一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法技术

一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法，利用底端为半球形或外凸扁球形的圆柱杆状工具头压在管坯上，通过挤压管壁材料使之产生局部塑性变形。工具头上端与数控渐进成形机床主轴连接并绕自身轴线旋转，同时按程序预先设定轨迹在空间移动。工具头与管坯的进给运动有“层切法”和“联动法”两种轨迹控制方式。前者管坯处于静止的紧固状态，工具头的运动轨迹在竖直方向分解为层叠的多个水平环状路径，工具头依次逐层走完各个水平环状路径，直到成形完成；后者管坯呈水平状态夹持在固定于机床底座的同步旋转机构上，成形时，管坯绕自身轴线以一定的角速度旋转。本方法可成形传统冲压等塑性加工难以甚至无法得到的异形管件，且无需专用模具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于管类零件的加工制造领域，涉及一种异形管件的数控渐进无模成形方 法。
技术介绍
在车辆、航空航天、轻工以及石油化工等领域，大量将以薄壁金属管为主的管材进 行加工后得到的各种管类制件作为结构件、流体传导、吸能或热交换元件，应用十分广泛。 利用冲压等塑性成形方法制造这些管类制件，具有生产效率、成本与质量方面的巨大优势， 是管件制造的重要内容和发展方向。但由于管材具有中空的几何特性，其成形工艺和模具 与普通的板材成形有很大差别，实际上，传统的冲压方式一般难以直接应用到管件的成形 中。迄今为止，已开发了管材的冲裁、弯曲、胀形、旋压以及扩口、缩口等成形工艺，但实践中 现有工艺还存在成形精度不高以及成品率低等问题，特别是一些结构复杂或非对称形状的 异形管件(如中国专利93213223. 5提及的高效能强化型异形凹槽旋流传热管)，利用现有冲 压成形工艺很难甚至无法成形。这种情况严重制约了管件产品的设计以及产品质量与性能 的提高，研究和开发新的管件成形工艺以满足实践的需求，因而十分必要。渐进成形是二十世纪后期发展起来的一种数字化柔性制造技术，它采用“分层制 造”的思想，将复杂三维板金件的整体成形变为数控机床上利用通用的简单工具头按CAD 数模进行的逐层渐进成形。由于采用的是多道次逐渐成形，该方法比传统冲压方式更能利 用材料的变形能力，可用于成形变形程度大、形状复杂的板材零件，且不需要专用模具或仅 采用简单模具，特别适于航空航天、车辆以及一些民用产品的小批量板金件加工及新品研 制。但目前渐进成形主要用于金属板件的制造，在塑性成形方面的潜力和优势有待进一步 扩大。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供，以解 决现有塑性成形工艺不能满足实践中管件生产需要的不足。本专利技术解决上述技术问题的方案是在数控渐进成形机床上，将一圆柱杆状工具 头的上端连接在机床的主轴上，工具头的底端压在管坯上且形状为半球形或外凸扁球形， 通过工具头底端挤压管坯使管壁材料产生局部的塑性变形。成形时，工具头一方面在机床 主轴的带动下绕自身轴线不断旋转，另一方面根据需要成形的管件形状工具头在三维空间 中按照程序预先设定的轨迹运动，使管坯各部分依次逐渐产生塑性变形，并最终得到所需 管件的形状。根据管件的形状及其渐进成形的要求，成形过程中管坯可以是静止的紧固状态， 以及绕自身轴线以一定角速度旋转的状态。工具头与管坯的进给运动有两种轨迹控制方式(I)“层切法”。此方式下，工具头的运动与板料渐进成形常用的轨迹控制方式类似，即根据需要成形的管壁形状，在垂直方向将工具头的运动轨迹分解为层叠的多个水平环状路 径，工具头依次逐层走完所述水平环状路径，以工具头底端的运动轨迹所形成的包络面代 替模具的型面来逐渐完成零件的成形。成形过程中，管坯处于静止的紧固状态；(2)“联动法”。此方式下，渐进成形机床的底座上固定有一个同步旋转机构。成形前， 管坯呈水平状态夹持在所述同步旋转机构上。成形过程中，工具头在三维空间中按照程序 预先设定的轨迹运动，同时管坯在同步旋转机构带动下绕自身轴线以一定的角速度旋转。利用本专利技术可以成形的异形管件的形状包括沿管坯轴线方向管壁有呈直线和螺 旋线分布的凹槽，管端头为外扩口的形状、内缩口的形状以及外扩口与内缩口结合的形状， 管壁有外凸或内凹的环形槽，在管壁预制孔上形成外翻和内翻的翻孔形状，以及对上述形 状进行组合得到的形状。本专利技术提出的基于数控渐进成形的管类制件成形方法，可以生产传统冲压等塑性 成形工艺难以甚至无法得到的一些形状复杂的异形管件。同时，本专利技术属于一种柔性无模 制造方法，无需专用模具而只需调整相应的数控加工程序即可完成管件的成形，特别适合 一些多品种、小批量的异形管件的生产。