本发明属于旋压成形技术领域，具体涉及一种带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺。
背景技术：
带环向内加强筋曲母线薄壁结构是机械设备零部件设计时常用的结构形式，该结构形式的零部件能够显著提高零部件刚度、强度，减轻重量。该结构形式的零部件的内外型面一般以曲母线形、椭球形等复杂曲面为主，带环向内加强筋，薄壁壁厚一般在1.5mm～3mm，直径一般为Φ300mm～Φ600mm。
该类零部件具有结构复杂，加工难度大、材料利用率低、合格率低等难点，例如采用锻件车铣加工，其材料利用率仅为10～20％左右；同时由于壁厚很薄，刚度非常低，机械加工也很困难，难以满足批量生产的需求。此外，若采用铸件的话，虽然材料利用率得到提高，但对于厚度只有1.5mm～3mm的零部件，在铸造砂眼、疏松等各种铸造缺陷的影响下，零部件合格率很低，且机械性能无法满足使用要求。因此，对于带环向内曲母线薄壁壳体类零部件成形方法首选旋压成形工艺。
《航天制造技术》2006年12月第6期“带内加强筋曲母线零部件旋压成形技术”中介绍了采用剪切强旋结合加热外旋压工艺制造带环向内加强筋曲母线薄壁壳体，旋压加工完成后，为了把旋制的零部件卸下，芯模必须设计成分体式；并且每加工一个零部件，芯模必须装卸一次，加工周期长，效率极低；零部件带着模具进行外型面机加，脱模时需要进行加热，由于加热过程中控制温度的均匀性难度较大，脱模后零部件容易产生变形，外型面精度显著降低。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的带环向内加强筋曲母线薄壁结构零部件的加工周期长、加工效率极低的问题缺陷，而提出一种带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺，用于成形带环向内加强筋曲母线薄壁壳体。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺，所述内旋压成形工艺包括如下步骤：
步骤一，旋压毛坯预成形：依次采用卷板焊和机加的方法制造出旋压毛坯；所述旋压毛坯的形状为回转体，母线为由多段直线组成的折线；并根据后期装卡方式的不同而选择在所述旋压毛坯的大端或者是小端成形出外凸或是内凸的工艺环；
步骤二，退火：采用退火工艺，消除步骤一中的所述旋压毛坯预成形时产生的内应力；
步骤三，旋压：所述带环向内加强筋曲母线薄壁壳体内旋压成形时，经过退火后的所述旋压毛坯固定安装在所述旋压模具内型腔内，并确定旋压毛坯的装卡方式进行旋压；
步骤四，机加：所述旋压毛坯经过旋压后的工件的内外型面不用再进行加工；所述工件的长度方向有一定的工艺余量，在车床上通过工装把所述工件找正后，并将所述工件长度方向上的工艺余量机加掉即可。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，步骤三中，所述装卡方式为所述旋压毛坯小端装卡固定或所述旋压毛坯大端装卡固定。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述装卡方式为所述旋压毛坯小端装卡固定时，步骤一旋压毛坯预成形中的旋压毛坯小端成形出外凸或是内凸的工艺环，旋压工艺具体为：先进行旋压毛坯蒙皮段的旋压，然后进行旋压毛坯大端加强框的旋压，旋轮轴向进给方向为从旋压毛坯小端到旋压毛坯大端；卸掉旋压毛坯的固定螺钉和压料环，最后进行旋压毛坯小端加强框的旋压，旋轮轴向进给方向为从旋压毛坯大端到旋压毛坯小端。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述装卡方式为所述旋压毛坯大端装卡固定时，步骤一旋压毛坯预成形中的旋压毛坯大端成形出外凸或是内凸的工艺环，旋压工艺具体为：依次对旋压毛坯大端加强框、旋压毛坯蒙皮段、旋压毛坯小端加强框进行旋压，旋轮轴向进给方向均为从旋压毛坯大端到旋压毛坯小端。