专利名称：一种锥形罩加强筋的加工方法
技术领域：
本发明涉及旋压制造行业，具体是采用加热旋压，成形了不规则几字型断面的铝合金环形结构件。
背景技术：
随着科技水平的不断提高，越来越多的大型环形结构产品断面倾向于不规则的几何形状，例如一种锥形罩是由内、外两层构成，内锥形罩与外锥形罩之间依靠不同尺寸及形状的加强筋连接，结构如图1所示其中加强筋的材料为5A06铝，封闭的无焊缝环形结构，该加强筋的壁厚为3mm，两端为支撑端，该支撑端的外形呈“几”字形，以靠近锥形罩尖点方向位前端，形成了 5个表面，分别为外锥形罩支撑面、内锥形罩前支撑面、内锥形罩后支撑面，以及该加强筋的前支 撑面和后支撑面。如图2所示，具有轮廓尺寸大、壁厚薄、易变形、精度要求高等加工难题。目前加工类似结构零件主要采取锻件机加和板料冲压的方法。采用锻件机加，所需锻件重量达到280kg，而最终产品只有4. 0kg，材料利用率不足1. 5%，粗车、半精车、精车之间需要进行多次时效去应力，需要多次装卡找正，零件容易变形，机加难度很大，研制成本很高。采用冲压成形，需要制作多套阴、阳模具和其它工装，由于工件是封闭的环形几字型结构，产品的脱模非常困难，小批量单件生产，冲压成形没有优势，劳动强度很大，生产效率低，成本很高。
发明内容
为克服现有技术中存在的劳动强度大、生产效率低、成本高的不足，本发明提出了一种锥形罩加强筋的加工方法。本发明的具体步骤是步骤I、模具准备所述的模具包括一道次的预成型模具和二道次的分瓣模具；步骤2、确定板料毛坯板料毛坯壁厚δ 1=1. 3 1. 6 δ ^，其中δ0为工件的最大壁厚；还料的半径d = (dmin+l#)1. 2 1. 5,其中，dmin是所成形工件最小半径,1#是所成形工件截面长度；步骤3、板料旋压成锥形筒，利用预成型模具，采用常规方法通过多个道次将板料旋压成锥形筒，该锥形筒的母线锥度与外锥形罩支撑面角度相同。步骤4、做加工辅助线示意图。将模具型面的外轮廓线的直线段向该模具型面外轮廓外侧偏置，并使各直线段延长相交，在由偏置而产生模具型面的外轮廓线上形成多个交点。偏置量为旋轮圆角半径与工件壁厚S C1之和。所述由偏置而产生模具型面的外轮廓线上形成多个交点包括以偏置后的分瓣模上内锥形罩前支撑面前端的起点a,偏置后内锥形罩前支撑面与偏置后的加强筋前支撑面的交点b，偏置后的加强筋前支撑面与偏置后的外锥形罩支撑面交点C，偏置后的外锥形罩支撑面与偏置后的加强筋后支撑面交点d，加强筋后支撑面与内锥形罩后支撑面交点e，偏置后的分瓣模上内锥形罩后支撑面的后端终点f。连接各交点，得到abcdef连续的折线5条。在所述5条折线分别由线段abc和线段def组成2个三角形Λ abc和Λ def ο确定三角形Λ abc和Λ def的中心为分别为OpO2,做折线中线段cd两端的延长线dm和cn,做夹角广fdm的角平分线dL。步骤5、旋压成形，锥筒旋压成形的过程包括五个道次的旋压，具体是a、一道次旋压旋轮轴线调整至与角平分线dL平行。持续加热锥筒至160 180° C，旋轮沿角平分线dL持续进给2分钟，进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速为150r/minob、二道次持续加热保持待旋压部位至150 180° C。旋轮轴线调整至与直线df平行。旋轮依次沿方向d02和02f持续进给2分钟，旋轮进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速120r/min。 C、三道次更换R5旋轮。旋轮轴线调整至与直线ef平行。加热待旋压部位至130 150° C后，撤去火焰。旋轮依次沿de，ef方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。旋压机主轴转速为180r/min。