金属筒形件的内筋填充装置、填充能力评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种金属筒形件的内筋填充装置、填充能力评价方法，包括：金属芯模、筒坯、旋轮、螺栓、夹紧环和基座；所述金属芯模紧固于旋压机上；所述筒坯套装在金属芯模上；所述旋轮安装在筒坯外表面上，对应金属芯模的筋槽位置；所述夹紧环通过螺栓与筒坯预紧固定；所述基座通过螺栓与旋压机的机床主轴连接。本发明专利技术通过对金属芯模模具上设计关于圆心对称的不同内筋截面宽度的多条筋槽，在旋压过程中，工艺压下量不断递增至筒坯壁板断裂，从而可以在单道次旋压中获得带内筋薄壁筒形件多个内筋截面宽度的填充能力的实验数据，减少了实验次数，节省了成本。节省了成本。节省了成本。

【技术实现步骤摘要】
金属筒形件的内筋填充装置、填充能力评价方法


[0001]本专利技术涉及金属塑性加工
，具体地，涉及一种金属筒形件的内筋填充装置、填充能力评价方法。

技术介绍

[0002]带内筋薄壁筒体结构是运载箭体燃料贮箱的主体结构。基于新一代运载火箭服役性能极端化的设计需求和结构轻量化的发展方向，亟需发展先进的整体化结构取代传统拼焊结构，提高燃料贮箱承载性能，降低制造成本，推进航天装备结构轻量化发展进程。
[0003]流动旋压成形工艺被开始被用于带内筋薄壁铝合金筒体整体化工程制造。筒体内筋旋压填充性能是工程应用中被关心的问题。在流动旋压加工中，内筋填充性能包括内筋填充高度、外表面凹陷度、内筋截面填充度，这些与内筋截面宽度、工艺压下量、材料塑性等因素息息相关。同时，内筋填充极限高度是指在流动旋压过程中金属不发生破裂的前提下所能被压制内筋的最大高度，是带内筋薄壁筒体的可旋性评价指标。上述填充性能三种指标和可旋性指标是评价带内筋薄壁筒体旋压性能的重要组成部分。在现有强力旋压过程中，主要采用卡尔巴克赛格路提出的筒形件可旋性试验的方法，主要用于评价无筋筒坯材料极限变薄率。具体方法如下：将壁厚为t0的带底毛坯套在圆柱形芯模上，并由尾座顶紧以防止毛坯和芯模发生相对滑动，当毛坯与芯模随同主轴转动后，使具有接触角α
ρ
和圆角半径r
ρ
的旋轮以进给速度v
f
并与芯模母线成很小的角运动轨迹进给，从而把毛坯壁厚从t0变薄到t
f
，从而可以获得壁厚的极限变薄率。
[0004]现有技术中，已有针对于无筋筒形件的可旋性试验方法，这种试验方法可以获得在无破裂情况下单道次中的筒坯材料极限变薄率。然而，该试验方法未考虑带内筋薄壁筒体可旋性评价参数，无法用于带内筋薄壁筒体内筋填充性能和填充极限高度等性能参数的试验评估研究。
[0005]专利文献CN112404180A(申请号：CN202011346706.5)公开了一种旋平装置，包括底座、旋平架、推弯装置、推平装置、芯模；旋平架设于底座上方，推弯装置和推平装置均可水平移动设置在旋平架的下部，推弯装置和推平装置分别设于芯模的左右两侧方。一种轮毂筒坯的制造方法，包括以下步骤：将长方形的平板卷圆，形成筒形件；对筒形件的对口焊接使对口闭合，通过冲压机冲压筒形件，筒形件被冲压成碗形件；对碗形件进行旋压使碗形件的收缩端贴在芯模的表面。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种金属筒形件的内筋填充装置、填充能力评价方法。
[0007]根据本专利技术提供的金属筒形件的内筋填充装置，包括：金属芯模、筒坯、旋轮、螺栓、夹紧环和基座；
[0008]所述金属芯模紧固于旋压机上；
[0009]所述筒坯套装在金属芯模上；
[0010]所述旋轮安装在筒坯外表面上，对应金属芯模的筋槽位置；
[0011]所述夹紧环通过螺栓与筒坯预紧固定；
[0012]所述基座通过螺栓与旋压机的机床主轴连接。
[0013]优选的，所述旋轮的数量为3个，且沿筒坯周向等距分布；
[0014]采用反向强力旋压方式，旋轮的运动轨迹为初始与筒坯接触点到筒坯旋压破裂时的接触点，所述旋轮与筒坯的倾斜角范围为2
°
～4
°
。
[0015]根据本专利技术提供的金属筒形件的内筋填充能力评价方法，包括如下步骤：
[0016]步骤S1：在外径为D的金属芯模上加工出内筋截面宽度为W
i
、截面高度为H
i
的筋槽，宽度W
i
大于截面高度H
i
；
[0017]步骤S2：取内径为D的筒形件作为筒坯；
[0018]步骤S3：将金属芯模紧固于旋压机上，并将筒坯套装到金属芯模上，使用三旋轮工艺对筒坯进行反向旋压，直至筒坯发生破裂为止；
