一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法与流程

本发明涉及一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法，属于金属塑性加工领域，适用于圆弧类零件的低成本、快速成形。

背景技术：

等厚圆弧类零件与环形零件等在许多工业领域都有应用。小尺寸的此类零件如法兰垫片等可采用冷冲裁方法加工，但较大零件的加工却存在一定的难度。采用塑性弯曲的方法成形等厚圆弧类零件时，弯曲件的外缘容易开裂而内缘容易起皱，厚度的均匀性难以保证，尤其是厚度较小的圆弧形零件弯曲成形问题较多，厚度越薄成形越困难。采用传统的模锻成形方法需要多道工序，成本高、效率低，而且材料的利用率也低。辊压面内连续弯曲成形方法，利用梯形截面的板条坯料在宽度方向上受到不均匀压缩的特点，使板条沿宽度方向产生不均匀分布的伸长量，从而导致压缩后板条产生面内侧向弯曲变形，通过合理地设计伸长量的分布，板条坯料连续辊压变形后便可形成等厚的圆弧形零件。这种成形方法的设备结构简单、造价低，能实现圆弧类零件的高效、低成本加工，并能提高材料的利用率，该成形方法具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种等厚度圆弧类零件的连续辊压成形方法，以满足金属塑性加工领域对该类零件加工技术的需求。

为了解决以上技术问题，本发明提出的技术方案如下：

一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法，以带有凸台型面的上工作辊和带有凹槽型面的下工作辊作为成形工具，通过对梯形截面的板条坯料的连续辊压，使其产生沿宽度方向不均匀分布的伸长量，形成面内连续侧向弯曲变形，最终成形出等厚度的圆弧形零件，其特征在于，本方法的具体步骤如下：

步骤1：根据圆弧形零件及上工作辊和下工作辊的几何参数，设计板条坯料的几何形状参数：

1)板条坯料的梯形截面的宽度取为圆弧形零件的矩形截面的宽度b；板条坯料的梯形截面的一端的厚度取为圆弧形零件的矩形截面的厚度t；

2)计算辊压变形中的延伸率，当b/t≤20时，采用式(1)计算延伸率δ；当b/t＞20时，采用式(2)计算延伸率δ；

其中，r为上工作辊和下工作辊的工作半径，r为圆弧形零件的内径，μ为上工作辊和下工作辊与板条坯料之间的摩擦系数；

3)采用式(3)计算板条坯料的梯形截面的另一端的厚度t1：

4)采用式(4)计算板条坯料的长度l：

其中，α为圆弧形零件的中心角；

步骤2：根据圆弧形零件与板条坯料的几何形状参数，设计出用于辊压成形的上工作辊的凸台型面与下工作辊的凹槽型面：

上工作辊的凸台型面的截面设计成高度为a1宽度为b1的矩形截面，凸台型面的凸台型面底面到上工作辊的中心线的距离为其中s1为上工作辊与下工作辊之间的间隙，其值为s1＝0.5～1.0mm；凸台型面的矩形截面的尺寸由式(5)与式(6)确定：

a1＝t1-t+s1(5)

b1＝b(6)

下工作辊(2)的凹槽型面的截面设计成深度为a2宽度为b2的矩形截面，凹槽型面的凹槽型面顶面到下工作辊的中心线的距离为凹槽型面的矩形截面的尺寸由式(7)与式(8)确定：

a2＝t1(7)

b2＝b+s2(8)

其中s2为上工作辊的凸台与下工作辊的凹槽之间的间隙，其值取为s2＝0.1～0.2mm；

步骤3：根据步骤2设计的上工作辊的凸台截面与下工作辊的凹槽截面，沿上工作辊的圆周方向加工成凸台型面，沿下工作辊的圆周方向加工成凹槽型面，在辊压过程中上工作辊和下工作辊之间形成的间隙与圆弧形零件的矩形截面的形状和尺寸完全相同，通过上工作辊与下工作辊对梯形截面的板条坯料辊压，使板条坯料连续侧向弯曲成为等厚度的圆弧形零件。

进一步的技术方案包括：

板条坯料可在室温下进行冷辊压成形，也可以对板条坯料高温加热后进行热辊压成形。

所述的上工作辊的凸台型面与下工作辊的凹槽型面直接加工在上工作辊与下工作辊上。

所述的上工作辊的凸台型面加工在一个上模具上，下工作辊的凹槽型面加工在一个下模具上，上模具通过上模具固定螺钉固定安装在工作辊上，下模具通过下模具固定螺钉固定安装在下工作辊上。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法，加工圆弧形零件所需的成形力小，设备结构简单、造价低，能实现圆弧类零件的高效、低成本加工，并能提高材料的利用率，而且由于连续辊压成形过程完整地保存了材料的组织流线，所成形的零件具有良好的力学性能。该成形方法可以满足金属塑性加工领域对等厚圆弧类零件加工新技术的需求，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法中成形开始时刻的示意图；