待工件冷却至室温后，更换车刀将锥筒小端底部切掉。d、四道次旋压更换RlO旋轮，Imin内将待旋压部位加热至200 220° C。旋压机主轴转速调至180r/min，旋轮轴线调整至与直线ca平行。旋轮依次沿CO1, Op方向持续进给1. 5分钟,旋轮进给速度为35mm/min。e、五道次旋压更换R5旋轮，旋轮轴线与直线ba平行。主轴转速调至250r/min。将待旋压部位在Imin内加热至150 170° C后撤去火焰。旋轮依次沿直线cb、ba方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。将工件冷却至室温，得到工件。步骤6、将得到的工件按常规后续处理后脱模。所述预成型模具的母线与轴线成20°角；该模具的外型面与外锥形罩支撑面角度相同。所述分瓣模具外型面与加强筋两端的“几”字形外形相同，由一个环形底座和5个型面块装配而成，当分瓣模具拆掉环形底座后，每个型面块都能够从环形工件中顺利取出。本发明制作了与产品型面相同的分瓣模具，使用普通球面车床或数控普旋机，采用了热旋压加工的方法，利用铝合金材料在一定温度下具有良好塑性的同时，强度和韧性显著降低这一特性，使用板料作为毛坯，在旋轮径向力与轴向力的共同作用下，经过多道次旋压，迫使板料受力变形、材料流动成形为与模具型面类似的工件，实现该类几字形截面的铝合金环型结构产品的旋压成形；再利用分瓣模具具有可拆装的特点，实现几字形断面环形结构件与模具的脱离，保证了环形结构件的完整。本发明采用多道次热旋压加工方法，利用当材料被加热时，强度、硬度、韧性显著降低，塑性明显提升这一特点，通过旋轮逐点施力作用于工件，当外力大于工件材料屈服强度时，产生塑性变形，旋轮沿一定的轨迹运动，迫使工件材料沿模具变形，最终加工成形类似于模具型面的工件，并最终通过模具能够拆分这一特征，得到完整的回转体结构工件。与现有技术相比，本发明能够成形一般冲压、机加等工艺方法很难成形的异形断面的铝合金环形结构件。本发明的成形原理简单，原材料费用、工装设计制造费用、设备运行费用低，加工容易，降低了生产成本。
使用数控球面车床设备，将传统刀具更换为旋轮，通过刀具补偿，编制数控程序，可实现批量话的生产，降低工人劳动强度。依靠材料塑性变形达到零件的成形加工目的，材料利用率提高到40%。使用该方法，能够成形一些机加、冲压难以加工甚至无法加工的回转体结构零件。通过采用合理的工艺参数能够成形断面为几字形、倒V字型、门字型、等断面为凸形的封闭环形铝合金工件，具有加工效率高、成本低等效果。
图1是锥形罩结构示意2是加强筋示意图。图3是锥筒安装示意图。图4是几字型断面的铝合金环形结构件加工辅助线示意图。图5是不规则几字型断面的铝合金环形结构件加工示意图。其中图6是实施例I工件示意图。图7是实施例I工件加工辅助线示意图。图8是实施例I工件加工过程示意图。图9是实施例2工件示意图。图10是实施例2工件加工辅助线示意图。图11是实施例2工件加工过程示意图。图12是本发明的流程图。1.加强筋 2.内锥形罩 3.外锥形罩 4.内锥形罩前支撑面5.加强筋前支撑面 6.外锥形罩支撑面 7.加强筋后支撑面8.内锥形罩后支撑面 9.尾顶 10. 二道次分瓣模具 11.锥筒12. 一道次旋压 13. 二道次旋压 14.三道次旋压 15.切除定位面16.四道次旋压 17.五道次旋压 18.产品
