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CN116237411A - 非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及其设计方法 - Google Patents

非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及其设计方法 Download PDF

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CN116237411A
CN116237411A CN202310095477.1A CN202310095477A CN116237411A CN 116237411 A CN116237411 A CN 116237411A CN 202310095477 A CN202310095477 A CN 202310095477A CN 116237411 A CN116237411 A CN 116237411A
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CN
China
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shell
shaped
section special
circular section
forging
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Pending
Application number
CN202310095477.1A
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陈刚
常旭升
陈强
贾澎
綦育仕
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Harbin Institute of Technology Weihai
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Weihai
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Publication date
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Publication of CN116237411A publication Critical patent/CN116237411A/zh
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本申请提供非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及其设计方法,所述设计方法包括以下步骤:A1,基于非圆截面异型壳体的内壁的三维形状设计冲头的三维形状;A2,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状确定一组互相配合的锻辊的数量,所述锻辊的数量大于等于2,且各个锻辊的轴心共面;A 3,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状设计各个锻辊的加载曲面的形状,其中,所述加载曲面与接触平面的交线构成所述异型壳体成形装置的模口的外周线,所述冲头的外壁与接触平面的交线构成所述模口的内周线,所述接触平面为各个锻辊的轴心相交所成的平面。本申请的技术方案能够有效地提升非圆形截面异型壳体的辊模拔伸成形质量。

Description

非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及其设计方法
技术领域
本申请属于材料加工技术领域,进一步地,涉及金属材料拔伸成形技术,具体提供一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及其设计方法。
背景技术
拔伸成形等局部加载-连续成形方法是指在外力的作用下对坯料进行拉拔等操作,迫使金属等材料的坯料产生塑性变形,以获得成形产品的加工方法,是制造大尺寸带深孔壳体的主流技术。目前常规的拔伸成形方法由于模口固定,且壁部纵向拉应力过大,易导致成形过程中构件拉裂、拉断,因此只适用于具有圆形截面的直壁壳体的拔伸成形。
近年来,出现了利用辊模配合进行拔伸成形的工艺,采用辊模拔伸成形可通过一组辊轮将坯料与模具之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而大幅降低坯料变形过程中所受的纵向拉应力,因此适用于复杂截面形状及锥形件的成形,例如,辊模拉拔可用于方形截面、多角形截面等异型截面丝材成形;“辊挤”等工艺可用于大尺寸圆形截面锥形/直壁壳体的成形。