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述旋压毛坯大端加强框、所述旋压毛坯蒙皮段和所述旋压毛坯小端加强框三段均采用强旋工艺一次成形。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述旋压毛坯在进行内旋压时，所述旋压毛坯安装固定在所述旋压模具内型腔内，且紧贴所述旋压模具的内壁面；旋轮位于所述旋压模具内型腔内，且所述旋压毛坯位于所述旋压模具内型腔的腔壁与所述旋轮之间，所述旋轮在转动的过程中，所述旋轮的外表面紧压在所述旋压毛坯的表面上；力平衡轮位于所述旋压模具的外部，且所述力压平衡轮的外表面紧压在所述旋压模具的外壁面。
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述旋轮与所述旋压模具的内壁面之间的间隙设置为t1-a，其中：t1为旋压毛坯经过旋压后要求的壁厚，a为旋压毛坯材质的反弹厚度；
在如上所述的内旋压成形工艺，优选，所述旋压毛坯在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：主轴转速为30rpm～80rpm(例如35rpm、40rpm、45rpm、50rpm、55rpm、60rpm、65rpm、70rpm、75rpm)；进给比为0.3mm/min～0.6mm/min(例如0.35mm/min、0.40mm/min、0.45mm/min、0.50mm/min、0.55mm/min、0.58mm/min、)；旋轮圆角半径为4mm～8mm(例如4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm)。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
1)本发明提供的技术方案用于成形带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的生产效率大大提高，避免了外旋压成形带环向内加强筋曲母线薄壁壳体时采用的分瓣模设计，本发明可以实现带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的批量生产，而不是外旋压时的单件生产。
2)本发明提供的技术方案工艺简单、操作方便，采用简单的强旋工艺代替了复杂的普旋工艺。
3)本发明生产出的产品的精度得到显著提高，主要在于零部件的型面精度和壁厚精度都较外旋压工艺成形零部件有一定提高，本发明的零部件外型面与外切面样板间隙由0.4mm提高到0.15mm，壁厚精度由±0.15mm提高到了±0.05mm。
4)本发明提供的技术方案经济效益明显，缩短生产周期，节约了人力成本，简化机加工艺，降低了加工成本。
附图说明
图1为本发明实施例中内旋压时旋轮、旋压毛坯、旋压模具和力平衡轮之间的位置结构示意图；
图2为本发明实施例中两种不同旋压毛坯固定方式的内旋压示意图(左侧图a为小端装卡固定示意图；右侧图b为大端装卡固定示意图)；
图3为本发明实施例中小端装卡固定内旋压模具和毛坯装配示意图；
图4为本发明实施例中大端装卡固定内旋压模具和毛坯装配示意图；
图5为本发明实施例中小端装卡固定工件成形过程示意图(左侧图a为经过预成形后的旋压毛坯；中部图b为经过旋压后的工件；右侧图c为经过机加后的工件)。
