一种旋压设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种旋压设备，属于金属管材压力加工技术领域。
【背景技术】
[0002]三旋轮强力外旋压是目前最主要的薄壁筒形件成形方法，有着旋压吨位大，三旋轮可自动对心，旋压精度高等特点，被广泛应用于薄壁筒形零件、带外环向加强筋和小锥角零件的旋压成形。由于旋轮机构结构及功能的特点，在旋压超长(长度10米以上)薄壁(壁厚1mm以下)筒形件时，芯模必须要有足够强度、刚度和表面质量，10米以上的芯模制造困难，在旋压过程中出现超长薄壁筒形件脱模困难和旋压成形过程中模具低头、超长薄壁筒形件在旋压过程中一端传递扭矩造成工件扭转变形、超长薄壁筒形件长度过长由于自重等原因产生弯曲变形，以及材料在旋压变形过程中流动不畅、在旋轮前隆起过大出现掉料、产品精度降低等问题。现有冷拔工艺能生产10米以上的管材，但其壁厚大、壁厚均匀性差、圆度及直线度等形位公差难以控制；现有冷轧仅生产直径小于200毫米的难加工材料的管材，精度高但效率低。
[0003]为解决超长薄壁筒形件旋压过程中芯模制造难题、脱模困难等问题，肖作义在《管形件强力旋压新技术一一浮动芯模法》(锻压技术1999年第5期)中提出采用浮动芯模，浮动芯模较短，采用带轴肩的阶梯圆柱结构，浮动芯模放置在旋压毛坯内部，芯模在轴向受摩擦力和轴肩所受到旋轮所施加的轴向推力，由于轴肩所受到旋轮所施加的轴向推力的作用，使芯模在旋压过程中不断向前运动，与旋轮位置相对固定，保持变形的连续性。但这种结构形式的浮动芯模，旋压毛坯的内径要容纳轴肩，旋压加工量大；同时在旋压时，浮动芯模转动可能与旋压毛坯不同轴，使旋压毛坯纵向运动受阻以及管件壁厚不均。
[0004]为解决材料在旋压变形过程中流动不畅、在旋轮前隆起过大等问题，马世成等人提出了一种在管形件自由端施加拉应力的思路；《高精度极薄壁圆筒件的新型旋压机》中提到一种张力旋压机，在管形件自由端通过液压设备施加张力。但这种方式拉力方向固定不可调整，若采用液压设备，在加工较长管件时液压设备过于庞大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种能解决超长薄壁筒形件脱模困难、模具低头、工件扭转变形、弯曲变形、旋轮处材料隆起等问题，张力方向可调、旋压过程管件纵向运动顺畅、超长薄壁筒形件壁厚均匀的旋压设备。
[0006]本发明的技术解决方案:一种旋压设备，包括床身和旋轮机构，还包括纵向进给机构和固定短芯模，所述的旋轮机构包括旋轮和旋轮横向进给机构，旋轮通过旋轮横向进给机构固定在床身上，纵向位置固定，固定短芯模穿进旋压毛坯内，通过芯模拉杆纵向固定在旋轮位置，固定短芯模和旋轮在旋压过程纵向位置不变，所述的纵向进给机构为结构相同的两套，分别安装旋轮机构的两端，其中一套为主动纵向进给机构，另一套为从动纵向进给机构，所述的纵向进给机构包括上丝杠、上丝母、下丝杠、下丝母、主轴箱、主轴、主轴驱动电机和连接体，主轴和主轴驱动电机安装在主轴箱内，上丝母和下丝母分别与主轴箱固定连接，上丝母和下丝母各配备一台纵向进给电机，驱动丝母带动主轴箱沿丝杠纵向移动，主轴的端部安装连接体，连接体另一端与旋压毛坯一端连接，主从动纵向进给机构的主轴同步旋转时通过连接体使旋压毛还两端同步旋转；
[0007]旋压时，主动纵向进给机构带着旋压毛坯纵向移动，从动纵向进给机构的纵向进给电机工作在恒扭矩最大转速工作模式下，使从动纵向进给机构速度自适应地跟随主动纵向进给机构纵向移动，同时施加给旋压毛坯从动一端恒张力。
[0008]所述的从动纵向进给机构施加的恒张力为σ 0.1 σ 2?0.5 σ 2，ο 2为旋压毛坯材料的屈服强度。
[0009]所述的从动纵向进给机构施加的恒张力与主动纵向进给机构的纵向移动方向相同或相反。
[0010]所述的从动纵向进给机构施加的恒张力与主动纵向进给机构的纵向移动方向相同时，恒张力O1=O^O 2?0.5σ 2，O 2为旋压毛坯材料的屈服强度。
[0011 ] 所述的从动纵向进给机构施加的恒张力与主动纵向进给机构的纵向移动方向相反时，恒张力O1=CXlO 2?0.5 σ 2，σ 2为旋压毛还材料的屈服强度。
[0012]所述的固定短芯模包括芯模芯轴、芯模端盖、圆锥轴承和芯模本体，芯模芯轴穿入芯模本体内部，通过两端的圆锥轴承与芯模本体滚动配合，芯模芯轴一端与芯模拉杆固定连接，芯模端盖安装在芯模本体端部，将圆锥轴承密封在由芯模芯轴和芯模本体形成的储油腔内。
