带法兰的双向筒形零件的制造方法与流程

本发明涉及旋压加工技术领域，具体而言，涉及一种带法兰的双向筒形零件的制造方法。

背景技术：

相关技术中，带法兰的双向筒形零件可采用铸造、锻造、焊接等方式制造。但是利用上述传统的加工方式生产出的带法兰的双向筒形零件存在以下缺陷：1)采用整体铸造方式加工成形出来的带法兰的双向筒形零件的力学性能较差，而且容易产生铸造缺陷；2)由于锻造加工成形的工艺局限性，生产带法兰的双向筒形零件的加工难度加大，尤其是尺寸加大的零件对生产设备吨位要求较高，成品率较低，材料利用率低；3)采用拼焊成形工艺生产出的零件的整体力学性能不均匀，焊缝处极易出现断裂，生产效率较低；

而已有的采用旋压成型通常用于加工筒形零件，具体包括以下两种：一种是采用多道次旋压增厚以及变薄旋压的工艺，另一种是采用铲旋后拉伸旋压，最终变薄旋压的工艺。上述两种旋压加工方式分别存在以下问题：

1)采用第一种加工方式生产零件时，由于成形过程不稳定，板料外缘在增厚过程中易产生折叠等缺陷，且板料金属纤维流向紊乱，力学性能不均匀；而且变薄旋压过程中，旋轮与板料之间接触面积大，成形力较大，对设备的要求较高；

2)采用第二种加工方式生产零件时，在成形铲旋过程中，上筒壁形成类似于金属堆料的过程，金属晶粒间的相互作用受到一定破坏，力学性能降低，且成形出的筒壁厚度严重不均匀，存在上薄底厚的问题；在变薄旋压过程中板料筒壁与芯模之间的接触面积较大，成形力急剧增大，对设备要求较高。

此外，上述两种旋压成型方式通常只用于筒形零件的加工，对于带法兰的双向筒形零件的加工仍是难点。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种能够生产出表面质量高、力学性能均匀、成本低的双向筒形零件的带法兰的双向筒形零件的制造方法。

根据本发明实施例的带法兰的双向筒形零件的制造方法包括：s1:切割板料的外缘，以使外缘形成为连接在中部板料上的第一截锥体和第二截锥体；s2:沿轴向旋压第一截锥体的侧壁和第二截锥体的侧壁，使第一截锥体被沿轴向旋压并形成第三截锥体和连接在所述第三截锥体的端部的第一翻边，使第二截锥体被沿轴向旋压并形成第四截锥体和连接在所述第四截锥体的端部的第二翻边；s3：沿轴向旋压第三截锥体的侧壁和第四截锥体的侧壁，以使第三截锥体和第四截锥体分别形成第一筒体和第二筒体，第一翻边和第二翻边分别形成为第一法兰和第二法兰。

根据本发明实施例的带法兰的双向筒形零件的制造方法，在零件成形过程中板料金属纤维流向均匀，零件力学性能均匀，同时旋轮与板料之间接触面积较小，金属流动顺畅，成形力较低，旋轮与芯模之间所承受的压力较小，进而使筒壁厚度分布均匀、零件具有表面质量高、力学性能均匀、成形精度高。此外，生产设备成本低，降低了生产成本，提高了产品经济效益。

根据本发明的一些实施例，在步骤s1和s2之间还包括以下步骤：对所述第一截锥体和所述第二截锥体的夹角倒钝。

根据本发明的一些实施例，对所述第一截锥体和所述第二截锥体的夹角倒钝具体包括：采用与步骤s1中断面开角相同且具有圆角的旋轮沿板料的径向进给，以使第一截锥体的外壁与第二截锥体的外壁的过渡连接处形成圆角。

根据本发明的一些实施例，步骤s1具体包括：将板料固定在上芯模和下芯模之间且通过上芯模和下芯模带动板料转动，通过具有呈锐角的切割角的第一旋轮沿板料的径向进给并自外向内切割板料，以使被切割的外缘形成所述第一截锥体和所述第二截锥体。

根据本发明的一些实施例，步骤s2具体包括：s21：第二旋轮在第一截锥体的外侧沿板料的轴向向上进给并将第一截锥体的端部旋压在位于第一截锥体的上方的第三旋轮上，以得到第三截锥体和连接在第三截锥体的上端的第一翻边；s22：第四旋轮在第二截锥体的外侧沿板料的轴向向下进给并将第二截锥体的端部旋压在位于第二截锥体下方的第五旋轮上，以得到第四截锥体和连接在第四截锥体的下端的第二翻边；其中步骤s21和步骤s22同步进行或先后进行。

