一种具有系列化旋轮工作型面的组合式旋轮的制作方法

本发明涉及机械设计与制造技术领域，具体是一种用于旋压加工型面可换的组合式旋轮。

背景技术：

旋压加工是先进近净塑性成形技术的重要组成部分，旋压成形过程旋轮对坯料的作用近似局部点加载，材料变形区单位面积所受压力大，而所需总的变形力较小，因此大大降低了机床设备的功率；另一方面构件旋压成形过程无金属切削，材料利用率高且最终成形构件几乎不需再加工处理。因此，旋压加工又属于现代绿色制造技术范畴，在航空、航天、航海、兵器、汽车、工程机械等行业中广泛应用。

在实际的企业生产中，采用旋压技术生产的产品主要是依靠旋轮对坯料近似的局部点加载而渐进成形的，然而在此成形过程中，旋轮的有效工作型面，长时间处于和坯料接触摩擦的状态，在企业的批量生产中，旋轮的有效工作型面极易磨损，从而导致产品形状和尺寸精度降低，长期的磨损最终使得旋轮的有效工作型面彻底失效。目前，在生产中为了保证加工效率和产品的质量，当旋轮工作面彻底失效之后则必须更换新的旋轮，而仅因为旋轮的有效工作型面的磨损导致整个旋轮的报废使得生产成本增加，同时也带来了很大的资源浪费。

类似的，在国内外机械制造行业中，尤其是在金属切削加工中，切削加工用的车刀同样也存在切削刃的磨损问题。在早前的传统刀具中主要采用整体车刀等为主，然而整体车刀在切削刃磨损后就需要重磨，这样不仅降低了生产效率，长期下去就会导致整个刀柄的报废；为了解决这个问题，目前在工厂生产中已经普遍采用先进的机夹可转位车刀，当切削刃磨损后不需要重磨，只需要转换刀位或更换刀片即可，从而可降低刀具的刃磨费用和提高切削效率，避免了因切削刃失效导致整个刀柄的报废，同时也有利于实现刀具的标准化。然而，在数控旋压加工中刀具(即旋轮)普遍为整体刀具，尚无分离式或组合式旋轮。

在国内，西北工业大学长期致力于旋压成形相关的研究，经过在旋压成形技术的工艺、理论与装备等方面积累的大量理论基础和工程经验，在专利号为201110154980.7的发明创造中公开了一种带横向内筋件旋压用芯模及后移脱模方法，在专利号为201210118362.1的发明创造中公开了一种有止动台的分形旋压模具及该止动台的确定方法，在专利号为201110310989.2的发明创造中公开了一种带横向内筋件旋压用芯模及脱模方法，在专利号为201210118361.7的发明创造中公开了一种有十字形键的分形旋压模具及该十字形键的确定方法，在专利号为201210144751.1的发明创造中公开了一种用于筒形件正向旋压机构，在专利号为201210145201.1的发明创造中公开了一种随旋轮转动的筒形件正向旋压压圈，在专利号为201010535565.1的发明创造中公开了一种带横向内筋大型复杂曲母线薄壁构件旋压成形芯模等有关旋压加工方面的专利。但上述专利的核心内容主要集中在旋压成形用的芯模上和辅助工装上，机床和旋轮方面的考虑尚无。徐信森等在公告号为cn205020960u的实用新型专利中公开了一种普旋、强旋多功能旋轮，刘军等在公开号为cn101879546a的发明创造中公开了一种板制皮带轮的旋压工艺及用于该工艺的成型旋轮，薛祥义等在公告号为cn207308675u的实用新型专利中公开了一种强力旋压机复合旋压用旋轮，周敏等在公告号为cn206415465u的实用新型专利中公开了一种用于旋压增厚工艺的旋轮，但上述发明创造中涉及到的旋轮只是提出了新的旋轮形状，该旋轮仍是整体式结构，工作型面不能改变，故而也就不能实现旋轮工作型面的成套化、系列化和标准化。邬小萍在公开号为cn104741429a的发明创造中公开了一种组合式旋轮及其成形异形件的旋压方法，该发明创造中所述组合式旋轮由工作旋轮和固定旋轮构成，可通过改变并列的三个旋轮相对位置来实现工作型面的改变，但该结构的旋轮工作型面仅局限于2种，而且各个旋轮均为整体式结构，工作型面无法拆卸，因此该结构也不利于具有多工作型面的成套化、系列化和标准化旋轮的实现。