然而,将辊模拔伸工艺应用于非圆截面异型壳体的成形方面仍为空白,其难点在于:金属坯料在辊模拔伸成形过程中其壁部沿周向不同位置处变形量差异大,同时金属坯料的各个区域沿母线方向流动不同步,导致成形过程中容易出现拉裂、流线紊乱等缺陷。因此,需针对非圆截面异型壳体在辊模拔伸成形过程中存在的技术瓶颈,对现有设备及工艺方法进行改进。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题,本申请提供一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置及其设计方法,以及使用该装置的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,能够较好地实现具有非圆截面及锥形壁的异型壳体的辊模拔伸成形。
本申请实施例的第一方面提供一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置用于将壳状坯料拔伸成形为非圆截面异型壳体,包括以下步骤:
A1,基于非圆截面异型壳体的内壁的三维形状设计冲头的三维形状;
A2,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状确定一组互相配合的锻辊的数量,所述锻辊的数量大于等于2,且各个锻辊的轴心共面;
A3,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状设计各个锻辊的加载曲面的形状,其中,所述加载曲面与接触平面的交线构成非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的模口的外周线,所述冲头的外壁与接触平面的交线构成所述模口的内周线,所述接触平面为各个锻辊的轴心相交所成的平面。
优选地,所述接触平面垂直于所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的拔伸成形方向。
优选地,所述模口的内周线和/或所述模口的外周线随所述冲头的运动和/或各个所述锻辊的转动连续地发生改变。
优选地,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,还包括以下步骤:基于所述冲头的三维形状及各个所述锻辊的加载曲面的形状确定所述壳状坯料的形状参数。
进一步地,所述壳状坯料的形状参数包括以下参数中的至少一种:壳状坯料的外壁形状、内壁形状、壁厚、深径比。
优选地,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,还包括以下步骤:基于所述壳状坯料在拔伸成形过程中的纵向变形情况对所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或所述壳状坯料进行优化。
进一步地,对所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或所述壳状坯料进行优化,具体为:当所述壳状坯料的任一区域的纵向变形速度小于其他区域时,则缩小该区域的所述外周线和/或增加所述壳状坯料在该区域的壁厚;以及,当所述壳状坯料的任一区域的纵向变形速度大于其他区域时,则扩大该区域的所述外周线和/或减小所述壳状坯料在该区域的壁厚。
优选地,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,还包括以下步骤:设计转动配合单元、复位单元、固定单元、冲压单元及装卸料单元,其中,所述转动配合单元用于使各个所述锻辊协同地转动;所述复位单元用于使所述冲头及各个所述锻辊回复至初始位置;所述固定单元用于支撑各个所述锻辊;所述冲压单元用于带动所述冲头沿拔伸方向运动;所述装卸料单元用于装载所述壳状坯料以及卸下所述非圆截面异型壳体。
本申请实施例的第二方面提供一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,包括冲头、一组互相配合的锻辊、转动配合单元、复位单元、固定单元、冲压单元及卸料单元,其中,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置通过上述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法设计生成。
优选地,所述冲头及各个所述锻辊由耐高温模具钢加工制成。
优选地,所述壳状坯料及所述非圆截面异型壳体的材料为金属材料、合金材料、金属基复合材料中的至少一种。
本申请实施例的第三方面提供一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,使用上述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,将壳状坯料拔伸成形为非圆截面异型壳体,包括以下步骤:
步骤一,组装所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置并使各部分处于初始位置;
步骤二,将冲头、锻辊预热至300~400℃,在锻辊和冲头的工作面喷涂脱模剂;
步骤三,将壳状坯料预热至适合塑性加工的温度,随后将其转移并嵌套在冲头上;
步骤四,冲头向下带动壳状坯料运动,壳状坯料的外壁通过与锻辊的加载曲面接触产生的摩擦力带动锻辊发生旋转,通过模口处的内周线及外周线,使壳状坯料连续地发生局部塑性变形,直至壳状坯料完全通过加载面。
