一种外带环形凸台的薄壁圆筒及其旋压工艺方法技术

一种外带环形凸台的薄壁圆筒及其旋压工艺方法，属于塑性成型加工领域；采用两种旋压加工工艺方法，一种四相变强化方法：退火态坯料→旋压→必要时去应力退火→旋压→调质→精加工→验收入库；另一种是形变热处理强化方法：坯料预强化调质→坯料机加→连续旋压→去应力时效热→精加工→验收入库；通过设定旋压扩径量△δ，将直筒的加工成型精度提高了15％以上，同时保证加工效率提高了50％；进行了两次旋压减薄率的限定，最终保证变壁厚筒形件旋压内径一致性得到有效控制，同时使得外周面的台阶圆跳动精度能够达到设计指标。

【技术实现步骤摘要】
一种外带环形凸台的薄壁圆筒及其旋压工艺方法
本专利技术属于塑性成型加工领域，具体涉及一种外带环形凸台的薄壁圆筒及其旋压工艺方法。
技术介绍
基于薄壁筒形旋压件的结构特点，随之而来的就是生产制造过程中围绕形状精度质量问题采取预防、纠正措施控制加工变形问题，实现高精度制造目标。在旋压制造领域，薄壁筒形件的圆度、直线度精度控制一直都是工程技术人员的重点关注对象，也是影响产品高质量制造的关键因素。下面图2是包含直线度a1、圆度a2精度要求的外带环形凸台的直筒形旋压件结构示意，直线度与圆度是衡量旋压圆筒质量的关键指标。直筒形旋压件材料可以是：高合金超高强度马氏体时效钢、低合金超高强度钢、合金结构钢、沉淀硬化不锈钢等。控制直筒形旋压件形状精度的现有技术是：旋压工艺人员依据已有经验，对影响工件形状精度的工艺参数——旋压减薄率、进给比、旋轮形状等因素进行综合施治，以期达到形状精度控制效果；由于加工调试过程效率低，导致精度低不能满足薄壁筒形件的加工要求。何艳斌等的《旋压件成形质量及其控制参数》(发表于《机电工程技术》2005年第34卷第9期)一文就影响旋压件尺寸精度质量的关键因素——旋压减薄率、进给比、旋轮形状等进行了分析阐述。此技术是在旋压模具直径尺寸既定条件下进行的，没有形成旋压圆筒“扩径量(指旋压后工件内壁与模具表面母线之间的双边间隙)”概念，亦即在产品研制初期的旋压工艺设计层面未能制定“扩径量”控制目标，因此无法在保证效率的同时达到精度要求。现有技术存在问题归结起来是以下3点：⑴传统的圆筒旋压工艺以“扩径旋压”理念为指导，即为了单纯保证工件旋压后方便卸料没有制定旋压扩径量控制目标的工艺方案而失去了圆筒旋压形状精度控制基础。⑵在没有制定旋压扩径量的前提下，圆筒旋压模具直径设计尺寸存在盲目性，一旦模具直径设计值过小，旋压工艺实施过程中为了达到圆筒直径φD(或φd)精度控制势必带来较大扩径量，实际表现为扩径量大于0.6mm，某些产品甚至达到了1.0mm以上，直接造成形状精度超差。这就是旋压过程中由于模具对筒段塑性变形区域缺乏约束而导致圆筒形状精度降低的直接原因。⑶针对旋压圆筒直线度、圆度控制不达标问题，工艺人员在旋压模具尺寸既定条件下依靠自身经验多次反复优化工艺参数，多数情况下的优化次数在3次以上；有的产品即使多次优化工艺参数后，圆筒形状精度仍不达标，此时就需重新设计加工新模具，改进技术方案。
技术实现思路
要解决的技术问题：为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种外带环形凸台的薄壁圆筒及其旋压工艺方法，通过引入扩径量控制目标值，并结合符合直筒形件旋压加工要求的工艺参数设定，解决了圆筒旋压模具直径尺寸设计取值的盲目性问题；提高了加工成型的效率和精度。本专利技术的技术方案是：一种外带环形凸台的薄壁筒形件，其特征在于：所述薄壁筒形件为直筒结构，其外周面设置有环形凸台。本专利技术的进一步技术方案是：所述薄壁筒形件的材料为高合金超高强度马氏体时效钢或低合金超高强度钢。