具体实施例方式实施例I本实施例是一种铝合金加强筋的旋压加工方法。所述加强筋为环形件，该加强筋的壁厚为3mm，两端为支撑端，该支撑端的外形呈“几”字形，形成了 5个表面，分别为外锥形罩支撑面6、内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8，以及该加强筋的前支撑面5和后支撑面7。如图6所示，其中所述加强筋上表面为外锥形罩支撑面6，外锥形罩支撑面6与其安装位置的外锥形罩内表面的角度相同，为155°。所述加强筋两端下表面分别为内锥形罩的支撑面，所述内锥形罩的支撑面分为内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8，靠近锥形罩尖点的为前支撑面，远离锥形罩尖点的为后支撑面，并且所述内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8的斜率均与所配合处的内锥形罩表面的斜率相同，其中，内锥形罩前支撑面4为158°，内锥形罩后支撑面8为10。。
连接外锥形罩支撑面6与内锥形罩前支撑面4的表面为加强筋前支撑面5，该前支撑面5为90° ;连接外锥形罩支撑面6与内锥形罩后支撑面8的表面为加强筋后支撑面7，该后支撑面7为59°。本实施例采用旋压的方式成形所述加强筋两端的“几”字形支撑端。成形所使用的模具为锥筒模具和分瓣模具。本实施例的具体步骤是步骤I、模具准备所述的模具包括一道次的预成型模具和二道次的分瓣模具，均采用现有技术。所述预成型模具为母线与轴线成20°角度的圆台，该模具的外型面与外锥形罩支撑面6角度相同。所述分瓣模具采用常规的分瓣模具，所述分瓣模具外型面与加强筋两端的“几”字形外形相同，由一个环形底座和5个型面块装配而成，当分瓣模具拆掉环形底座后，每个型面块都能够从环形工件中顺利取出。所述分瓣模具中与内锥形罩前支撑面4配合段的长度是所述内锥形罩前支撑面4 长度的1. 5倍；所述分瓣模具中与内锥形罩后支撑面8配合段的长度是所述内锥形罩后支撑面8的1. 3倍。步骤2、确定板料毛坯板料毛坯壁厚δ 1=1. 3 1. 6 δ ^，其中δ0为工件要求最大壁厚；还料的半径d = (dmin+ljp)1. 2 1. 5,其中，dmin是所成形工件最小半径,Iaf是所成形工件截面长度，本实施例中板料毛坯壁厚δ - !!!,坯料的半径d=350mm。步骤3、板料旋压成锥形筒，利用预成型模具，采用常规方法通过多个道次将板料旋压成锥形筒，该锥形筒的母线锥度与外锥形罩支撑面6角度相同。更换分瓣模具，将得到的锥形筒套装在分瓣模具上，顶紧尾顶，安装RlO旋轮。步骤4、做加工辅助线示意图，如图10所示。将模具型面的外轮廓线的直线段向该模具型面外轮廓外侧偏置，并使各直线段延长相交，在由偏置而产生的模具型面的外轮廓线上形成多个交点。偏置量为旋轮圆角半径与工件壁厚S C1之和。所述由偏置而产生的模具型面的外轮廓线上形成的多个交点包括以偏置后的分瓣模上内锥形罩前支撑面4前端的起点a,偏置后内锥形罩前支撑面4与偏置后的加强筋前支撑面5的交点b，偏置后的加强筋前支撑面5与偏置后的外锥形罩支撑面6交点C，偏置后的外锥形罩支撑面6与偏置后的加强筋后支撑面7交点d，加强筋后支撑面7与内锥形罩后支撑面8交点e，偏置后的分瓣模上内锥形罩后支撑面8的后端终点f。连接各交点，得到abcdef连续的折线5条。在所述5条折线分别由线段abc和线段def组成2个三角形Λ abc和Λ def。确定三角形Λ abc和Λ def的中心为分别为(V O2,做折线中线段cd两端的延长线dm和cn,做夹角Z fdm的角平分线L。步骤5、锥形筒旋压成产品，如图8所示，锥形筒旋压加工过程是I、一道次旋压旋轮轴线调整至与角平分线dL平行，即旋轮轴线与模具轴线夹角成6°。火焰持续加热锥筒，保持待旋压部位的温度为160 180° C，旋轮沿角平分线L持续进给2分钟,进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速为150r/min。2、二道次火焰持续加热保持待旋压部位至150 180° C。旋轮轴线调整至与模具轴线成37°角，与直线df平行。旋轮依次沿方向(102和04持续进给2分钟，旋轮进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速120r/min。