优选地,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,还包括以下步骤:
步骤五,冲头带动已拔伸成形的非圆截面异型壳体向上运动,启动卸料装置,使冲头和非圆截面异型壳体分离,随后使非圆截面异型壳体根据材料特点在所需条件下进行冷却;
步骤六,使互相配合的锻辊复位。
本申请的实施例提供的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺、装置及设计方法至少具有以下
有益效果:
本申请通过具有非圆截面的异型壳体的内壁、外壁形状设计一组协同转动的锻辊,以配合冲头实现对非圆截面异型壳体的局部加载-连续成形。其中基于异型壳体的非圆形截面的具体形状确定锻辊数量及合理分配每个锻辊的加载区域;
基于非圆截面异型壳体的外壁形态合理设计各个锻辊的加载曲面的形状尺寸,并通过对锻辊进行变径设计,实现对具有锥形壁的非圆截面异型壳体的拔伸成形;
针对非圆截面异型壳体辊模拔伸过程中坯料纵向流动不均匀的问题,通过优化辊模拔伸成形装置及预制的壳状坯料的形状参数,实现拔伸成形过程中对坯料局部塑性变形的主动调控,以实现非圆截面异型壳体不同周向位置处沿母线方向的近均匀流动。
附图说明
图1a为一种非圆截面异型壳体的立体视图;
图1b为图1a所示的非圆截面异型壳体的顶视图;
图1c为图1a所示的非圆截面异型壳体的A-A向剖视图;
图2为根据本申请实施例的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的装配示意图;
图3为根据本申请实施例的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法的流程图;
图4a为根据本申请实施例对非圆截面异型壳体进行切片的示意图;
图4b为基于图4a的切片得到的多个非圆截面异型壳体的内壁的切片示意图;
图5为根据本申请实施例的一组互相配合的锻辊的顶视图;
图6a为根据本申请实施例的一个变径的锻辊的立体视图;
图6b为图6a所示的锻辊的前视图;
图6c为图6a所示的锻辊的侧视图;
图7为根据本申请实施例的通过内周线与外周线形成模口的示意图;
图8为根据本申请实施例的拔伸成形过程中模口尺寸连续地发生变化的示意图;
图9为根据本申请实施例的对非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或壳状坯料进行优化的示意图。
具体实施方式
以下,基于优选的实施方式并参照附图对本申请进行进一步说明。
在本申请实施例中的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是本申请实施例的产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。本申请的描述中,为了区分不同的单元,本说明书上用了第一、第二等词汇,但这些不会受到制造的顺序限制,也不能理解为指示或暗示相对重要性,其在本申请的详细说明与权利要求书上,其名称可能会不同。
本说明书中词汇是为了说明本申请的实施例而使用的,但不是试图要限制本申请。还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接连接,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言,可以具体理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外,为了方便理解,说明书附图中放大或者缩小了图纸上的各种构件,但这种做法不是为了限制本申请的保护范围。
图1a至图1c分别示出了一种非圆截面异型壳体600的立体图、顶视图及侧面剖视图,该非圆截面异型壳体600具有非圆形的横截面,其制备材料为钢铁、钛合金、铝合金、钽合金、钨合金等多种金属材料,或以上述各种材料为基体的金属基复合材料。
该非圆截面异型壳体600的尺寸较大,且如图1a至图1c所示,该非圆截面异型壳体600具有较深的盲孔610,其壳壁630沿纵向呈上大下小的锥形,其壳壁自上向下延伸形成各条母线,且壳壁630的水平方向切面620呈非圆形的不规则多边形。
使用目前常规的辊模拔伸成形工艺进行上述非圆截面异型壳体600的拔伸成形较为困难,其原因在于:
目前常规的辊模拔伸成形工艺中,所使用的锻辊适用于圆形截面壳体的拔伸,其壳壁沿周向为规则的圆形,加载过程中各个部分受力较为均匀。然而,图1所示的非圆截面异型壳体600,在其拔伸成形过程中,在壳壁630沿周向的不同位置处(如多个折角位置)的变形量差异较大,因此在拔伸过程中,容易造成金属坯料的各个部分沿母线方向流动(形变)的不同步,进而导致拔伸过程中出现坯料出现拉裂、流线紊乱等缺陷,从而造成最终得到的非圆截面异型壳体600性能及品质的下降。
为此,需要对辊模拔伸成形装置的设计进行优化,以得到经过改进的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,利用改进后的装置进行非圆截面异型壳体600的辊模拔伸成形,能够保证在拔伸成形过程中坯料的各个部分持续地进行均匀变形,从而使最终得到的非圆截面异型壳体600不存在裂缝、无序流线等缺陷,有效地提升非圆截面异型壳体600的性能。