一种用于外带环形凸台的薄壁圆筒旋压工艺方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：设定旋压扩径量△δ，旋压扩径量是指直筒的内径和旋压模具的双边间隙；通过待加工直筒的内径选取旋压扩径量△δ，参考原则是：直筒内径φd≤100mm时，旋压扩径量△δ为0.10～0.20mm；直筒内径φd＞100～300mm时，旋压扩径量△δ为0.20～0.30mm；直筒内径φd＞300～1000mm时，旋压扩径量△δ为0.30～0.40mm；直筒内径φd＞1000～2000mm时，旋压扩径量△δ为0.40～0.60mm；步骤二：依据步骤一得到的旋压扩径量△δ设计旋压模具直径φD，计算公式如下：φD＝φd－△δ(1)φd＝(φdmax+φdmin)÷2(2)式中，φD——旋压模具直径，φd——旋压圆筒理论内径，△δ——圆筒旋压扩径量，φdmax——工件理论最大内径，φdmin——工件理论最小内径；步骤三：依据步骤二计算得到的旋压模具直径设计制作旋压模具，然后对旋压毛坯件进行粗旋压，粗旋压的减薄率大于等于50％，然后进行退火或固溶处理，恢复旋压毛坯材料的塑性；步骤四：对步骤三得到的工件继续进行二次旋压；对于薄壁筒形件等径部分的旋压减薄率计算公式如下：式中，δ0——坯料厚度，δ——旋压圆筒薄壁筒段壁厚，ψmax——某热处理状态下的金属材料极限减薄率，ψ——某热处理状态下的金属材料断面收缩率，η——二次旋压减薄率；对于薄壁筒形件环形凸台位置的旋压减薄率计算公式如下：式中，δ0——坯料厚度，δ1——台阶部位壁厚，η台阶——环形凸台位置的材料减薄率；步骤五：对于步骤四中二次旋压完成的工件进行热处理，达到产品强度要求；步骤六：对步骤五热处理后的工件进行精加工，达到产品尺寸及精度要求，最后检验验收。本专利技术的进一步技术方案是：所述薄壁筒形件的材料为高合金超高强度马氏体时效钢时，步骤五中热处理使其强度达到1650MPa以上。本专利技术的进一步技术方案是：所述薄壁筒形件的材料为马氏体时效钢时，薄壁筒形件有千分之二到三的时效缩径，旋压模具直径尺寸在公式(1)计算基础上增加0.2～0.3mm。本专利技术的进一步技术方案是：所述薄壁筒形件的材料为低合金超高强度钢时，步骤五中热处理使其强度达到1400MPa以上。一种用于外带环形凸台的薄壁圆筒旋压工艺方法，其特征在于具体步骤如下：步骤一：设定旋压扩径量△δ，旋压扩径量是指直筒的内径和旋压模具的双边间隙；通过待加工直筒的内径选取旋压扩径量△δ，参考原则是：直筒内径φd≤100mm时，旋压扩径量△δ为0.10～0.20mm；直筒内径φd＞100～300mm时，旋压扩径量△δ为0.20～0.30mm；直筒内径φd＞300～1000mm时，旋压扩径量△δ为0.30～0.40mm；直筒内径φd＞1000～2000mm时，旋压扩径量△δ为0.40～0.60mm；步骤二：依据步骤一得到的旋压扩径量△δ设计旋压模具直径，计算公式如下：φD＝φd－△δ(1)φd＝(φdmax+φdmin)÷2(2)式中，φD——旋压模具直径，φd——旋压圆筒理论内径，△δ——圆筒旋压扩径量，φdmax——工件理论最大内径，φdmin——工件理论最小内径；步骤三：依据步骤二计算得到的旋压模具直径设计制作旋压模具，步骤四：对坯料进行调制处理，使得坯料的硬度达到HB20-23；步骤五：对步骤四调制后的坯料进行机加工，得到旋压毛坯；步骤六：采用步骤三的旋压模具对步骤四的旋压毛坯旋压加工1-2次；对于薄壁筒形件等径位置的旋压减薄率计算公式如下：式中，δ0——坯料厚度，δ——旋压圆筒薄壁筒段壁厚，ψmax——某热处理状态下的金属材料极限减薄率，ψ——某热处理状态下的金属材料断面收缩率，η——末道次旋压减薄率；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外带环形凸台的薄壁筒形件，其特征在于：所述薄壁筒形件为直筒结构，其外周面设置有环形凸台。/n

