带纵横内筋构件旋压成形模具及尺寸设计方法与流程

本发明涉及一种带纵横内筋构件旋压成形模具，还涉及这种带纵横内筋构件旋压成形模具的尺寸设计方法。

背景技术：

参照图1、2。文献“申请公布号是cn108213164a的中国发明专利”公开了一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，包括紧固螺钉1、上端盖2、组合芯模3、横向芯模4、纵向芯模5、紧固环6和基座7，其中组合芯模3包括内侧大外侧小的主动芯模3-1和内侧小外侧大的被动芯模3-2。安装时，将基座7竖直放置，紧固环6安装在基座7上；接着依次完成第一层组合芯模3、纵向芯模5、和第一层横向芯模4的安装，直至完成所有组合芯模3、横向芯模4和纵向芯模5的安装；最后将底部带圆环的坯料套在芯模上，盖上上端盖2，通过紧固螺钉1固定，完成带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及待加工坯料的安装，再通过螺钉将该芯模装置安装到旋压机主轴上。脱模时，拧下基座7与旋压机主轴的紧固螺钉，拆下带旋压件的复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置；再拧下上端盖2顶部紧固螺钉1，取下上端盖2；将连接紧固环6和基座7的紧固螺钉1拧开，将旋压件连同上端盖2、组合芯模3、横向芯模4和纵向芯模5一起从基座7上取出；从下到上分层按照主动芯模3-1、被动芯模3-2、纵向芯模5、横向芯模4的顺序依次拆下，最终取下带复杂纵横内筋筒形旋压件。

不难看出，文献公开的多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法存在以下缺陷：

一、带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的安装及脱模过程复杂，而且复杂程度随着主动芯模、被动芯模、纵向芯模、横向芯模数量的增加而增加；安装及脱模过程难以实现机械化和自动化操作，不适用成形大尺寸、复杂纵横内筋数量较多的筒形构件。

二、每次旋压成形下一个零件时，需要按照顺序重新装配芯模，效率极低，耗费大量的人力物力，难以实现批量化生产。

三、反复拆装加快模具的磨损，降低模具使用寿命，同时旋压成形的带复杂纵横内筋筒形构件的尺寸精度随着模具的磨损而降低。

技术实现要素：

为了克服现有旋压成形模具实用性差的不足，本发明提供一种带纵横内筋构件旋压成形模具及尺寸设计方法。模具包括紧固螺钉、上端盖、主动芯模、被动芯模、横向筋槽，纵向筋槽，紧固环及基座。所述的主动芯模和被动芯模的外表面带纵向筋槽和横向筋槽，内侧带有圆形截面的滑杆，基座的主轴上带有圆形截面滑动槽。通过滑杆与滑动槽的精密配合实现了模具安装和带纵横内筋构件脱模过程中主动芯模和被动芯模的定向移动和位置的精确控制。通过改变主动芯模和被动芯模与内侧的圆形截面滑杆之间的肋板高度，控制了主动芯模和被动芯模的运动次序，避免了主动芯模和被动芯模在移动的过程中相互干涉以及与横筋相干涉的问题。该模具安装及脱模过程简单，容易实现机械化和自动化操作，适用于成形大尺寸、复杂纵横内筋数量较多的筒形构件，由于滑杆和滑动槽的配合，每次旋压成形下一个零件时，不需要按照顺序重新装配芯模，效率极高，易实现批量化生产，无需反复拆装加快模具，保证了模具使用寿命和带复杂纵横内筋筒形构件的尺寸精度，实用性好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带纵横内筋构件旋压成形模具，包括紧固螺钉1、上端盖2、紧固环6及基座7，其特点是：还包括主动芯模3-1、被动芯模3-2、横向筋槽4-1和纵向筋槽5-1。所述的紧固环6安装在主动芯模3-1和被动芯模3-2的下端，上端盖2安装在主动芯模3-1和被动芯模3-2的上端，紧固螺钉1通过上端盖2的中心孔将上端盖2、主动芯模3-1、被动芯模3-2、紧固环6固定在基座7上。所述的纵向筋槽5-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2圆周上对称分布，位于每个主动芯模3-1和被动芯模3-2圆弧截面中心线上，横向筋槽4-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2组合后的同一高度截面上。每个主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆位于相应的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧圆弧截面中心线上。所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆中间通过肋板连接，肋板的厚度小于滑杆圆形截面的直径。所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2在除去纵向筋槽5-1和横向筋槽4-1以及肋板的主体部位同一截面壁厚相同。所述的主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角小于被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角。所述的被动芯模3-2截面外侧的弦长小于两个相邻主动芯模3-1表面的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长。所述的被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度相同。所述的主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度不同，靠近紧固环6端低，远离紧固环6端高，高度呈连续变化。所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆完全进入滑动槽内部完成装配后，整个模具外表面呈圆柱形，没有缝隙。所述的基座7主轴所带的圆形截面滑动槽的截面直径取滑杆圆形截面加工尺寸的上偏差。所述的基座7主轴与被动芯模3-2接触的基座7主轴区域拔模斜度为被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角的余角，与主动芯模3-1对应的基座7主轴区域拔模斜度为主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角的余角。所述的基座7主轴垂直于中心轴线的截面与被动芯模3-2接触区外凸，与主动芯模3-1接触区内凹。

