CN109465321A - 一种带环向内加强筋筒体的制造方法 - Google Patents
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Abstract
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种材料利用率高、生产效率高、产品质量好的带环向内加强筋筒体的制造方法，将坯料部分套装在芯模端部，驱动主轴转动并带动芯模、限位装置、坯料转动，在限位装置的阻挡与尾顶的轴向推动作用下，坯料的轴向长度变短，径向厚度增加，然后控制旋轮相对于坯料后端的端口处径向靠近并挤压坯料的端壁，在芯模端部环状凹槽的限位作用、尾顶的推力作用下，坯料后端的端口随旋轮径向进给而沿径向增厚填充并形成径向向内凸出的环向内加强筋，控制旋轮相对于初筒体轴向移动，当旋轮靠近至使筒体的壁厚达到预设值时，旋轮停止径向靠近并保持轴向移动以使筒体的壁厚均匀，从而得到带环向内加强筋的筒体。
Description
技术领域
本发明属于精确塑性加工技术领域，具体涉及一种带环向内加强筋筒体的制造方法。
背景技术
钛合金作为一种重要资源金属，价格较为昂贵，具有比强度高、使用温度范围宽(-269～600℃)、抗蚀性、无磁性、低阻尼和高低温性能好等特性，能够满足航空、航天、兵器等薄壁壳体零件的结构轻量化需求，随着国民经济持续快速发展，中国对钛合金的需求量更是以每年20％～30％的速度增加。
目前，一端带环向内筋钛合金薄壁筒体制造方法主要是“锻件整体机加”和“环向内筋段整体机加+薄壁筒段旋压”两种方法，存在工艺不足如下：1.利用“锻件整体机加”方法获得一端带环向内筋钛合金薄壁筒体零件的主要工艺缺点为：(a)加工时大量的钛材被掏空，材料利用率低；(b)对于薄壁长筒体零件，整体机加工艺难度较大，产品精度不易保证，加工周期也较长；(c)材料纤维流线被切断，抗疲劳冲击性能较弱。2.利用“环向内筋段整体机加+薄壁筒段旋压”方法获得一端带环向内筋钛合金薄壁筒体零件的主要工艺缺点为：(a)虽然“薄壁筒段旋压”能够实现对锻件长度的节约，但由于环向内筋的存在，无法实现对锻件厚度的节约，加工时仍有较多的钛材被掏空，材料利用率相对较低；(b)通过机加获得的环向内筋段，材料纤维流线被切断，自身未通过旋压强化，抗疲劳冲击性能较弱。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种材料利用率高、生产效率高、产品质量好的带环向内加强筋筒体的制造方法。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种带环向内加强筋筒体的制造方法一种带环向内加强筋筒体的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、将限位装置套接并固定在与主轴连接的芯模上，芯模端部设置与待制造筒体上的加强内筋形状适配的环状凹槽，将芯模进行预热并保持所述芯模的温度为500～550℃；
步骤2、将坯料部分套装在芯模端部，在坯料后端设置尾顶，在坯料侧面设置旋轮，旋轮可相对于坯料轴向或径向进给；
步骤3、驱动主轴转动并带动芯模、限位装置、坯料转动，加热坯料并使坯料温度保持在630～680℃范围内，推动尾顶相对于芯模轴向靠近，坯料的轴向长度变短，径向厚度增加，然后控制旋轮相对于坯料后端的端口处径向进给并挤压坯料，在芯模端部环状凹槽的限位作用、尾顶的推力作用下，坯料后端的端口随旋轮径向进给而沿径向增厚填充并形成径向向内凸出的环向内加强筋，从而得到带环向内加强筋的初筒体；
步骤4、控制限位装置沿模芯移动并远离初筒体，控制旋轮相对于初筒体轴向移动，初筒体在随芯模转动的同时沿芯模的外壁流动，初筒体的轴向长度变大，径向厚度减小；当旋轮靠近至使初筒体的壁厚达到预设值时，旋轮停止径向靠近并保持轴向移动以使初筒体的壁厚均匀，从而得到带环向内加强筋的筒体。
具体的，坯料为管材，通常直径在壁厚在6～12mm，长度在200～1000mm，内径与芯模外径预留有可以自由安装的间隙，通常为0.20mm～0.30mm；尾顶由设备油缸驱动，可以提供6t～10t的恒顶紧力；旋轮安装在设备旋轮轴上，可以绕旋轮轴随主轴作从动回转运动，也可以随旋轮轴作径向、轴向进给运动，本发明中主要是轴向进给运动，通常进给速度为100～300mm/min。
优化的，为了避免火焰加热时间过长造成芯模外表面氧化等缺陷，所述步骤1中采用中频感应加热线圈对芯模进行预热。
优化的，所述步骤1中芯模内部设置空心内腔，通过在空心内腔内填充加热介质以保持芯模温度为500～550℃；所述加热介质优选为烧红的木炭。
具体的，所述步骤2中采用火焰加热炬对坯料进行加热并使坯料温度保持在630～680℃范围内，可采用大口径火焰加热炬，设备两侧各2～3把，提高加热的均匀性，在步骤1的基础上，可在短时间内将坯体与芯模加热到630～680℃；整个制造过程中，坯料外表面始终采取火焰炬补热，与上述优化方式中在芯模的空心内腔填充烧红木炭加热保温结合，形成了等温旋压条件，有效降低了坯料内外表面温度梯度，改善坯料的合金塑性。
所述步骤3中加热坯料前在坯料表面涂覆石墨以防止坯料氧化。
所述限位装置为环状盘体，进一步的，限位装置通过伺服油缸固定或移动。
本发明的有益效果是：