根据本发明的一些实施例，所述第三旋轮和所述第五旋轮在上下方向相对，所述第二旋轮、所述第四旋轮位于所述上芯模和所述下芯模整体的一侧，所述第三旋轮、所述第五旋轮位于所述上芯模和所述下芯模整体的另一侧。

根据本发明的一些实施例，重复步骤s21和s22多次后实施步骤s3，每次重复步骤s21之前都要进行如下操作：使第二旋轮沿径向向内进给预设距离；每次重复步骤s22之前都要进行如下操作：使第四个旋轮沿径向向内进给预设距离。

根据本发明的一些实施例，所述第二旋轮和所述第第四旋轮同轴设置且两者的中心轴线与上芯模和下芯模的中心轴线互相平行，所述第三旋轮和第五旋轮平行设置且两者的中心轴线与上芯模和下芯模的中心轴线互相垂直。

根据本发明的一些实施例，步骤s3具体包括：s31：第六旋轮在第三截锥体的外侧沿板料的轴向向上进给并沿轴向旋压第三截锥体的侧壁，以将第一翻边旋压在位于第一翻边的上方的第三旋轮上，并使第三截锥体形成第一筒体且使第一翻边形成第一法兰；s32：第七旋轮在第四截锥体的外侧沿板料的轴向向下进给并沿轴向旋压第四截锥体的侧壁，以将第二翻边旋压在位于第二翻边下方的第五旋轮上，以使第四截锥体形成第二筒体且使第二翻边形成第二法兰，其中步骤s31和步骤s32同步进行或先后进行。

根据本发明的一些实施例，所述第六旋轮的朝向所述第一翻边的一端为边缘下凹的阶梯面，所述第七旋轮的朝向所述第二翻边的一端为边缘下凹的阶梯面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明具体实施例的第一步的加工示意图。

图2是根据本发明具体实施例的板料的示意图。

图3是根据本发明具体实施例的第一旋轮的示意图。

图4是根据本发明具体实施例的第二步的加工示意图。

图5是根据本发明具体实施例的第八旋轮的示意图。

图6是根据本发明具体实施例的第三步的加工示意图。

图7是根据本发明具体实施例的第二旋轮和第四旋轮的示意图。

图8是根据本发明具体实施例的第四步的加工示意图。

图9是根据本发明具体实施例的第五步的加工示意图。

图10是根据本发明具体实施例的第六旋轮和第七旋轮的示意图。

图11是根据本发明具体实施例的双向筒形零件的示意图。

附图标记：

上芯模1，下芯模2，圆形板料3，第三旋轮4，第五旋轮5，第一旋轮6，第一加工件7，第八旋轮8，第二旋轮9，第四旋轮10，第三加工件11，第四加工件12，第六旋轮13，第七旋轮14，双向筒形零件15，第一截锥体16，第二截锥体17，第一筒体18，第二筒体19，第一法兰20，第二法兰21，第一翻边22，第二翻边23，第三截锥体24，第四截锥体25。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1至图11描述根据本发明实施例的带法兰的双向筒形零件的制造方法。

根据本发明实施例的带法兰的双向筒形零件的制造方法包括：s1:切割板料的外缘，以使外缘形成为连接在中部板料上的第一截锥体16和第二截锥体17；s2:沿轴向旋压第一截锥体16的侧壁和第二截锥体17的侧壁，使第一截锥体16被沿轴向旋压并形成第三截锥体24和连接在第三截锥体24的端部的第一翻边22，使第二截锥体17被沿轴向旋压并形成第四截锥体25和连接在第四截锥体的端部的第二翻边23；s3：沿轴向旋压第三截锥体24的侧壁和第四截锥体25的侧壁，以使第三截锥体24和第四截锥体25分别形成第一筒体18和第二筒体19，第一翻边22和第二翻边23分别形成为第一法兰20和第二法兰21。

根据本发明实施例的带法兰的双向筒形零件的制造方法，在零件成形过程中板料金属纤维流向均匀，零件力学性能均匀，同时旋轮与板料之间接触面积较小，金属流动顺畅，成形力较低，旋轮与芯模之间所承受的压力较小，进而使筒壁厚度分布均匀、零件具有表面质量高、力学性能均匀、成形精度高。此外，生产设备成本低，降低了生产成本，提高了产品经济效益。