此外，c.c.wong等在(areviewofspinning,shearformingandflowformingprocesses，internationaljournalofmachinetools&manufacture43(2003)1419–1435)中，sebastian等在(anoptimizationapproachinnon-circularspinning，journalofmaterialsprocessingtechnology229(2016)417–430)中，l.kwiatkowski等在(fundamentalsforcontrollingthicknessandsurfacequalityduringdielessnecking-inoftubesbyspinning，cirpannals-manufacturingtechnology62(2013)299–302)中，o.music等在(areviewofthemechanicsofmetalspinning，journalofmaterialsprocessingtechnology210(2010)3–23)中等文献中提到的旋压加工旋轮均为整体式结构旋轮，也无法实现旋轮工作型面的拆卸和改变。综上所述，对比机械切削加工和旋压加工，目前国内外针对旋压加工用的旋轮均为整体旋轮，尚无型面可换的组合式新型结构旋轮。因此，一方面为了提高生产效率、降低生产成本、避免仅仅因旋轮有效工作型面失效而导致整个旋轮的报废的问题，另一方面，为了使旋轮更易成套化、系列化和标准化及响应绿色低碳的制造理念，有必要发明一种具有型面可换的组合式旋压加工用旋轮。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的仅仅因旋轮有效工作型面失效而导致整个旋轮的报废的不足，本发明提出了一种具有系列化旋轮工作型面的组合式旋轮。

本发明包括旋轮轮芯、旋轮工作型面和紧固挡圈。其中：所述旋轮工作型面套装在旋轮轮芯上，并使该旋轮轮芯的小直径段与旋轮工作型面的小内径段干涉配合；使均匀分布在旋轮工作型面内表面的多个凸键分布插入旋轮轮芯大直径端端面上的键槽内。紧固挡圈位于所述旋轮工作型面大直径端的端面处，并套装在所述旋轮轮芯的小直径段上。

所述旋轮轮芯的外圆周表面为阶梯状，其中大直径端的外径与旋轮工作型面的最大内表面干涉配合，小直径段的外径与旋轮工作型面的最小内表面干涉配合。所述旋轮轮芯小直径端的外圆周表面为与所述紧固挡圈配合的螺纹面。所述旋轮轮芯阶梯差的端面均布有多个键槽。

所述旋轮工作型面有多个，并且各旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角的半径为ri，所述的ri是第i个旋轮鼻尖圆角；i＝1,2,…n，n是旋轮工作型面的数量；各所述旋轮工作型面的内圆周表面均为阶梯面，在该阶梯差端面处的圆周上均布有多个轴向的矩形凸键，各凸键与所述旋轮轮芯阶梯差的端面均布的矩形键槽嵌合。

当各旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角半径ri不同时，形成了不同型面系列化的旋轮工作型面；当各旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角半径ri相同时，形成了相同型面系列化的旋轮工作型面。

所述旋轮工作型面大内径段的内径与所述旋轮轮芯的大外径端的外径相同，所述旋轮工作型面大内径段的内径与所述旋轮轮芯的小外径端的外径相同。

使用时，根据加工要求选用相应的旋轮工作型面，当需要改变旋压角度时，仅需更换旋轮工作型面，即可方便的实现旋轮的更换。当某个旋轮工作型面磨损后，仅需更换具有相同旋轮鼻尖圆角半径r的旋轮工作型面，亦方便的实现旋轮的更换。本发明避免了多次更换旋轮所造成的不便，有效的降低了加工成本。