3、三道次更换R5旋轮。旋轮轴线调整至与模具轴线成10°角，与直线ef平行。火焰加热待旋压部位至130 150° C后，撤去火焰。旋轮依次沿de，ef方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。旋压机主轴转速为180r/min。待工件冷却至室温后，更换车刀将锥筒小端底部切掉。4、四道次旋压更换RlO旋轮，使用火焰加热待旋压部位，使所述待旋压部位在Imin中内升温至200 220° C。旋压机主轴转速调至180r/min，旋轮轴线调整至与模具轴线成119°夹角，使旋轮轴线与直线ca平行。旋轮依次沿CO1, Oia方向持续进给1. 5分钟，旋轮进给速度为35mm/min。5、五道次旋压更换R5旋轮，旋轮轴线与模具轴线成158°角，使该旋轮轴线与直线ba平行。主轴转速调至250r/min。火焰将待旋压部位在Imin中内加热至150 170° C后撤去火焰。旋轮依次沿直线cb、ba方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。将工件冷却至室温，得到成形后的工件。步骤6、将得到的工件按常规后续处理后脱模。所述后续处理包括切除翻边余料、时效处理、车修工件和拆卸分瓣模具。实施例2本实施例是一种铝合金加强筋的旋压加工方法。所述加强筋为环形件，该加强筋的壁厚为2mm，两端为支撑端，该支撑端的外形呈“几”字形，形成了 5个表面，分别为外锥形罩支撑面6、内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8，以及该加强筋的前支撑面5和后支撑面7。如图9所示，其中所述加强筋上表面为外锥形罩支撑面6，外锥形罩支撑面6与其安装位置的外锥形罩内表面的角度相同，为160°。所述加强筋两端下表面分别为内锥形罩的支撑面，所述内锥形罩的支撑面分为内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8，靠近锥形罩尖点的为前支撑面，远离锥形罩尖点的为后支撑面，并且所述内锥形罩前支撑面4、内锥形罩后支撑面8的斜率均与所配合处的内锥形罩表面的角度相同，其中，内锥形罩前支撑面4为170°，内锥形罩后支撑面8为
0° 0连接外锥形罩支撑面6与内锥形罩前支撑面4的表面为加强筋前支撑面5，该前支撑面5为90° ;连接外锥形罩支撑面6与内锥形罩后支撑面8的表面为加强筋后支撑面7，该后支撑面7为85°。本实施例采用旋压的方式成形所述加强筋两端的“几”字形支撑端。成形所使用的模具为锥筒模具和分瓣模具。本实施例的具体步骤是步骤I、模具准备所述的模具包括一道次的预成型模具和二道次的分瓣模具，均采用现有技术。所述预成型模具为母线与轴线成20°角度的圆台，该模具的外型面与外锥形罩支撑面6角度相同。所述分瓣模具采用常规的分瓣模具，所述分瓣模具外型面与加强筋两端的“几”字形外形相同，由一个环形底座和5个型面块装配而成，当分瓣模具拆掉环形底座后，每个型面块都能够从环形工件中顺利取出。所述分瓣模具中与内锥形罩前支撑面4配合段的长度是所述内锥形罩前支撑面4长度的1. 5倍；所述分瓣模具中与内锥形罩后支撑面8配合段的长度是所述内锥形罩后支撑面8的1. 3倍。