根据本发明的一些实施例，步骤s1具体包括：将板料固定在上芯模1和下芯模2之间且通过上芯模1和下芯模2带动板料转动，通过具有呈锐角的切割角的第一旋轮6沿板料的径向进给并自外向内切割板料，以使被切割的外缘形成所述第一截锥体16和所述第二截锥体17。

具体而言，如图1至图3所示，将圆形板料3放置于上芯模1与下芯模2之间，通过上芯模1和下芯模2对圆形板料3进行压紧，上芯模1与下芯模2带动圆形板料3绕自身的中心轴线旋转。上芯模1和下芯模2的左侧放置第三旋轮4和第五旋轮5，以为后续零件的法兰成形做准备。第一旋轮6位于板料厚度中心面上，旋轮的断面开角为θ1，沿着圆形板料3的径向向内进给，第一旋轮6在圆形板料3的作用下做被动旋转，最终将圆形板料3外缘区域劈开，以使被切割的外缘形成所述第一截锥体16和所述第二截锥体17，此时得到第一加工件7。

根据本发明的一些实施例，在步骤s1和s2之间还包括以下步骤：对所述第一截锥体16和所述第二截锥体17的夹角倒钝。具体地，对所述第一截锥体16和所述第二截锥体17的夹角倒钝具体包括：采用与步骤s1中断面开角相同且具有圆角的旋轮沿板料的径向进给，以使第一截锥体16的外壁与第二截锥体17的外壁的过渡连接处形成圆角。

具体地，如图4和图5所示，将第一旋轮6更换为断面开角相同且具有圆角的第八旋轮8，第八旋轮8的断面开角与第一旋轮6一致，第八旋轮8的断面圆角为r2，第八旋轮8沿着第一加工件7的径向进给，此时得到第二加工件，为后续成形工序做准备。

根据本发明的一些实施例，步骤s2具体包括：s21：第二旋轮9在第一截锥体16的外侧沿板料的轴向向上进给并将第一截锥体16的端部旋压在位于第一截锥体16的上方的第三旋轮4上，以使得到第三截锥体24和连接在第三截锥体24的上端的第一翻边22；s22：第四旋轮10在第二截锥体17的外侧沿板料的轴向向下进给并将第二截锥体17的端部旋压在位于第二截锥体17的下方的第五旋轮5上，以得到第四截锥体25和连接在第四截锥体25的下端的第二翻边23；其中步骤s21和步骤s22同步进行或先后进行。

作为优选实施方式，重复步骤s21和s22多次后实施步骤s3，每次重复步骤s21之前都要进行如下操作：使第二旋轮9沿径向向内进给预设距离；每次重复步骤s22之前都要进行如下操作：使第四个旋轮沿径向向内进给预设距离。

换言之，将第八旋轮8更换为第二旋轮9和第四旋轮10，第二旋轮9和第四旋轮10的圆角半径分别为r3、r4，外缘高度分别为h3、h4。将第二旋轮9和第四旋轮10放置于板料外缘开角内侧(即分别位于第一截锥体16和第二截锥体17的外侧)，第二旋轮9和第四旋轮10之间存在一定间隙，第二旋轮9沿着轴向向上进给，第四旋轮10沿着轴向向下进给。在旋压过程中，板料外缘开角逐渐接触到第三旋轮4及第五旋轮5，第三旋轮4和第五旋轮5开始做被动旋转，第三旋轮4和第五旋轮5在旋转过程中限制板料外缘(即第一截锥体16的端部和第二截锥体17的端部)的变形。在第二旋轮9和第四旋轮10的轴向进给结束时，零件的外缘径向收缩，且零件的第一法兰20和第二法兰21初步成形，获得第三加工件11，参见图6和图7所示。

结合图8所示，将第二旋轮9和第四旋轮10再次放置于板料外缘开角内侧，第二旋轮9和第四旋轮10之间存在一定间隙，第二旋轮9沿着轴向向上进给，第四旋轮10沿着轴向向下进给。板料外缘在第二旋轮9和第四旋轮10的作用下继续径向收缩，第二旋轮9和第四旋轮10持续做被动旋转。由于第二旋轮9与第一法兰20、第四旋轮10与第二法兰21之间为线接触，相互之间摩擦较小，对法兰区域径向收缩的阻力较小，成形过程中法兰区域持续向芯轴处靠拢。成形结束后，法兰区域宽度增加，板料外缘开角增大，板料的径向宽度变小，获得第四加工件12。