图2为本发明所述的一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法中成形过程中某一时刻的示意图；

图3为圆弧形零件示意图；

图4为板条坯料沿图1、图2中a-a方向的剖面图；

图5为圆弧形零件沿图1、图3中b-b方向的剖面图；

图6为图1中c-c方向剖面图；

图7为图6中d-d方向剖面图；

图8为上工作辊的凸台截面示意图；

图9为下工作辊的凹槽截面示意图；

图10为工作辊与模具的安装结构示意图。

图中：1.上工作辊，2.下工作辊，3.板条坯料，4.圆弧形零件，5.梯形截面，6.矩形截面，7.凸台型面底面，8.凹槽型面顶面，9.上模具，10.下模具，11.上模具固定螺钉，12.下模具固定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的工作过程及其实施步骤。

一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法，以带有凸台型面的上工作辊1和带有凹槽型面的下工作辊2作为成形工具(如图1、图6、图7所示)，通过对梯形截面的板条坯料3的连续辊压，使其产生沿宽度方向不均匀分布的伸长量，最终形成面内连续侧向弯曲变形(如图1)，成形出等厚度的圆弧形零件4。

板条坯料3可在室温下进行冷辊压成形，也可以高温加热后进行热辊压成形。

上工作辊1的凸台型面可以直接加工在上工作辊1上，下工作辊2的凹槽型面可以直接加工在下工作辊2上。

如图10所示，上工作辊1的凸台型面也可以加工在一个上模具9上，下工作辊2的凹槽型面也可以加工在一个下模具10上，上模具9通过上模具固定螺钉11固定安装在工作辊1上，下模具10通过下模具固定螺钉12固定安装在下工作辊2上。

本发明所述的一种等厚度圆弧类零件的辊压面内连续弯曲成形方法的具体步骤如下：

步骤1：根据圆弧形零件4及上工作辊1和下工作辊2的几何参数，设计板条坯料3的几何形状参数，具体过程为：

1)如图3所示，板条坯料3的梯形截面5的宽度取为圆弧形零件4的矩形截面6的宽度b；板条坯料3的梯形截面5的一端的厚度取为圆弧形零件4的矩形截面6的厚度t；

2)计算辊压变形中的延伸率。当b/t≤20时，采用式(1)计算延伸率δ；当b/t＞20时，采用式(2)计算延伸率δ；

其中，r为上工作辊1和下工作辊2的工作半径(如图6和图7)，r为圆弧形零件4的内径(如图3)，μ为上工作辊1和下工作辊2与板条坯料3之间的摩擦系数；

3)采用式(3)计算板条坯料3的梯形截面5的另一端的厚度t1：

4)采用式(4)计算板条坯料3的长度l：

其中，α为圆弧形零件4的中心角(如图3)；

步骤2：根据圆弧形零件4与板条坯料3的几何形状参数，设计出用于辊压成形的上工作辊1的型面与下工作辊2的型面：

上工作辊1的凸台型面的截面设计成高度为a1宽度为b1的矩形截面，凸台型面的凸台型面底面7到上工作辊1的中心线的距离为其中s1为上工作辊1与下工作辊2之间的间隙(如图6)，其值为s1＝0.5～1.0mm；如图8所示，凸台型面的矩形截面的尺寸由式(5)与式(6)确定；

a1＝t1-t+s1(5)

b1＝b(6)

下工作辊2的凹槽型面的截面设计成深度为a2宽度为b2的矩形截面，凹槽型面的凹槽型面顶面8到下工作辊2的中心线的距离为(如图6)；如图9所示，凹槽型面的矩形截面的尺寸由式(7)与式(8)确定；

a2＝t1(7)

b2＝b+s2(8)

其中s2为上工作辊1的凸台与下工作辊2的凹槽之间的间隙，其值取为s2＝0.1～0.2mm；

步骤3：根据步骤2设计的上工作辊1的凸台截面与下工作辊2的凹槽截面，沿上工作辊1的圆周方向加工成凸台型面，沿下工作辊2的圆周方向加工成凹槽型面(如图10)，在辊压过程中上下辊之间形成的间隙与圆弧形零件4的矩形截面6的形状和尺寸完全相同，通过上工作辊1与下工作辊2对梯形截面的板条坯料3辊压，使板条坯料3连续侧向弯曲成为等厚度的圆弧形零件4。