图2示出了在一些优选的实施例中,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的装配示意图。如图2所示,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置包括冲头100,一组互相配合的锻辊(包括第一锻辊210、第二锻辊220、第三锻辊230和第四锻辊240)、转动配合单元、复位单元400、固定单元。
进一步地,在图2所示出的实施例中,第一锻辊210、第二锻辊220、第三锻辊230、第四锻辊240分别绕各自的轴心211、221、231、241转动,且4个轴心211、221、231、241共面,其相交所成平面构成了该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的接触平面T。
进一步地,在图2所示出的实施例中,转动配合单元包括设置于各个锻辊的转轴两端的各个伞齿轮300,各个伞齿轮300互相啮合,用于使第一锻辊210、第二锻辊220、第三锻辊230和第四锻辊240互相协同地转动。
进一步地,固定单元通过轴承对各个锻辊的旋转轴进行固定,以保证各个锻辊在旋转过程中的支撑刚度。
进一步地,如图2所示,复位单元400包括互相配合的齿条410与齿轮420,齿轮420与第一锻辊210的旋转轴同轴地固定连接,齿条410在气缸的控制下沿径向运动,进而带动齿轮420及第一锻辊210转动,从而在每次成形前将各个锻辊协同地复位。
进一步地,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置还包括冲压单元及装卸料单元(图中未示出),具体地,冲压单元可以为液压设备等为冲头100提供加载力的设备;装卸料单元可以由互相配合的机械臂、夹具、限位模块等本领域技术人员熟知的装备构成,通过气动或液压设备提供动力,以实现壳状坯料500的装载动作及非圆截面异型壳体600的卸载动作。
参见图2所示,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置对壳状坯料500进行辊模拔伸成形的过程中,冲头100在冲压单元的带动下,嵌入壳状坯料500,并带动壳状坯料500沿拔伸成形方向(图中黑色箭头所示)咬入各个锻辊,进而利用壳状坯料500与冲头100和各个锻辊的摩擦力带动锻辊被动旋转,壳状坯料500在冲头100及各个锻辊的加载曲面的共同作用下发生局部塑性变形,其侧壁在变形过程中沿壁厚方向减薄、沿母线方向伸长,从而完成整个拔伸成形过程,并得到非圆截面异型壳体600。
在本申请的实施例中,冲头100及各个锻辊由耐高温模具钢加工制成。壳状坯料500及非圆截面异型壳体600的材料可以是钢铁等金属材料,或钛合金、铝合金、钽合金、钨合金等合金材料,或以上材料为基体的金属基复合材料。
图2仅为对本申请的一些实施例提供的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的示意性说明,应该知晓,在具体实施过程中,可以根据需要制造的非圆截面异型壳体的具体形状,所使用的坯料的材料性能等适应性地进行非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计。以下结合附图及具体实施方式对本申请提供的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法进行详细说明。
图3示出了根据本申请的一些实施例提供的一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法的流程图,用于设计非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,如图3所示,该设计方法包括以下步骤:
A1,基于非圆截面异型壳体的内壁的三维形状设计冲头的三维形状;
A2,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状确定一组互相配合的锻辊的数量,所述锻辊的数量大于等于2,且各个锻辊的轴心共面;
A3,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状设计各个锻辊的加载曲面的形状,其中,所述加载曲面与接触平面的交线构成非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的模口的外周线,所述冲头的外壁与接触平面的交线构成所述模口的内周线,所述接触平面为各个锻辊的轴心相交所成的平面。
其中,步骤A1用于设计生成冲头100的三维形状。具体地,在本申请的实施例中,可以利用现有的各种三维建模方式实施步骤A1。例如,可以在完成非圆截面异型壳体600的三维数字模型的设计后,通过布尔运算操作生成冲头100的三维数字模型;也可以对非圆截面异型壳体600的实体进行三维扫描以获取其内壁的三维点云集合,并进一步通过曲面建模手段生成内壁的三维数字模型后,基于内壁的三维形状确定冲头100的三维形状。又如,可以首先沿拔伸成形方向对非圆截面异型壳体600进行切片(如图4a所示),以得到多个非圆截面异型壳体600的内壁的二维切片b~h(如图4b所示),然后利用上述多个二维切片,通过曲面拟合技术,即可得到冲头100的三维形状。