根据本发明的一些实施例，所述第三旋轮4和所述第五旋轮5在上下方向相对，所述第二旋轮9、所述第四旋轮10位于所述上芯模1和所述下芯模2整体的一侧，所述第三旋轮4、所述第五旋轮5位于所述上芯模1和所述下芯模2整体的另一侧。

可选地，所述第二旋轮9和所述第第四旋轮10同轴设置且两者的中心轴线与上芯模1和下芯模2的中心轴线互相平行，所述第三旋轮4和第五旋轮5平行设置且两者的中心轴线与上芯模1和下芯模2的中心轴线互相垂直。

根据本发明的一些实施例，步骤s3具体包括：s31：第六旋轮13在第三截锥体24的外侧沿板料的轴向向上进给并沿轴向旋压第三截锥体24的侧壁，以将第一翻边22旋压在位于第一翻边22的上方的第三旋轮4上，以使第三截锥体24形成第一筒体18且使第一翻边22形成第一法兰20；s32：第七旋轮14在第四截锥体25的外侧沿板料的轴向向下进给并沿轴向旋压第二截锥体17的侧壁，以将第二翻边23旋压在位于第二翻边23下方的第五旋轮5上，以使第四截锥体25形成第二筒体19且使第二翻边23形成第二法兰20，，其中步骤s31和步骤s32同步进行或先后进行。

根据本发明的一些实施例，所述第六旋轮13的朝向所述第一翻边22的一端为边缘下凹的阶梯面，所述第七旋轮14的朝向所述第二翻边23的一端为边缘下凹的阶梯面。

换言之，将第二旋轮9和第四旋轮10更换为第六旋轮13和第七旋轮14，第六旋轮13和第七旋轮14为阶梯型旋轮，其结构特点为：旋轮外缘薄，中间厚，采用圆角过渡，旋轮外缘的径向宽度需大于零件法兰的径向宽度。第六旋轮13和第七旋轮14的圆角半径分别为r5、r6，外缘高度分别为h5、h6。第六旋轮13和第七旋轮14放置于板料外缘开角根部，第六旋轮13和第七旋轮14之间存在一定间隙，第六旋轮13沿着轴向向上进给，第七旋轮14沿着轴向向下进给。第三旋轮4和第五旋轮5持续做被动旋转。板料外缘开角受旋轮的作用向芯轴靠拢，第一法兰20、第二法兰21、第一筒体18、第二筒体19完全成形，形成最终的带法兰的双向筒形零件。

其中，在一些实施例中，上芯模1和下芯模2为能够带动圆形板料3旋转的主动轮，第一旋轮至第八旋轮均为通过与板料接触而被带动旋转的被动轮。这样，通过被动轮对板料的各个部分进行旋压成型，减少了第一至第八旋轮在加工过程中主动转动对零件内部结构的破坏。

下面结合图1至图11对本发明的具体实施例做详细说明：

本发明以双向筒形零件15为例，零件外筒壁直径d1为90mm，零件外径d2为130mm，单向筒壁高度为h1为35mm，筒壁总高度为h2为70mm，筒壁厚度t2为5mm，筒底厚度t1为10mm，法兰与直筒间的外圆角r1为3mm。

具体成形步骤如下：

第1步：如图1至图3所示，根据体积不变原理，选取的初始圆形板料3的厚度t0为10mm，直径d0为160mm。将圆形板料3放置于上芯模1与下芯模2之间，通过上芯模1和下芯模2对圆形板料3进行压紧，上芯模1与下芯模2带动圆形板料3做轴向旋转，上芯模1与下芯模2的旋转速度为300rpm；上芯模1左侧放置第三旋轮4，下芯模2的左侧放置第五旋轮5，为后续零件法兰部分成形做准备。第一旋轮6位于板料厚度中心面上，第一旋轮6的断面开角θ1为60°，沿着圆形板料3的径向进给，第一旋轮6的径向进给速度为0.4mm/s，第一旋轮6的进给量f＝(d0-d1)/2＝30mm。第一旋轮6在圆形板料的作用下做被动旋转，最终将圆形板料外缘区域劈开，获得第一加工件7。

