸造、冲孔、冲连皮、挤压、平端面和车削的方法制得。采用本专利技术方法制得的零件为大型横高筋薄壁环件8。如图1、2所示，毛坯2的高度为h，毛坯2的内径为D1，毛坯2的外径其中，大型横高筋薄壁环件的内径为D1，蒙皮厚度为t，目标环件上端面到横筋上端面的距离为a，目标环件下端面到横筋下端面的距离为b，横筋高度为c，横筋厚度为f。在本专利技术的一个优选实例中，大型横高筋薄壁环件8的尺寸如下：D1＝3000mm，t＝5mm，f＝10mm，a＝20mm，b＝40mm，c＝30mm，因此环件毛坯2的尺寸可确定为：D1＝3000mm，D2＝3022mm，h＝30mm。S2，如图3所示，将环形毛坯2和环形推板3水平套在约束模1上，环形毛坯2的内径等于约束模1的外径，环形坯料2与环形推板3之间的间隙e＝30mm，环形推板3的内径等于约束模1的外径。再将两旋轮4、5对称安装在环形毛坯2的两端面上，旋轮4、5侧面圆弧半径为5mm，旋轮4、5端面直径为40mm，旋轮架到旋轮4、5端面的距离为10mm。S3，如图3所示，约束模1绕自轴做旋转运动，旋转速度为w1，带动环形毛坯2、旋轮4和旋轮5旋转，旋轮4、5的旋转速度为w2。同时，旋轮4、5还按一定的轨迹做进给运动，在约束模1和旋轮4、5的共同作用下，环件毛坯2产生轴向压缩、径向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上，关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触，使约束模和环形毛坯之间产生作用力，保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转；/nS2、约束模带动环形毛坯和旋轮绕自轴做旋转运动，同时两旋轮沿轨迹做进给运动，使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形，其成形分三个阶段：/nS21、第一成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对环形毛坯的侧壁进行多道次轴向闭式旋轧成形；旋轧过程中，侧壁处产生轴向压缩、径向延伸的塑性变形，从而在环形毛坯的外周面上形成一条横筋；/nS22、第二成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形；旋轧过程中，横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加，从而达到预设的形状；/nS23、第三成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给，对环形毛坯的蒙皮部分进行多道次轴向开式旋轧成形；旋轧过程中，蒙皮厚度不断减薄、高度逐渐增加，从而达到预设的尺寸要求；/nS3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时，约束模停止转动，两旋轮退回到初始位置，并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。/n...

【技术特征摘要】
1.一种大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将环形毛坯和环形推板套在约束模上，关于环形毛坯轴向中面对称的两旋轮分别与毛坯两端面紧密接触，使约束模和环形毛坯之间产生作用力，保证约束模能带动环形毛坯和旋轮稳定旋转；
S2、约束模带动环形毛坯和旋轮绕自轴做旋转运动，同时两旋轮沿轨迹做进给运动，使环形毛坯产生连续局部塑性变形直至整体成形，其成形分三个阶段：
S21、第一成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对环形毛坯的侧壁进行多道次轴向闭式旋轧成形；旋轧过程中，侧壁处产生轴向压缩、径向延伸的塑性变形，从而在环形毛坯的外周面上形成一条横筋；
S22、第二成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给速度，对第一阶段挤出的横筋进行多道次径向旋轧成形；旋轧过程中，横筋厚度逐渐减小、高度逐渐增加，从而达到预设的形状；
S23、第三成形阶段；通过控制两旋轮运动轨迹和进给，对环形毛坯的蒙皮部分进行多道次轴向开式旋轧成形；旋轧过程中，蒙皮厚度不断减薄、高度逐渐增加，从而达到预设的尺寸要求；
S3、当成形件形状为目标横高筋薄壁环件时，约束模停止转动，两旋轮退回到初始位置，并通过环形推板将制得的目标横高筋薄壁环件从约束模上推出。


2.根据权利要求1所述的大型横高筋薄壁环件多道次多向旋轧成形方法，其特征在于，在步骤S1中，环形毛坯的内径等于目标大型横高筋薄壁环件的外径D1，环形毛...

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