一种高强度高精度小锥角零件制造方法与流程

本发明涉及精确塑性加工技术领域，尤其涉及一种高强度高精度小锥角零件制造方法。

背景技术：

小锥角零件是机械制造中的一种常见零件，随着科学技术的发展其应用日益广泛，涉及航空、航天、压力容器等诸多应用领域。

目前，小锥角零件的加工制造大多是卷焊或锻环机加的工艺方法完成，其主要工艺不足如下：(a)产品强度低：产品强度与母材相近，整体强度相对较低，尤其是焊缝处强度削弱较为严重，往往不足母材的90％；(b)尺寸精度低：对于长锥类零件，锻环机加产品的壁厚公差较大，往往超过0.2mm；卷焊产品的壁厚将引入板材壁厚偏差，此外，由于焊缝处存在焊接应力和焊接变形，产品圆度等较差，一致性也不好；(c)工序较多，生产效率较低；(d)产品使用风险隐患高：对于卷焊零件，焊缝检测较为繁琐，往往成为后续测试及使用的潜在风险隐患。

对于锥形零件，目前主要是采用板坯剪切旋压的工艺方法获得，但对于锥角不足15°的小锥角零件，由于传统板坯剪切旋压过程中的起皮、破裂等风险极高，存在技术瓶颈。因此，本发明将解决采用旋压工艺获得高强高精小锥角零件的核心技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种高强度高精度小锥角零件制造方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种高强度高精度小锥角零件制造方法，包括以下步骤：

1)采用机械加工方法获得坯料；

2)采用冷旋压工艺方法完成高强高精小锥角零件成形；

3)依据图纸要求，完成后续机械加工，即得产品。

上述步骤1)中，坯料热处理状态是厂家可以直接供货状态，如O态、退火态等，无需再行热处理，节约了大量生产成本和周期；

上述步骤2)中，加工获得的零件强度高、精度好，一般强度可以达到母材的150％～200％，精度以直径零件为例，壁厚公差可以控制在0.1mm以内，圆度公差可以控制在0.4mm以内等等；此外，采用冷旋压工艺方法一次成形，整个过程无需加热等，所需模具仅一套，生产效率高，制造成本低；

上述步骤3)中，机械加工主要是针对锥形零件端头余料等，加工难度极低，效率极高

作为优选的技术方案：步骤1)中，所述坯料的壁厚为产品壁厚的2～3倍，坯料长度为产品的1/3～1/2；进一步降低了机械加工的难度、成本及周期。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)产品质量好：产品强度高、成形精度好，产品一致性好，成形后零件的组织和机械性能得到改善，抗拉强度从315MPa提升至415MPa以上，与传统工艺相比，产品质量大大提高；

2)生产效率高：本发明坯料制备方法简易，采用冷旋压工艺一次成形获得小锥角零件，操作简单，生产工序大为简化，旋压加工节拍快，生产效率高了50％以上；

3)绿色环保：本发明使用冷加工方式获得小锥角零件，相比传统锻环机加材料利用率提高了约40％、克服了卷焊过程气体对人体的伤害风险等缺点，同时也节约了大量能源。

附图说明

图1为本发明实施例的小锥角零件示意图；

图2为本发明实施例的小锥角零件坯料示意图；

图3为本发明实施例的小锥角零件旋压成形示意图；

图4为本发明实施例的小锥角零件旋压芯轴示意图；

图5为本发明实施例的小锥角零件旋轮示意图；

图6为本发明实施例的小锥角零件尾顶盘示意图；

图7为本发明实施例的小锥角零件退料盘示意图。

图3中：1、旋压芯轴；2、旋轮；3、尾顶盘；4、退料盘；5、坯料。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例以某小锥角零件制造方法为例，详细阐述采用旋压工艺获得该类零件的核心技术问题。本实施例目标产品材质为5A06，结构尺寸如图1所示，其中壁厚要求δ＝2.5±0.05mm，强度要求σs≥309Mpa、σb≥417MPa。总体而言，产品精度要求较高，产品强度也远高于母材抗拉强度315Mpa这一指标。

本实施例确定的加工方案为“机械加工(锻坯)-旋压-机械加工(成品)”。其中，采购的锻坯供货状态为5A06-O，原材料标准按GJB2351-1995执行。

对锻坯机械加工后，获得旋压前坯料如图2所示，该坯料的设计过程为：1)首先，依据冷加工强化规律及经验数据，确定总体减薄率约45％，进而求得坯料壁厚2)其次，依据剪切旋压正弦律，求得锥角最终，依据塑性变形体积不变规律，求得坯料净长度L＝595mm，考虑机加余量取Lˊ＝630mm；

本实施例小锥角零件旋压成形模具关键部件及结构如图3所示，包括旋压芯轴1(其结构如图4)、旋轮2(其结构如图5)、尾顶盘3(其结构如图6)、退料盘4(其结构如图7)。其中，旋压芯轴1通过主轴法兰盘与设备主轴连接，旋轮2通过旋轮轴与旋轮座连接，尾顶盘3通过尾顶安装套与设备尾顶连接，退料盘4与设备退料油缸连接。本实施例使用的设备为CZX1500/2CNC数控旋压机，设备采用西门子840D控制系统，通过伺服驱动主轴实现旋压芯轴1的轴向进给运动及转动，通过伺服驱动旋轮座实现旋轮2的径向及轴向进给运动，通过驱动尾座液压油缸实现尾顶盘3顶紧坯料，通过驱动液压油缸实现退料盘4对零件退料；

将坯料5装上旋压芯轴1后，驱动尾座液压油缸通过尾顶盘3顶紧坯料5，通过设备工装，调整旋轮2中心轴与旋压芯轴1中心轴呈25°夹角；

零件加工过程采用全自动程序控制，通过剪切旋压的工艺路径，完成旋压加工工作。整个步骤均采用旋轮2完成，旋轮尺寸如图5所示，旋压加工过程中设备转速为100r/min，旋轮进给速度为80mm/min。成形后零件壁厚2.5±0.1mm，圆截面直径公差≤0.4mm；

下料时，驱动液压退料油缸，通过退料盘4推动零件完成退料；

最终根据图纸要求，利用车床仅对零件两端进行机械加工，获得合格产品。

本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。