第2步：如图4和图5所示，将第一旋轮6更换为第八旋轮8，第八旋轮8的断面开角与第一旋轮6一致，第八旋轮8的断面圆角r2为5mm；第八旋轮8沿着第一加工件7的径向进给，第八旋轮8的进给速度为0.8mm/s。最终获得板料8，板料8的外缘开角受第八旋轮8进给作用产生变形，外缘开角有小幅度的增大，外缘开角根部成形出小圆角，获得第二加工件8，为后续成形工序做准备。

第3步：如图6和图7所示，将第八旋轮8更换为第二旋轮9和第四旋轮10，第二旋轮9和第四旋轮10的圆角半径分别为r3、r4，其值均为10mm，第二旋轮9和第四旋轮10的外缘高度分别为h3、h4，其值均为12mm。将第二旋轮9和第四旋轮10放置于板料外缘开角内侧，大致位于板料外缘区域的中心。第二旋轮9和第四旋轮10之间存在一定间隙，第二旋轮9沿着轴向向上进给，第四旋轮10沿着轴向向下进给，第二旋轮9和第四旋轮10的进给速度均为0.4mm/s。在旋压过程中，板料外缘开角逐渐接触到第三旋轮4及第五旋轮5，第三旋轮4及第五旋轮5开始做被动旋转，第三旋轮4及第五旋轮5在旋转过程中限制板料外缘的变形。在第二旋轮9和第四旋轮10轴向进给结束时，零件的外缘径向收缩，且零件法兰部分初步成形，获得第三加工件11。

第4步：如图8所示，将第二旋轮9和第四旋轮10再次放置于板料外缘开角内侧，旋轮9和旋轮10之间存在一定间隙，旋轮9沿着轴向向上进给，旋轮10沿着轴向向下进给，第二旋轮9和第四旋轮10的进给速度均为0.4mm/s。板料外缘在第二旋轮9和第四旋轮10的作用下继续径向收缩，第三旋轮4及第五旋轮5持续做被动旋转。由于第三旋轮4及第五旋轮5与法兰之间为线接触，相互之间摩擦较小，对法兰区域径向收缩的阻力较小，成形过程中法兰区域持续向芯轴处靠拢。成形结束后，法兰区域宽度增加，板料外缘开角增大，板料的径向宽度变小，获得第四加工件12。

5、第5步：如图9只图11所示，将第二旋轮9和第四旋轮10更换为第六旋轮13和第七旋轮14，第六旋轮13和第七旋轮14为阶梯型旋轮，其结构特点为：旋轮外缘薄，中间厚，采用圆角过渡，旋轮外缘的径向宽度需大于零件法兰的径向宽度。第六旋轮13和第七旋轮14的圆角半径分别为r5、r6，其值均为3mm，第六旋轮13和第七旋轮14的外缘高度分别为h5、h6，其值均为5mm。将第六旋轮13和第七旋轮14放置于板料外缘开角根部，第六旋轮13和第七旋轮14之间存在一定间隙，第六旋轮13沿着轴向向上进给，第七旋轮14沿着轴向向下进给，第六旋轮13和第七旋轮14的进给速度均为0.4mm/s。第三旋轮4及第五旋轮5持续做被动旋转。板料外缘开角受旋轮的作用向芯轴靠拢，法兰及筒壁完全成形，形成最终的双向筒形零件15。

本发明提供了全新的一种带法兰的双向筒形零件的旋压成形方法，此方法与普通旋压成形工艺相比具有以下技术优点：

1、本发明成形过程稳定，不会产生板料在旋压增厚过程中的失稳折叠问题。成形过程中板料金属纤维流向均匀，零件力学性能均匀。

2、本发明中，旋轮与板料之间始终保持着较小的接触面积，径向及轴向的成形力较低。采用上下旋轮限制板料金属流向的方式来成形法兰区域，上下旋轮与法兰之间为滑动摩擦，避免了普通旋压工艺中板料与芯模接触面积过大所导致的金属流动不畅的问题，使得成形后零件筒壁及法兰区域厚度分布均匀。

3、本发明首次提出采用两个旋轮同时反方向进给的方式来成形带法兰的双向筒形零件，零件在成形过程中受力均匀，且生产效率显著提高。

整体来说：本发明成形出带法兰的双向筒形零件，零件具有表面质量高、力学性能均匀、成形精度高、材料利用率高、生产效率高、生产成本低等优点，具有很好的应用价值和发展前景。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构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发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。