步骤2、确定板料毛坯板料毛坯壁厚δ 1=1. 3 1. 6 δ ^，其中δ0为工件要求最大壁厚；还料的半径d = (dmin+ljp)1. 2 1. 5,其中，dmin是所成形工件最小半径,Iaf是所成形工件截面长度，本实施例中板料毛坯壁厚δ eSmm，坯料的半径d=300mm。步骤3、板料旋压成锥形筒，利用预成型模具，采用常规方法通过多个道次将板料旋压成锥形筒，该锥形筒的母线锥度与外锥形罩支撑面6角度相同。更换分瓣模具，将得到的锥形筒套装在分瓣模具上，顶紧尾顶，安装RlO旋轮。步骤4、做加工辅助线示意图，如图10所示。将模具型面的外轮廓线的直线段向该模具型面外轮廓外侧偏置，并使各直线段延长相交，在由偏置而产生的模具型面的外轮廓线上形成多个交点。偏置量为旋轮圆角半径与工件壁厚S C1之和。所述由偏置而产生的模具型面的外轮廓线上形成多个交点包括以偏置后的分瓣模上内锥形罩前支撑面4前端的起点a,偏置后内锥形罩前支撑面4与偏置后的加强筋前支撑面5的交点b，偏置后的加强筋前支撑面5与偏置后的外锥形罩支撑面6交点C，偏置后的外锥形罩支撑面6与偏置后的加强筋后支撑面7交点d，加强筋后支撑面7与内锥形罩后支撑面8交点e，偏置后的分瓣模上内锥形罩后支撑面8的后端终点f。连接各交点，得到abcdef连续的折线5条。在所述5条折线分别由线段abc和线段def组成2个三角形Λ abc和Λ def。确定三角形Λ abc和Λ def的中心为分别为O1^ O2,做折线中线段cd两端的延长线dm和cn,做夹角广fdm的角平分线dL。步骤5、锥筒旋压成产品，如图11所示，锥筒旋压加工的过程包括五个道次的旋压，具体是I、一道次旋压旋轮轴线调整至与角平分线dL平行，即旋轮轴线与模具轴线夹角成15°。火焰持续加热锥筒，保持待旋压部位的温度为160 180° C，旋轮沿角平分线L持续进给2分钟,进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速为150r/min。2、二道次火焰持续加热保持待旋压部位至150 180° C。旋轮轴线调整至与模具轴线成50°角，与直线df平行。旋轮依次沿方向(102和04持续进给2分钟，旋轮进给速度为30mm/min。旋压机主轴转速120r/min。3、三道次更换R5旋轮。旋轮轴线调整至与模具轴线成0°角，与直线ef平行。火焰加热待旋压部位至130 150° C后，撤去火焰。旋轮依次沿de，ef方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。旋压机主轴转速为180r/min。待工件冷却至室温后，更换车刀将锥筒小端底部切掉。4、四道次旋压更换RlO旋轮，使用火焰加热待旋压部位，使所述待旋压部位在Imin中内升温至200 220° C。旋压机主轴转速调至180r/min，旋轮轴线调整至与模具轴线成137°夹角，使旋轮轴线与直线ca平行。旋轮依次沿CO1, Oia方向持续进给1. 5分钟，旋轮进给速度为35mm/min。5、五道次旋压更换R5旋轮，旋轮轴线与模具轴线成170°角，使该旋轮轴线与直线ba平行。主轴转速调至250r/min。火焰将待旋压部位在Imin中内加热至150 170° C后撤去火焰。旋轮依次沿直线cb、ba方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min。将工件冷却至室温，得到成形后的工件。步骤6、将得到的工件按常规后续处理后脱模。所述后续处理包括切除翻边余料、时效处理、车修工件和拆卸分瓣模具
本实施例通过多道次加热旋压，能够成形不规则几字型断面的铝合金圆环，相比较采用锻件机加节省材料及加工成本80%。
权利要求
1.一种锥形罩加强筋的加工方法；其特征在于，具体步骤是 步骤I、模具准备所述的模具包括一道次的预成型模具和二道次的分瓣模具； 步骤2、确定板料毛坯板料毛坯壁厚5 1=1. 