图中：1-力平衡轮；2-旋压模具；3-旋压毛坯；4-旋轮；5-第一旋压毛坯；6-第二旋压毛坯；7-卸料环；11-压料环；12-卸料盘；13-顶料装置；14-第一螺钉；15-第二螺钉；16-连接体；17-连接螺栓；18-机床主轴。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，本发明中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1-图5所示，本发明的具体实施例提供一种带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺，内旋压工艺不同于外旋压工艺，本发明的旋轮4和旋压毛坯3均在旋压模具2型腔的内部，成形时旋压毛坯3、旋轮4和旋压模具2的位置关系具体如图1所示：旋压毛坯3在进行内旋压时，旋压毛坯3安装固定在旋压模具2内型腔内，且紧贴旋压模具2的内壁面；旋轮4位于旋压模具2内型腔内，且旋压毛坯3位于旋压模具2内型腔的腔壁与旋轮4之间，旋轮4在转动的过程中，旋轮4的外表面紧压在旋压毛坯3的表面上；力平衡轮1位于旋压模具2的外部，且力压平衡轮的外表面紧压在旋压模具2的外壁面。一般情况下，带环向内加强筋曲母线薄壁壳体(可称为工件)的直径为Ф300mm～Ф400，由于旋压模具2内部的内型腔空间有限，本发明采用一个旋轮4进行旋压，而现有技术中外旋压一般采用两个或三个旋轮4进行旋压。同时为了保证内旋压时力的平衡，本发明在旋压模具2的外部安装了一个力平衡轮1。
本发明具体实施例中带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺包括如下步骤：
步骤一，旋压毛坯3预成形：依次采用卷板焊和机加的方法制造出旋压毛坯3；旋压毛坯3的形状为回转体，母线为由多段直线组成的折线；并根据后期装卡方式的不同而选择在旋压毛坯3的大端或者是小端成形出外凸或是内凸的工艺环。
步骤二，退火：采用退火工艺，消除步骤一中的旋压毛坯3预成形时产生的内应力。
步骤三，内旋压：带环向内加强筋曲母线薄壁壳体内旋压成形时，经过退火后的旋压毛坯3固定安装在旋压模具2内型腔内，并确定旋压毛坯3的装卡方式进行旋压。
装卡方式为旋压毛坯3小端装卡固定或旋压毛坯3大端装卡固定，装卡方式不同，旋压毛坯3的形状尺寸有区别。
在本发明中，为了便于旋压毛坯3的不同卡装方式的描述，将装卡方式为旋压毛坯3小端装卡固定时的毛坯称为第一旋压毛坯5；将装卡方式为旋压毛坯3大端装卡固定时的毛坯称为第二旋压毛坯6。
1)当装卡方式为旋压毛坯3小端装卡固定时，旋压毛坯3预成形中的旋压毛坯3小端成形出外凸或是内凸的工艺环，旋压工艺具体为：先进行第一旋压毛坯5蒙皮段的旋压，然后进行第一旋压毛坯5大端加强框的旋压，旋轮4轴向进给方向为从第一旋压毛坯5小端到第一旋压毛坯5大端；卸掉第一旋压毛坯5的固定螺钉和压料环11，最后进行第一旋压毛坯5小端加强框的旋压，旋轮4轴向进给方向为从第一旋压毛坯5大端到第一旋压毛坯5小端。第一旋压毛坯5大端加强框、第一旋压毛坯5蒙皮段和第一旋压毛坯5小端加强框三段均采用强旋工艺一次成形。
进一步优选，当装卡方式为旋压毛坯3小端装卡固定时，旋压模具2和第一旋压毛坯5的相对位置关系如图2中的左侧a图所示，第一旋压毛坯5小端与旋压模具2的内旋芯模接触。
再优选地，旋压模具2、第一旋压毛坯5以及装卸料工装的装配关系如图3所示，通过连接螺栓17把连接体16和机床主轴18连接，旋压模具2和连接体16通过第二螺钉15连接，调整连接螺栓17的松紧来调整旋压模具2内表面的径向跳动，径向跳动一般应小于0.05mm，同时也应保证连接体16和机床主轴18的端面间隙符合工艺要求，一般为0.05mm～0.25mm。按照图3所示进行第一旋压毛坯5的安装，把顶料装置13行进到图3所示旋压模具2的相对位置，按卸料盘12、第一旋压毛坯5、压料环11的先后顺序进行安装，通过第一螺钉14把卸料盘12、第一旋压毛坯5、压料环11与旋压模具2连接。旋压时，先进行第一旋压毛坯5蒙皮段旋压，然后进行第一旋压毛坯5大端加强框的旋压，旋轮4轴向进给方向为从图3所示左端到右端；卸掉压料环11和第一螺钉14，把顶料装置13退回到旋压模具2的最左端，最后进行第一旋压毛坯5小端加强框的旋压，旋轮4轴向进给方向为从图3所示右端到左端；第一旋压毛坯5大端加强框、蒙皮段和小端加强框三段均采用强旋工艺一次成形，旋轮4与旋压模具2的内壁面之间的间隙设置为t1-a，其中：t1为第一旋压毛坯5经过旋压后要求的壁厚，a为第一旋压毛坯5材质的反弹厚度。卸料时，通过顶料油缸推动顶料装置13由图3所示从左向右运动，顶出带环向内加强筋曲母线薄壁壳体(可称为工件)。