具体过程如下：

i、系列化旋轮工作型面与旋轮轮芯的装配

取所述系列化旋轮工作型面中任意一个，使其中心孔大径d＇和小径d0＇与旋轮轮芯的直径为d的大端和直径为d0的小端进行轴孔配合，同时旋轮工作型面上的六个矩形外齿与旋轮轮芯的六个矩形内齿配合。

ii、旋轮工作型面与旋轮轮芯配合的锁紧

在所取的任意系列化旋轮工作型面之一与旋轮轮芯装配完毕后，再使所述内径为d1的紧固挡圈与外径为d0的旋轮轮芯的小端通过内外螺纹进行连接，拧紧直至旋轮工作型面与旋轮轮芯配合紧密可靠，利用螺纹的预紧力作用防止受载后旋轮轮芯和旋轮工作型面之间出现间隙或发生相对滑移。

iii、若在旋压加工中需要使用r1、r2、r3、r4、r5系列化旋轮工作型面中的任意其它工作型面，则只需根据上述方法拆卸旋轮型面，然后再按上述方法更换上所需的工作型面即可。至此完成了这种具有型面可换的组合式新型结构旋压加工用旋轮的装配。

若在旋压加工中，旋轮工作型面磨损，将磨损的旋轮工作型面拆卸后更换具有相同旋轮鼻尖圆角半径r的旋轮工作型面即可继续旋压加工。

与现有技术相比较，本发明通过采用非整体式的旋轮结构，将旋轮分成旋轮轮芯、系列化旋轮工作型面和紧固挡圈等模块。当有效工作型面磨损失效后，则不会致使整个旋轮的报废，只需更换所述旋轮工作型面即可；同时所述的非整体式结构旋轮及相应配套的系列化旋轮工作型面r1、r2、r3、r4、r5能够实现工作型面的改变，还有利于旋轮不同工作型面的成套化、系列化和标准化。因此，相对于传统整体式旋轮，本发明所采用的非整体式结构旋轮及配套工作型面不仅能够有效地避免现有旋压成形中使用的旋轮因其有效工作面磨损而导致整个旋轮报废的问题，从而有效地降低了生产成本，有利于实现绿色制造，并且通过更换旋轮工作型面满足旋压工艺中对不同工作型面的使用需求。

附图说明

图1为旋轮轮芯的结构示意图，其中，图1a是主视图，图1b是图1a的俯视图，图1c是图1a的侧视图。

图2为本系列化旋轮工作型面的结构示意图，其中，图2a是主视图，图2b是图2a的俯视图，图2c是图2a的侧视图。

图3为紧固挡圈的俯视图。

图4为本发明的结构分解视图。

图5为本发明的结构示意图。

图中：

1.旋轮轮芯；2.旋轮工作型面；3.紧固挡圈。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种不同型面系列化的组合式旋轮，包括旋轮轮芯1、旋轮工作型面2和紧固挡圈3。其中：

所述旋轮工作型面2套装在旋轮轮芯1上，并使该旋轮轮芯的小直径段与旋轮工作型面的小内径段干涉配合；使均匀分布在旋轮工作型面内表面的多个凸键分布插入旋轮轮芯大直径端端面上的键槽内。紧固挡圈3位于所述旋轮工作型面大直径端的端面，并通过螺纹安装在所述旋轮轮芯的小直径段上。

所述旋轮轮芯1为中空回转体。该旋轮轮芯的外圆周表面为阶梯状，其中大直径端的外径与旋轮工作型面2的最大内表面干涉配合，小直径段的外径与旋轮工作型面2的最小内表面干涉配合。本实施例中，旋轮轮芯大直径端的外径d＝140mm，小直径端的外径d0＝128mm，内孔的孔径d＝60mm；旋轮工作型面中心孔大径均为d＇＝140mm，中心孔小径均为d0＇＝128mm。所述旋轮轮芯小直径端的外圆周表面为与所述紧固挡圈3配合的螺纹面。所述旋轮轮芯阶梯差的端面均布有多个矩形的凹槽，各矩形凹槽为与旋轮工作型面内表面各凸键配合的键槽，通过二者的配合，为旋轮工作型面2提供转矩。所述旋轮轮芯1的内孔为等径孔。

本实施例中，所述键槽的径向宽度b＝6mm，轴向深度为h＝10mm，周向长度为l＝12mm。所述旋轮轮芯1内孔的孔径d＝60mm。

所述旋轮工作型面2有多个，并且各旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角半径ri不同，形成了不同型面系列化的旋轮工作型面。