此外,在一些具体的实施例中,还可以进一步在冲头100的上端设置与冲压单元接触的圆形接触部,以实现冲头100与冲压单元的良好接触。
步骤A2及A3用于设计一组互相配合的锻辊,各个锻辊分别用于对壳状坯料500的外壁的不同部分施加压力,配合冲头100实现对壳状坯料500的各个部分的挤压,使壳状坯料500沿横截面的周向延展减薄,并随着锻辊的转动和冲头100的下压使壳状坯料500沿母线方向流动。
如图1b所示,由于非圆截面异型壳体600具有非圆形的横截面,因此在进行拔伸成形的过程中,壳状坯料500沿横截面周向的不同位置处(特别是出现折角的位置)的受力情况明显较圆形截面的壳体复杂,为此,在本申请的实施例中,首先通过步骤A2确定锻辊的数量,以实现对不同加载区域的优化,进一步通过步骤A3,基于非圆截面异型壳体600的外壁的三维形状,分别确定各个锻辊的加载曲面的形状。
具体地,图5示出了在一些实施例中,一组互相配合的锻辊的顶视图,图5中共包括4个锻辊(第一锻辊210、第二锻辊220、第三锻辊230、第四锻辊240),上述4个锻辊将壳状坯料500的外壁分割为4个加载区域。在本申请的其他实施例中,技术人员可以根据需要拔伸成形的非圆截面异型壳体的具体形状及尺寸,确定互相配合的锻辊的数量以及对壳状坯料500的外壁进行加载的区域的具体分割方案。
同时,如前文所述,各个锻辊的轴心211、221、231及241共面,其相交得到的平面构成该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的接触平面T,壳状坯料500的内壁、外壁均在该平面上与冲头100及各个锻辊发生接触。显然,在优选的实时例中,应使拔伸成形方向垂直于接触平面T,以使各个锻辊转动的轴心均垂直于冲头100的运动方向,从而保证各个锻辊的流畅转动。
图6a至图6c示出了图5中第一锻辊210各个视角的示意图,如图6a至图c所示,第一锻辊210具有连续的加载曲面212,该加载曲面根据旋转方向(图6c中黑色箭头所示)具有起点212A及终点212B。显然,该加载曲面的三维形状应基于非圆截面异型壳体600的外壁的三维形状确定。具体地,可以仿照冲头100的设计过程,通过非圆截面异型壳体600的外壁的多个切片的形状,结合各个锻辊与非圆截面异型壳体600的相对位置,将上述多个切片分割,并分别将分割后得到的线条按照对应锻辊的旋转方向进行三维旋转及平移,再通过空间曲面拟合操作形成锻辊的加载曲面。
在一些具体的实施例中,如图1c所示,需要拔伸成形的非圆截面异型壳体600的壳壁呈上大下小的锥形壁的形态,显然,在这种情况下,锻辊210的加载曲面212相对于轴心的距离将发生连续地变化,例如,图6c所示的锻辊210经过I-I向剖切后,其剖切面上的起点212A及终点212B与轴心的距离分别为ra、rb,且ra>rb,且随着锻辊的旋转,其加载曲面逐渐扩大。
图7示出了在一些实施例中,非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的一个具体的模口的示意图,如图7所示,模口由外周线20及内周线10围成,其中,外周线20由各个锻辊的加载曲面与接触平面T的交线构成,内周线10由冲头100的外壁与接触平面T的交线构成所。显然,根据各个锻辊的数量及加载曲面的具体形状,外周线20可以由多条曲线组成。此外,为容纳拔伸成形过程中坯料各部分塑性变形所产生的多余材料,如图7所示,各个锻辊之间具有间距L,且设置有三角型槽以容纳挤出的多余材料。
模口代表了在接触平面T上,冲头100与各个锻辊分别与壳状坯料500发生接触的交线,显然,当需要拔伸成形具有锥形壁的非圆截面异型壳体600时,内周线10和/或外周线20随着冲头100的运动(沿图8中黑色箭头所示的拔伸成形方向)和/或各个锻辊的转动连续地发生改变,并使得模口的形状如图8所示发生连续地变化。
在本申请的一些优选的实施例中,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法还包括以下步骤:基于冲头100的三维形状及各个锻辊的加载曲面的形状确定壳状坯料500的形状参数。其中,壳状坯料500的形状参数包括以下参数中的至少一种:壳状坯料500的外壁形状、内壁形状、壁厚、深径比。根据冲头100及各个锻辊的形态通过挤压、切削、冲孔等工艺预先加工得到具有小深径比的通孔或盲孔的壳状坯料500,可以显著地提高拔伸成形过程中坯料各个部分塑性变形的均匀程度,有效地提升成形后的非圆截面异型壳体600的性能及产品品质。
在本申请的一些优选的实施例中,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法还包括以下步骤:基于壳状坯料500在拔伸成形过程中的纵向变形情况对非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或壳状坯料500进行优化。