[0019]步骤S4：将旋压后的带筋金属筒形件取出，沿轴线方向进行半剖，然后使用三坐标扫描仪器对半剖零件内、外表面进行扫描，获得旋压后带筋金属筒形件云图数据；
[0020]步骤S5：将得到的旋压后带筋金属筒形件云图数据进行几何重构处理，得到带内筋筒体的内筋截面宽度与内筋填充极限高度的图形，并根据重构后的图形对内筋填充能力进行评价。
[0021]优选的，所述筋槽具有肩部圆角和拔模角度，相同内筋截面宽度的筋槽对称分布，相邻筋槽的内筋截面宽度不相同，用以测量单道次旋压中不同内筋截面宽度条件下的内筋填充能力。
[0022]优选的，扫描云图数据包括所有旋轮在内、外表面的运动轨迹。
[0023]优选的，从几何重构后的图形中提取参数，对外表面凹陷度β进行评价，表达式为：
[0024][0025]其中：R1为筒形件外壁凹陷的曲率半径、R2为无筋区域的外表面曲率半径，外表面凹陷度越低，表明内筋填充能力越好。
[0026]优选的，计算引入凹陷度的在濒临断裂位置的内筋填充高度，作为内筋填充极限高度和筋高成形的评价指标，表达式为：
[0027][0028]其中：t1为内筋位置左侧壁板厚、t2为筒形件外壁的高度、t3为内筋位置右侧壁板厚、R2为无筋区域的外表面曲率半径，引入凹陷度的在濒临断裂位置的内筋填充高度越高，表明内筋填充能力越好。
[0029]优选的，计算内筋截面饱满度，作为内筋填充能力评价指标，表达式为：
[0030][0031]其中：S1为内筋横截面积、S为理论横截面积，内筋截面饱满度越大，表明内筋填充能力越好。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0033](1)本专利技术可建立带内筋薄壁筒形件内筋填充性能，包括内筋填充极限高度、给定内筋截面宽度条件下工艺压下量与内筋填充高度、外表面凹陷度、内筋截面填充度的关系，对带筋筒形件整体化制造的结构设计和工艺设计有重要的意义；
[0034](2)本专利技术通过对金属芯模模具上设计关于圆心对称的不同内筋截面宽度的多条筋槽，在旋压过程中，工艺压下量不断递增至筒坯壁板断裂，从而可以在单道次旋压中获得带内筋薄壁筒形件多个内筋截面宽度的填充能力的实验数据，减少了实验次数，节省了成本。
附图说明
[0035]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0036]图1为本专利技术芯模与筒坯装配结构示意图；
[0037]图2为本专利技术的筋槽放大图；
[0038]图3为本专利技术筒坯尺寸示意图；
[0039]图4为本专利技术旋压后筒形件几何重构内筋界面示意图；
[0040]图中：1
‑
金属芯模；2
‑
筒坯；3
‑
旋轮；4
‑
螺栓；5
‑
夹紧环；6
‑
基座。
具体实施方式
[0041]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属筒形件的内筋填充装置，其特征在于，包括：金属芯模(1)、筒坯(2)、旋轮(3)、螺栓(4)、夹紧环(5)和基座(6)；所述金属芯模(1)紧固于旋压机上；所述筒坯(2)套装在金属芯模(1)上；所述旋轮(3)安装在筒坯(2)外表面上，对应金属芯模(1)的筋槽位置；所述夹紧环(5)通过螺栓(4)与筒坯(2)预紧固定；所述基座(6)通过螺栓(4)与旋压机的机床主轴连接。2.根据权利要求1所述的金属筒形件的内筋填充装置，其特征在于，所述旋轮(3)的数量为3个，且沿筒坯(2)周向等距分布；采用反向强力旋压方式，旋轮(3)的运动轨迹为初始与筒坯(2)接触点到筒坯(2)旋压破裂时的接触点，所述旋轮(3)与筒坯(2)的倾斜角范围为2
°
～4
°
。3.一种金属筒形件的内筋填充能力评价方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的金属筒形件的内筋填充装置，包括如下步骤：步骤S1：在外径为D的金属芯模(1)上加工出内筋截面宽度为W
i
、截面高度为H
i
的筋槽，宽度W
i
大于截面高度H
i
；步骤S2：取内径为D的筒形件作为筒坯(2)；步骤S3：将金属芯模(1)紧固于旋压机上，并将筒坯(2)套装到金属芯模(1)上，使用三旋轮(3)工艺对筒坯(2)进行反向旋压，直至筒坯(2)发生破裂为止；步骤S4：将旋压后的带筋金属筒形件取出，沿轴线方向进行半剖，然后使用三坐标扫描仪器对半剖零件内、外表面进行扫描，获得旋压后带...

【专利技术属性】
技术研发人员：于忠奇，冉津宁，赵亦希，孟烨晖，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：