1)材料利用率高：本发明通过“增厚填充+变薄增长”技术，有效节约了原材料(管材)长度及厚度，实现了环向内筋段和薄壁筒段的精确成形，需机械加工尺寸仅限于两端头长度，加工余量小，材料利用率高。
2)生产效率高：本发明在一台数控旋压机上即实现了整个零件精确成形，无二次找正装夹等中间环节，操作简单，生产工序大为简化，加工节拍快，生产效率高。
3)产品质量好：本发明获得的产品零件，材料纤维流线连续，经过增厚填充的环向内筋段和变薄增长的薄壁筒段，其组织和机械性能均得到改善，与传统工艺相比，产品质量大大提高。
附图说明
图1为步骤2、3示意图；
图2为步骤4示意图；
图3为实施例中制得的带环向内加强筋筒体的截面图；
其中，1为主轴，2为芯模，3为限位装置，4为坯料，5为尾顶，6为旋轮，7为筒体，71为环向内加强筋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本实施例提供一种如图3所示带环向内加强筋筒体7的制造方法，包括以下步骤：
步骤1、将环盘状的限位装置3套接并固定在与主轴1连接的芯模2上，限位装置3与伺服油缸连接，芯模2端部设置与待制造筒体上的加强内筋形状适配的环状凹槽，将芯模2进行预热并保持芯模2的温度为500～550℃；
步骤2、如图1所示，将坯料4部分套装在芯模2端部，在坯料4后端设置尾顶5，尾顶5与油缸连接并可在油缸的驱动下靠近或远离坯料4后端，在坯料4侧面设置旋轮6，旋轮6安装在设备旋轮轴上并可以绕旋轮轴随主轴1作从动回转运动，也可以随旋轮轴作径向、轴向进给运动；
步骤3、驱动主轴1转动并带动芯模2、限位装置3、坯料4转动，在坯料4表面涂覆石墨后采用火焰加热炬加热坯料4，使坯料4温度保持在630～680℃范围内，推动尾顶5相对于芯模2轴向靠近，坯料4的轴向长度变短，径向厚度增加，然后控制旋轮6相对于坯料4后端的端口处径向进给并挤压坯料4，在芯模2端部环状凹槽的限位作用、尾顶5的推力作用下，坯料4后端的端口随旋轮6径向进给而沿径向增厚填充并形成径向向内凸出的环向内加强筋71，从而得到带环向内加强筋71的初筒体；
步骤4、如图2所示，通过伺服油缸控制限位装置3沿模芯轴向移动并远离初筒体，控制旋轮6相对于初筒体轴向进给，初筒体在随芯模2转动的同时沿芯模2的外壁流动，初筒体的轴向长度变大，径向厚度减小以完成筒体的制造，从而得到带环向内加强筋71的筒体7；
本实施例中，芯模2内部设置空心内腔，步骤1中采用中频感应加热线圈对芯模2进行预热，通过在空心内腔内填烧红的木炭作为加热介质以保持芯模2温度为500～550℃；
本实施例中，步骤2中采用火焰加热炬对坯料4进行加热并使坯料4温度保持在630～680℃范围内。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将限位装置套接并固定在与主轴连接的芯模上，芯模端部设置与待制造筒体上的加强内筋形状适配的环状凹槽，将芯模进行预热并保持所述芯模的温度为500～550℃；
步骤2、将坯料部分套装在芯模端部，在坯料后端设置尾顶，在坯料侧面设置旋轮，旋轮可相对于坯料轴向或径向进给；
步骤3、驱动主轴转动并带动芯模、限位装置、坯料转动，加热坯料并使坯料温度保持在630～680℃范围内，推动尾顶相对于芯模轴向靠近，坯料的轴向长度变短，径向厚度增加，然后控制旋轮相对于坯料后端的端口处径向进给并挤压坯料，在芯模端部环状凹槽的限位作用、尾顶的推力作用下，坯料后端的端口随旋轮径向进给而沿径向增厚填充并形成径向向内凸出的环向内加强筋，从而得到带环向内加强筋的初筒体；
步骤4、通过伺服油缸控制限位装置沿模芯轴向移动并远离初筒体，控制旋轮相对于初筒体轴向进给，初筒体在随芯模转动的同时沿芯模的外壁流动，初筒体的轴向长度变大，径向厚度减小以完成筒体的制造，从而得到带环向内加强筋的筒体。
2.根据权利要求1所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述步骤1中采用中频感应加热线圈对芯模进行预热。
3.根据权利要求1或2所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述步骤1中芯模内部设置空心内腔，通过在空心内腔内填充加热介质以保持芯模温度为500～550℃。
4.根据权利要求3所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述加热介质为烧红的木炭。
5.根据权利要求1所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述步骤2中采用火焰加热炬对坯料进行加热并使坯料温度保持在630～680℃范围内。
6.根据权利要求1所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述步骤2中加热坯料前在坯料表面涂覆石墨。
7.根据权利要求1所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述限位装置为环状盘。
8.根据权利要求1所述的带环向内加强筋筒体的制造方法，其特征在于，所述限位装置通过伺服油缸固定或移动。
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