3 I. 6 S ^，其中50为工件的最大壁厚；还料的半径d = (dmin+l jp) I. 2 I. 5,其中，dmin是所成形工件最小半径，I jp是所成形工件截面长度； 步骤3、板料旋压成锥形筒，利用预成型模具，采用常规方法通过多个道次将板料旋压成锥形筒，该锥形筒的母线锥度与外锥形罩支撑面角度相同； 步骤4、做加工辅助线示意图；将模具型面的外轮廓线的直线段向该模具型面外轮廓外侧偏置，并使各直线段延长相交，在由偏置而产生模具型面的外轮廓线上形成多个交点；偏置量为旋轮圆角半径与工件壁厚S ^之和； 所述由偏置而产生模具型面的外轮廓线上形成多个交点包括 以偏置后的分瓣模上内锥形罩前支撑面前端的起点a,偏置后内锥形罩前支撑面与偏置后的加强筋前支撑面的交点b，偏置后的加强筋前支撑面与偏置后的外锥形罩支撑面交点C，偏置后的外锥形罩支撑面与偏置后的加强筋后支撑面交点d，加强筋后支撑面与内锥形罩后支撑面交点e，偏置后的分瓣模上内锥形罩后支撑面的后端终点f ;连接各交点，得到abcdef连续的折线5条；在所述5条折线分别由线段abc和线段def组成2个三角形A abc和A def ;确定三角形A abc和A def的中心为分别为OpO2,做折线中线段cd两端的延长线dm和cn,做夹角Z fdm的角平分线dL ； 步骤5、旋压成形，锥筒旋压成形的过程包括五个道次的旋压，具体是 a、一道次旋压旋轮轴线调整至与角平分线dL平行；持续加热锥筒至160 180°C，旋轮沿角平分线dL持续进给2分钟,进给速度为30mm/min ;旋压机主轴转速为150r/min ； b、二道次持续加热保持待旋压部位至150 180°C ;旋轮轴线调整至与直线df平行；旋轮依次沿方向d02和02f持续进给2分钟，旋轮进给速度为30mm/min ;旋压机主轴转速 120r/min ； C、三道次更换R5旋轮；旋轮轴线调整至与直线ef平行；加热待旋压部位至130 150° C后，撤去火焰；旋轮依次沿de，ef方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min ；旋压机主轴转速为180r/min ;待工件冷却至室温后，更换车刀将锥筒小端底部切掉； d、四道次旋压更换RlO旋轮，Imin内将待旋压部位加热至200 220°C ;旋压机主轴转速调至180r/min,旋轮轴线调整至与直线ca平行；旋轮依次沿CO1, 方向持续进给I.5分钟,旋轮进给速度为35mm/min ； e、五道次旋压更换R5旋轮，旋轮轴线与直线ba平行；主轴转速调至250r/min;将待旋压部位在Imin内加热至150 170° C后撤去火焰；旋轮依次沿直线cb、ba方向持续进给I分钟，旋轮进给速度为60mm/min ;将工件冷却至室温，得到工件；步骤6、将得到的工件按常规后续处理后脱模。
2.如权利要求I所述锥形罩加强筋的加工方法；其特征在于，所述预成型模具的母线与轴线成20°角；该模具的外型面与外锥形罩支撑面角度相同；所述分瓣模具外型面与加强筋两端的“几”字形外形相同，由一个环形底座和5个型面块装配而成，当分瓣模具拆掉环形底座后，每个型面块都能够从环形工件中顺利取出。
全文摘要
一种锥形罩加强筋的加工方法。采用与产品型面相同的分瓣模具，使用普通球面车床或数控普旋机，采用了热旋压加工的方法，利用铝合金材料在一定温度下具有良好塑性的同时，强度和韧性显著降低这一特性，使用板料作为毛坯，在旋轮径向力与轴向力的共同作用下，经过多道次旋压，迫使板料受力变形、材料流动成形为与模具型面类似的工件，实现该类几字形截面的铝合金环型结构产品的旋压成形；再利用分瓣模具具有可拆装的特点，实现几字形断面环形结构件与模具的脱离，保证了环形结构件的完整。本发明能够成形一般冲压、机加等工艺方法很难成形的异形断面的铝合金环形结构件，具有成本低、工人劳动强度低、加工效率高和材料利用率高的特点。
文档编号B21D22/14GK102974676SQ201210552069
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者温树斌, 李增辉, 肖立军, 杨东浩, 孙从胜, 王浩刚, 韩华强, 李楼, 张美平, 张岩 申请人:西安航天动力机械厂