各所述旋轮工作型面均为中空回转体。各所述旋轮工作型面的外圆周表面均为锥面，其大外径端端面与外圆周表面之间呈圆角，该圆角即为旋轮鼻尖圆角ri，所述的ri是第i个旋轮鼻尖圆角；i＝1,2,…n，n是旋轮工作型面的数量。本实施例中，i＝5，即所述旋轮工作型面2有五个，并且各所述旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角分别为r1、r2、r3、r4和r5，并且r1＝1mm，r2＝2mm，r3＝3mm，r4＝4mm，r5＝5mm。

各所述旋轮工作型面的内圆周表面均为阶梯面，在该阶梯差端面处的圆周上均布有多个轴向的矩形凸键，各凸键与所述旋轮轮芯阶梯差的端面均布的矩形键槽嵌合。所述凸键的径向宽度b＇＝6mm，轴向深度为h＇＝10mm，周向长度为l＇＝12mm。所述旋轮工作型面2大内径段的内径与所述旋轮轮芯1的大外径端的外径相同，所述旋轮工作型面2大内径段的内径与所述旋轮轮芯1的小外径端的外径相同。

所述紧固挡圈3为六角内螺纹止动挡圈，其内表面有与所述旋轮轮芯1的小直径端外螺纹配合的内螺纹，作用是利用螺纹连接的紧固作用使旋轮轮芯1与所述旋轮工作型面2装配连接起来，并通过紧固挡圈3限制旋轮轮芯1和旋轮工作型面2的轴向窜动，保证旋轮转动工作时的平稳运行。

本实施例的材料均选取冷作模具钢cr12mov。所述的旋轮工作型面有五个，各旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角分别为r1、r2、r3、r4、r5，依次分别为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm。由于五种旋轮工作型面的主体结构及尺寸均相同，仅工作型面的鼻尖圆角半径不同，在实际旋压生产中，只需根据加工需要选取相应的旋轮工作型面与旋轮轮芯1进行装配，并通过紧固挡圈3固紧，通过更换旋轮工作型面满足旋压工艺中对不同工作型面的使用需求。

实施例2

本实施例是一种相同型面系列化的组合式旋轮，包括旋轮轮芯1、旋轮工作型面2和紧固挡圈3。

其中：所述旋轮工作型面2套装在旋轮轮芯1上，并使该旋轮轮芯的小直径段与旋轮工作型面的小内径段干涉配合；使均匀分布在旋轮工作型面内表面的多个凸键分布插入旋轮轮芯大直径端端面上的键槽内。紧固挡圈3位于所述旋轮工作型面大直径端的端面，并通过螺纹安装在所述旋轮轮芯的小直径段上。

本实施例中的旋轮轮芯1的结构特征与实施例1所述不同型面系列化的组合式旋轮中的旋轮轮芯的结构特征相同。

本实施例中的紧固挡圈3的结构特征与实施例1所述不同型面系列化的组合式旋轮中的紧固挡圈的结构特征相同。

本实施例中的旋轮工作型面的结构特征与实施例1中记载的不同型面系列化的组合式旋轮中的旋轮工作型面的结构特征相似。不同之处在于，多个所述旋轮工作型面2的旋轮鼻尖圆角半径ri相同，形成了相同型面系列化的旋轮工作型面。

各所述旋轮工作型面均为中空回转体。各所述旋轮工作型面的外圆周表面均为锥面，其大外径端端面与外圆周表面之间呈圆角，该圆角即为旋轮鼻尖圆角ri，所述的ri是第i个旋轮鼻尖圆角；i＝1,2,…n，n是旋轮工作型面的数量。本实施例中，i＝3，即所述旋轮工作型面2有三个，并且各所述旋轮工作型面的旋轮鼻尖圆角r分别为r1、r2和r3，并且r1＝r2＝r3。本实施例中，旋轮鼻尖圆角r＝3mm。

使用时，由于各旋轮工作型面的主体结构及尺寸均相同，其中一个旋轮工作型面与旋轮轮芯1和紧固挡圈3组合为组合式旋轮，当该旋轮工作型面磨损后，通过更换新的旋轮工作型面，使该组合式旋轮能够重新之处使用，有效地避免了因旋轮工作型面磨损而导致整个旋轮报废，降低了生产成本。