[0013]所述的上丝杠和下丝杠在主轴箱上呈对角线布局。
[0014]本发明与现有技术相比的有益效果:
[0015](I)本发明采用旋轮纵向固定、旋压毛坯边旋转边纵向移动、旋压毛坯一端受恒张力作用、芯模很短且纵向固定、旋压毛坯两端同步旋转等措施，满足超长薄壁筒体的整体旋压成形；
[0016](2)本发明芯模很短且纵向固定，在旋压力作用下，采用圆锥轴承实现芯模本体随着旋压毛坯同步旋转，解决大直径超长薄壁筒形件旋压芯模制造难题、脱模困难和旋压成形过程中模具低头、振动等问题，同时避免了采用现有浮动芯模，在旋压毛坯纵向移动时运动受阻以及管件壁厚不均的缺陷，在旋压过程中芯模本体与旋压毛坯之间间隙更小，旋压毛坯周向的加工量小；
[0017](3)本发明采用结构相同的两套纵向进给机构，根据旋压工艺及生产要求，主从进给机构可灵活设定，从而使从动进给机构施加的恒张力方向灵活变化，旋压毛坯可以一端受推力，一端受拉力纵向移动，或两端同时受拉力纵向移动；
[0018](4)本发明主从纵向进给机构中设置主轴和连接体，使旋压毛坯在纵向移动过程中实现两端同步旋转，解决了超长薄壁筒形件在旋压过程中一端传递扭矩造成工件扭转变形、振动的问题；
[0019](5)本发明纵向进给机构采用恒力进给速度自适应技术，解决了超长薄壁筒形件长度过长由于自重等原因产生弯曲变形，材料在旋压变形过程中流动不畅、在旋轮前隆起过大出现掉料、产品精度降低等问题；
[0020](6)本发明纵向进给机构采用丝母、丝杠结构实现纵向移动，结构简单，纵向进给机构的丝杠在主轴箱上采用双丝杠对角线布置，消除主轴箱的颠覆力矩和重载下爬行等问题；
[0021](7)本发明集多种功能与一体，解决超长薄壁筒体成形中的技术难点，实现超长筒体、特薄壁筒形件低成本、高效率、数字化的生产，实现高可靠性、高质量的生产。
【附图说明】
[0022]图1为本发明结构布局示意图；
[0023]图2为本发明纵向进给机构结构示意图；
[0024]图3为本发明图2B-B方向视图；
[0025]图4为本发明旋压加工原理图；
[0026]图5为本发明固定短芯模结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]本发明如图1所示，包括床身11、旋轮机构、支撑装置7、纵向进给机构和固定短芯模12，旋轮机构包括旋轮9和旋轮横向进给机构10，旋轮9通过旋轮横向进给机构10固定在床身11上，纵向位置固定，固定短芯模12穿进旋压毛坯8内，通过芯模拉杆4纵向固定在旋轮6位置，固定短芯模12和旋轮9在旋压过程纵向位置不变。
[0028]床身11上面布置连接各种机械部件及导轨，承受各种力和功能实现，主轴箱等部件在其导轨上的移动，另一方面床身通过地脚螺丝和地基连接，提高系统刚度。床身11为铸造或焊接结构，考虑到制造、运输等问题，可分为多段加工最后刚性连接而成。
[0029]支撑装置7支撑固定短芯模12和旋压毛坯8装卸，升降由液压油缸驱动。旋轮横向进给伺服系统10驱动三个120°均布的旋轮9横向进给，与纵向进给机构相互插补，形成旋轮的加工轨迹曲线。旋轮横向进给伺服系统10采用电液伺服机构驱动三个120°均布的油缸，油缸杆固定，缸体移动推动滑体及旋轮座横向移动，光栅尺检测反馈，构成闭环控制系统。当旋压毛坯8 一边旋转一边纵向移动通过旋轮9和固定短芯模12之间的设定的间隙时，旋压毛坯8壁厚被减薄，长度伸长，实现了旋压毛坯8旋压成形。
[0030]纵向进给机构为结构相同的两套，分别安装旋轮机构的两端，其中一套为主动纵向进给机构，另一套为从动纵向进给机构，主从动的确定根据工艺决定，主动纵向进给机构纵向移动带动旋压毛坯移动，移动方向由工艺设定，从动纵向进给装置必须跟随移动且速度自适应。旋压时，主动纵向进给机构带着旋压毛坯纵向移动，从动纵向进给机构的纵向进给电机工作在恒扭矩最大转速工作模式下，使从动纵向进给机构速度自适应地跟随主动纵向进给机构纵向移动，同时施加给旋压毛坯从动一端恒张力。从动纵向进给机构施加的恒张力与主动纵向进给机构的纵向移动方向根据旋压工艺确定，恒张力(从动纵向进给机构)小于主动力(主动纵向进给机构)，两者方向相同时，旋压毛坯一端受推力，一端受拉力纵向移动；两者方向相反时，旋压毛坯两端同时受拉力纵向移动(移动