进一步优选地，第一螺钉14的数量为6个；第二螺钉15的数量为6个；连接螺栓17的数量为6个。
第一旋压毛坯5在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：
主轴转速为30rpm～80rpm；
进给比为0.3mm/min～0.6mm/min；
旋轮4圆角半径为4mm～8mm。
如图5所示，为本发明实施例中小端装卡固定工件成形过程示意图，左侧图a为经过预成形后的旋压毛坯；中部图b为经过旋压后的工件；右侧图c为经过机加后的工件。
2)当装卡方式为旋压毛坯3大端装卡固定时，旋压毛坯3预成形中的旋压毛坯3大端成形出外凸或是内凸的工艺环，旋压工艺具体为：依次对第二旋压毛坯6大端加强框、第二旋压毛坯6蒙皮段、第二旋压毛坯6小端加强框进行旋压，旋轮4轴向进给方向均为从第二旋压毛坯6大端到第二旋压毛坯6小端。第二旋压毛坯6大端加强框、第二旋压毛坯6蒙皮段和第二旋压毛坯6小端加强框三段均采用强旋工艺一次成形。
进一步优选，当装卡方式为旋压毛坯3小端装卡固定时，旋压模具2和第二旋压毛坯6的相对位置关系如图2中的右侧b图所示，第二旋压毛坯6大端与旋压模具2的内旋芯模接触。
再优选地，旋压模具2、第二旋压毛坯6以及装卸料工装的装配关系如图4所示，通过连接螺栓17把连接体16和机床主轴18连接，旋压模具2和连接体16通过第二螺钉15连接，调整连接螺栓17的松紧来调整旋压模具2内表面的径向跳动，径向跳动一般应小于0.05mm，同时也应保证连接体16和机床主轴18的端面间隙符合工艺要求，一般为0.05mm～0.25mm。按照图4所示进行第二旋压毛坯6的安装，把顶料装置13和卸料盘12退回到旋压模具2的最左端，并把卸料盘12固定，按照卸料环7、第二旋压毛坯6、压料环11的顺序依次安装，然后通过第一螺钉14把第二旋压毛坯6、压料环11、卸料环7和旋压模体连接固定。旋压时，依次对第二旋压毛坯6大端加强框、薄壁蒙皮段、小端加强框进行旋压，这三段也均采用强旋工艺依次成形，旋轮4轴向进给方向均为从图4所示右端到左端，旋轮4与旋压模具2内型腔面的间隙也设置为t1-a，其中：t1为第二旋压毛坯6经过旋压后要求的壁厚，a为第二旋压毛坯6材质的反弹厚度。卸料有两种方式，第一种方式是通过卸料环7进行卸料，卸料时，卸料环7上有多个顶丝孔，通过螺钉把卸料环7顶出，卸料环7会带动第二旋压毛坯6一起往图4所示右方移动，顶出一定行程后，带环向内加强筋曲母线薄壁壳体(可称为工件)会自动脱落；第二种方式是通过顶料装置13进行卸料，通过顶料油缸推动顶料装置13由图4所示从左向右运动，顶出带环向内加强筋曲母线薄壁壳体(可称为工件)。
进一步优选地，第一螺钉14的数量为6个；第二螺钉15的数量为6个；连接螺栓17的数量为6个。
第二旋压毛坯6在进行内旋压时的具体的旋压工艺参数包括：
主轴转速为30rpm～80rpm；
进给比为0.3mm/min～0.6mm/min；
旋轮4圆角半径为4mm～8mm。
当一道次材料减薄率超过材料的成形极限时，可以进行多道次旋压，保证每道次材料减薄率不超过材料的成形极限，两道次旋压中间进行去应力退火。旋压毛坯3小端装卡时，每道次模具的内型面形状一样，但直径尺寸有一定差别，相邻两道次模具的内径尺寸相差0.5mm，保证经过前一道次旋压的工件能顺利装入后一道次的模具。旋压毛坯3大端装卡时，每道次模具的内型面相差较大，需要根据具体产品确定。