【技术特征摘要】
1.一种外带环形凸台的薄壁筒形件，其特征在于：所述薄壁筒形件为直筒结构，其外周面设置有环形凸台。


2.根据权利要求1所述外带环形凸台的薄壁筒形件，其特征在于：所述薄壁筒形件的材料为高合金超高强度马氏体时效钢或低合金超高强度钢。


3.一种用于权利要求1所述外带环形凸台的薄壁圆筒的旋压工艺方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：设定旋压扩径量△δ，旋压扩径量是指直筒的内径和旋压模具的双边间隙；
通过待加工直筒的内径选取旋压扩径量△δ，参考原则是：直筒内径φd≤100mm时，旋压扩径量△δ为0.10～0.20mm；直筒内径φd＞100～300mm时，旋压扩径量△δ为0.20～0.30mm；直筒内径φd＞300～1000mm时，旋压扩径量△δ为0.30～0.40mm；直筒内径φd＞1000～2000mm时，旋压扩径量△δ为0.40～0.60mm；
步骤二：依据步骤一得到的旋压扩径量△δ设计旋压模具直径φD，计算公式如下：
φD＝φd－△δ(1)
φd＝(φdmax+φdmin)÷2(2)
式中，φD——旋压模具直径，φd——旋压圆筒理论内径，△δ——圆筒旋压扩径量，φdmax——工件理论最大内径，φdmin——工件理论最小内径；
步骤三：依据步骤二计算得到的旋压模具直径设计制作旋压模具，然后对旋压毛坯件进行粗旋压，粗旋压的减薄率大于等于50％，然后进行退火或固溶处理，恢复旋压毛坯材料的塑性；
步骤四：对步骤三得到的工件继续进行二次旋压；
对于薄壁筒形件等径部分的旋压减薄率计算公式如下：



式中，δ0——坯料厚度，δ——旋压圆筒薄壁筒段壁厚，ψmax——某热处理状态下的金属材料极限减薄率，ψ——某热处理状态下的金属材料断面收缩率，η——二次旋压减薄率；
对于薄壁筒形件环形凸台位置的旋压减薄率计算公式如下：



式中，δ0——坯料厚度，δ1——台阶部位壁厚，η台阶——环形凸台位置的材料减薄率；
步骤五：对于步骤四中二次旋压完成的工件进行热处理，达到产品强度要求；
步骤六：对步骤五热处理后的工件进行精加工，达到产品尺寸及精度要求，最后检验验收。


4.根据权利要求3所述外带环形凸台的薄壁圆筒的旋压工艺方法，其特征在于：所述薄壁筒形件的材料为高合金超高强度马氏体时效钢时，步骤五中热处理使其强度达到1650MPa以上。

【专利技术属性】
技术研发人员：王北平，韩冬，仝伟，李俊峰，杨延涛，王兆楠，杨建锋，王军锋，
申请(专利权)人：西安航天动力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61