上述优化步骤具体为,当壳状坯料500的任一区域的纵向变形速度小于其他区域时,则缩小该区域的外周线20和/或增加壳状坯料500在该区域的壁厚;以及,当壳状坯料500的任一区域的纵向变形速度大于其他区域时,则扩大该区域的外周线20和/或减小壳状坯料500在该区域的壁厚。
图9示出了在本申请的一些优选的实施例中,对非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或壳状坯料500进行优化的原理示意图,图中上半部分代表未进行优化的情况,下半部分代表优化的情况。
如图9上半部分所示,虽然非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的冲头及各个锻辊基于非圆截面异型壳体的内壁及外壁形状确定,使得内周线及外周线的形状与非圆截面异型壳体的内、外壁在接触平面上的交线保持一致,然而在实际拔伸成形过程中,由于需要使坯料沿非圆形的周向进行延展以及沿母线进行流动,因此在不同区域,坯料发生的塑性变形情况并不均匀,特别是在发生弯折的区域(如区域B与区域C交界处),可能出现坯料在不同位置沿母线流速差异大的现象,使得坯料在该区域拔伸后变得易拉裂,拉断,或形成紊乱的流线。
上述问题的出现是由于非圆截面异型壳体特殊的横截面形状所导致的,因此,需要针对壳状坯料500的各个部分在拔伸成形过程中不同的变形情况进行优化。
具体地,可以通过现有的各类仿真软件对壳状坯料500的拔伸成形过程进行仿真,以得到各个部分沿母线的流动速度(或纵向变形速度),如果壳状坯料500的某一个区域的纵向变形速度小于其他区域时,可以如图9下半部分所示,缩小该区域的外周线,以使得重新设计后的锻辊的加载曲面在该区域变得更加靠近冲头100,从而提高壳状坯料500在该区域的变形量,并加快其在该区域的流动速度。此外,也可以增加壳状坯料500在该区域的壁厚以得到优化后的壳状坯料500,同样能够加快壳状坯料500在该区域的流动速度。
如果壳状坯料500的某一个区域的纵向变形速度大于其他区域时,则可以扩大该区域的外周线,以使得重新设计后的锻辊的加载曲面在该区域变得更加远离冲头100,从而降低壳状坯料500在该区域的变形量,并减慢其在该区域的流动速度。此外,也可以减小壳状坯料500在该区域的壁厚以得到优化后的壳状坯料500,同样能够减慢壳状坯料500在该区域的流动速度。
在本申请的一些优选的实施例中,该非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,还包括以下步骤:设计转动配合单元、复位单元、固定单元、冲压单元及装卸料单元。上述各个单元的作用已在对非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的说明中进行了详细介绍,其设计的具体实施步骤均为本领域技术人员所知晓,在此不再赘述。
本申请的实施例还提供了一种使用上述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,具体地,该工艺包括以下步骤:
步骤一,组装所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置并使各部分处于初始位置;
步骤二,将冲头、锻辊预热至300~400℃,在锻辊和冲头的工作面喷涂脱模剂;
步骤三,将壳状坯料预热至适合塑性加工的温度,随后将其转移并嵌套在冲头上;
步骤四,冲头向下带动壳状坯料运动,壳状坯料的外壁通过与锻辊的加载曲面接触产生的摩擦力带动锻辊发生旋转,通过模口处的内周线及外周线,使壳状坯料连续地发生局部塑性变形,直至壳状坯料完全通过加载面。
在一些优选的实施例中,该工艺还包括以下步骤:
步骤五,冲头带动已拔伸成形的非圆截面异型壳体向上运动,启动卸料装置,使冲头和非圆截面异型壳体分离,随后使非圆截面异型壳体根据材料特点在所需条件下进行冷却;
步骤六,使互相配合的锻辊复位。
以上对本申请的具体实施方式作了详细介绍,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对本申请进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也属于本申请权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置用于将壳状坯料拔伸成形为非圆截面异型壳体,其特征在于,包括以下步骤:
A1,基于非圆截面异型壳体的内壁的三维形状设计冲头的三维形状;
A2,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状确定一组互相配合的锻辊的数量,所述锻辊的数量大于等于2,且各个锻辊的轴心共面;
A3,基于非圆截面异型壳体的外壁的三维形状设计各个锻辊的加载曲面的形状,其中,所述加载曲面与接触平面的交线构成非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的模口的外周线,所述冲头的外壁与接触平面的交线构成所述模口的内周线,所述接触平面为各个锻辊的轴心相交所成的平面。
2.根据权利要求1所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于:
所述接触平面垂直于所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的拔伸成形方向。
3.根据权利要求1所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于:
所述模口的内周线和/或所述模口的外周线随所述冲头的运动和/或各个所述锻辊的转动连续地发生改变。
4.根据权利要求1所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于,还包括以下步骤:
基于所述冲头的三维形状及各个所述锻辊的加载曲面的形状确定所述壳状坯料的形状参数。
5.根据权利要求4所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于,所述壳状坯料的形状参数包括以下参数中的至少一种:
壳状坯料的外壁形状、内壁形状、壁厚、深径比。
6.根据权利要求1所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于,还包括以下步骤:
基于所述壳状坯料在拔伸成形过程中的纵向变形情况对所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或所述壳状坯料进行优化。
7.根据权利要求6所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于,对所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置和/或所述壳状坯料进行优化,具体为:
当所述壳状坯料的任一区域的纵向变形速度小于其他区域时,则缩小该区域的所述外周线和/或增加所述壳状坯料在该区域的壁厚;
以及,
当所述壳状坯料的任一区域的纵向变形速度大于其他区域时,则扩大该区域的所述外周线和/或减小所述壳状坯料在该区域的壁厚。
8.根据权利要求1所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法,其特征在于,还包括以下步骤:
设计转动配合单元、复位单元、固定单元、冲压单元及装卸料单元,其中,
所述转动配合单元用于使各个所述锻辊协同地转动;
所述复位单元用于使所述冲头及各个所述锻辊回复至初始位置;
所述固定单元用于支撑各个所述锻辊;
所述冲压单元用于带动所述冲头沿拔伸方向运动;
所述装卸料单元用于装载所述壳状坯料以及卸下所述非圆截面异型壳体。
9.一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,包括冲头、一组互相配合的锻辊、转动配合单元、复位单元、固定单元、冲压单元及装卸料单元,其特征在于:
所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置通过如权利要求1至8中任一项所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置的设计方法设计生成。
10.根据权利要求9所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,其特征在于:
所述冲头及各个所述锻辊由耐高温模具钢加工制成。
11.根据权利要求9所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,其特征在于:
所述壳状坯料及所述非圆截面异型壳体的材料为金属材料、合金材料、金属基复合材料中的至少一种。
12.一种非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,使用如权利要求9所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置,将壳状坯料拔伸成形为非圆截面异型壳体,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,组装所述非圆截面异型壳体辊模拔伸成形装置并使各部分处于初始位置;
步骤二,将冲头、锻辊预热至300~400℃,在锻辊和冲头的工作面喷涂脱模剂;
步骤三,将壳状坯料预热至适合塑性加工的温度,随后将其转移并嵌套在冲头上;
步骤四,冲头向下带动壳状坯料运动,壳状坯料的外壁通过与锻辊的加载曲面接触产生的摩擦力带动锻辊发生旋转,通过模口处的内周线及外周线,使壳状坯料连续地发生局部塑性变形,直至壳状坯料完全通过加载面。
13.根据权利要求12所述的非圆截面异型壳体辊模拔伸成形工艺,其特征在于,还包括以下步骤:
步骤五,冲头带动已拔伸成形的非圆截面异型壳体向上运动,启动卸料装置,使冲头和非圆截面异型壳体分离,随后使非圆截面异型壳体根据材料特点在所需条件下进行冷却;
步骤六,使互相配合的锻辊复位。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117443961A (zh) * 2023-09-25 2024-01-26 合肥工业大学 一种用于方形壳体的拉拔滚压模具组件

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