步骤四，机加：旋压毛坯3经过旋压后的工件的内外型面不用再进行加工；工件的长度方向有一定的工艺余量，在车床上通过工装把工件找正后，并将工件长度方向上的工艺余量机加掉即可。
在本发明中，内旋压工艺的设备为专用旋压机，主要由主轴箱、导轨、侧床身、力平衡装置、液压站等部分组成。旋轮4与选用模具内型面的间隙通过侧床身上旋臂的轴向和径向的移动来保证。最终道次模具的内型面与产品的外型面的形状和尺寸一致，最终产品的外型面靠旋压模具2保证。
总而言之，本发明的一种带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺具体步骤为：①旋压毛坯3预成形，根据装卡方式不同在毛坯的大端或者是小端要成形出外凸或是内凸的工艺环；②退火，消除旋压毛坯3预成形时产生的内应力；③旋压，共有两种装卡方式，毛坯小端装卡固定和大端装卡固定；装卡方式不同，毛坯的形状尺寸有区别；④机加。
实施例1
本实施例采用本发明中的带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺，工艺流程如下：旋压毛坯3预成形→退火→第一道次旋压→淬火→第二道次旋压→自然时效→切断。
采用旋压毛坯3小端装卡固定方式，旋压工艺参数如下：
主轴转速：30 rpm～80rpm；
进给比：0.3 mm/min～0.6mm/min；
旋轮4圆角半径R：4mm～8mm。
经过本实施例的成形工艺所成形的带环向内加强筋薄壁壳体的尺寸如下：
长度：284mm±0.05mm；
小端外径：340mm±0.1mm；
大端内径：360mm±0.1mm；
蒙皮段壁厚：1.65mm±0.05mm；
小端加强框厚度：2mm～5.2mm；
外型面曲母线：
材料：2A12；
交付状态：T4。
实施例2
本实施例采用本发明中的带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的内旋压成形工艺，工艺流程如下：旋压毛坯3预成形→退火→旋压→淬火→自然时效→切断。
采用旋压毛坯3大端装卡固定方式，旋压工艺参数如下：
主轴转速：30rpm～50rpm；
进给比：0.3mm/min～0.6mm/min；
旋轮4圆角半径R：4mm～8mm；
经过本实施例的成形工艺所成形的带环向内加强筋薄壁壳体的尺寸如下：
长度：560mm±0.1mm；
小端外径：471.2mm±0.1mm；
大端内径：540mm±0.1mm；
蒙皮段壁厚：2mm±0.1mm；
小端加强框厚度：6mm；
外型面曲母线：
材料：2A12；
强度要求：抗拉强度≥360MPa。
综上所述，本发明具有如下有益技术效果：
1)本发明提供的技术方案用于成形带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的生产效率大大提高，避免了外旋压成形带环向内加强筋曲母线薄壁壳体时采用的分瓣模设计，本发明可以实现带环向内加强筋曲母线薄壁壳体的批量生产，而不是外旋压时的单件生产。
2)本发明提供的技术方案工艺简单、操作方便，采用简单的强旋工艺代替了复杂的普旋工艺。
3)本发明生产出的产品的精度得到显著提高，主要在于零部件的型面精度和壁厚精度都较外旋压工艺成形零部件有一定提高，本发明的零部件外型面与外切面样板间隙由0.4mm提高到0.15mm，壁厚精度由±0.15mm提高到了±0.05mm。
4)本发明提供的技术方案经济效益明显，缩短生产周期，节约了人力成本，简化机加工艺，降低了加工成本。
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、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。