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术利用底端为半球形的工具头成形沿管坯轴线方向管壁有呈螺旋线 分布凹槽的管件的示意图；图2是本专利技术成形的沿管坯轴线方向管壁有呈直线分布凹槽的管件示意图；图3、图4和图5是本专利技术成形的管端头有外扩口形状的管件示意图；图6、图7和图8是本专利技术成形的管端头具有内缩口形状的管件示意图；图9、图10和图11是本专利技术成形的管端头具有外扩口与内缩口结合形状的管件示意图；图12是本专利技术利用底端为外凸扁球形的工具头成形管壁有外凸环形槽的管件的示意图；图13是本专利技术成形的管壁有外凸环形槽与外扩口形状的管件示意图；图14是本专利技术成形的管壁有外凸环形槽与内缩口形状的管件示意图；图15是本专利技术成形的管壁有外凸和内凹环形槽组合形状的管件示意图；图16、图17是本专利技术成形的在管壁预制孔上形成外翻和内翻的翻孔形状的管件示意图。在图1至图17中1、工具头(底端为半球形)2、管件 3、工具头(底端为外凸扁球形)。具体实施方式下面以利用数控渐进成形方法实现沿管坯轴线方向管壁有呈直线和螺旋线分布 凹槽的管件，管端头具有外扩口形状、内缩口形状以及外扩口与内缩口结合形状的管件，管 壁有外凸和内凹环形槽的管件，以及在管壁预制孔上形成外翻和内翻的翻孔形状的管件的 成形为例，说明本专利技术的具体实施方式。本实施例所成形的管材外径D在5mnT500mm之间、壁厚t在O. 2mnTl0mm之间，相 对壁厚t/D小于O. 2。(I)沿管坯轴线方向管壁有呈直线和螺旋线分布凹槽的管件管坯成形前呈水平状态夹持在同步旋转机构上，同步旋转机构固定于数控渐进成形机 床的底座上。圆柱杆状工具头的上端与渐进成形机床主轴连接并在机床主轴的带动下绕自 身轴线旋转，同时按照程序预先设定的控制轨迹移动，工具头底端为半球形且压在管坯上， 通过挤压管壁材料使之依次产生塑性变形。工具头与管坯的进给运动采用“联动法”的轨迹控制方式。当成形沿管坯轴线方 向管壁有呈直线分布凹槽的管件时，管坯水平夹紧在同步旋转机构上并处于静止的紧固状 态，工具头底端移至管坯成形的起始位置(如凹槽与管坯端面的相交处)上，然后工具头沿 管坯轴线方向运动并成形第一个凹槽。该凹槽完成后，工具头沿管坯上方退出，然后管坯在 同步旋转机构带动下绕自身轴线旋转一定角度后停止并处于静止的紧固状态，工具头向下 移至起始位置并采用成形第一个凹槽的相同方式完成第二个凹槽的成形，依次重复直到完 成所有凹槽的成形。当成形沿管坯轴线方向管壁有呈螺旋线分布凹槽的管件时，管坯水平夹紧在同步 旋转机构上并处于静止状态，工具头底端移至管坯成形的起始位置上，然后工具头沿管坯 轴线方向运动，同时管坯在同步旋转机构带动下以一定角速度绕自身轴线旋转，通过工具 头与管坯运动的相互配合成形出第一个凹槽。该凹槽完成后，工具头沿管坯上方退出，然后 管坯在同步旋转机构带动下绕自身轴线旋转一定角度后停止，工具头移至起始位置并采用 成形第一个凹槽的相同方式完成第二个凹槽的成形，依次重复直到完成所有凹槽的成形。(2)管端具有外扩口、内缩口以及外扩口与内缩口结合形状的管件成形前，管坯待成形的一端竖直朝上并处于静止紧固状态。圆柱杆状工具头的上端与 渐进成形机床主轴连接，并在机床带动下一方面绕自身旋转，另一方面在三维空间中按照 程序预先设定的路径移动；工具头底端为半球形且压在管坯上，通过挤压管壁材料使之产 生局部的塑性变形。当成形管端具有外扩口形状的管件时，工具头底端从管坯内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法，其特征在于，在数控渐进成形机床上，将一圆柱杆状工具头的上端连接在机床的主轴上，工具头的底端压在管坯上且形状为半球形和外凸扁球形，通过工具头底端挤压管坯使管壁材料产生局部的塑性变形；成形时，工具头在机床主轴的带动下绕自身轴线不断旋转，同时在三维空间中按照程序预先设定的轨迹运动，使管坯各部分依次逐渐产生塑性变形。

【技术特征摘要】
1.一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法，其特征在于，在数控渐进成形机床上，将一圆柱杆状工具头的上端连接在机床的主轴上，工具头的底端压在管坯上且形状为半球形和外凸扁球形，通过工具头底端挤压管坯使管壁材料产生局部的塑性变形；成形时，工具头在机床主轴的带动下绕自身轴线不断旋转，同时在三维空间中按照程序预先设定的轨迹运动，使管坯各部分依次逐渐产生塑性变形。2.如权利要求1所述的一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法，其特征在于，成形过程中管坯是静止的紧固状态，以及绕自身轴线以一定角速度旋转的状态。3.如权利要求1所述的一种基于数控渐进成形的异形管件无模成形方法，其特征在于，工具头与管坯的进给运动有“层切法”和“联动法”两种轨迹控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：温彤，杨臣，陈霞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：