一种上述带纵横内筋构件旋压成形模具的尺寸设计方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2的数目：主动芯模3-1和被动芯模3-2的数目相等，且数目之和等于纵向筋槽5-1的数目。纵向筋槽5-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2圆周上对称分布，位于每个主动芯模3-1和被动芯模3-2圆弧截面中心线上，相邻纵向筋槽5-1之间的角度满足公式(1)：

式中，n是纵向筋槽5-1的数目，满足n≥4且n为偶数。

步骤二、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧滑杆倾角：每个主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆位于相应的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧圆弧截面中心线上。主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角为β小于被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角α。主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角β存在最大夹角值βmax。

β≤βmax(2)

最大夹角值βmax通过主动芯模3-1和被动芯模3-2之间的分割线与水平方方向之间的夹角γ及被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在圆形截面半径之间的夹角α确定。

步骤三、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2的尺寸：主动芯模3-1和被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆中间通过肋板连接，肋板的厚度小于滑杆圆形截面的直径。主动芯模3-1和被动芯模3-2在除去筋槽部位和肋板部位的同一截面壁厚相同。被动芯模3-2截面外侧的弦长小于两个相邻主动芯模3-1表面上的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长：

2rsin(δ/2)<2(r-d1)sin(θ/2)(4)

式中，δ是被动芯模3-2截面外侧弦长所对应的圆心角，θ是两个相邻主动芯模3-1表面的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长所对应的圆心角，r是带纵横内筋构件旋压成形模具的半径，d1是横向筋槽4-1深度。主动芯模3-1截面所在的圆形最小半径r满足公式(5):

r>d1tanαcotβmax(5)

被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度相同，始终为b1。主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度不同，靠近紧固环6端低，远离紧固环6端高，高度呈连续变化：

式中，b2是主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板的最大高度，h是主动芯模3-1和被动芯模3-2的长度。

步骤四、确定基座的尺寸：主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧滑杆完全进入滑动槽内部完成装配后，整个模具外表面呈圆柱形，没有缝隙。基座7主轴所带的圆形截面滑动槽的截面直径取滑杆圆形截面加工尺寸的上偏差。基座7主轴与被动芯模3-2接触的基座7主轴区域的拔模斜度为α的余角，与主动芯模3-1对应的基座7主轴区域的拔模斜度为β的余角。基座7主轴垂直于中心轴线的截面与被动芯模3-2接触区外凸，与主动芯模3-1接触区内凹。被动芯模3-2的内壁完全贴合基座7主轴外表面，主动芯模3-1内壁与基座7主轴外表面之间有间隙，最大间隙值b3通过公式(7)确定：

步骤五、模具尺寸设计合理性验证：紧固环6、主动芯模3-1和被动芯模3-2整体反向位移h满足公式(8)时，带纵横内筋构件的横筋能顺利脱模，同时说明模具尺寸是合理的。

d1tanα≤h≤h(8)。

本发明的有益效果是：本发明模具包括紧固螺钉、上端盖、主动芯模、被动芯模、紧固环及基座。所述的紧固环安装在主动芯模和被动芯模的下端，上端盖安装在主动芯模和被动芯模的上端，紧固螺钉通过上端盖的中心孔将上端盖、主动芯模、被动芯模、紧固环固定在基座上，纵向筋槽在主动芯模和被动芯模圆周上对称分布，位于每个主动芯模和被动芯模圆弧截面中心线上，横向筋槽在主动芯模和被动芯模组合后的同一高度截面上。内侧带有圆形截面滑杆的主动芯模和被动芯模与主轴带有圆形截面滑动槽的基座精密配合实现了模具安装和带纵横内筋构件脱模过程中主动芯模和被动芯模的定向移动和位置的精确控制。主动芯模与内侧的圆形截面滑杆之间的肋板高度大于在基座主轴同一截面处的被动芯模与内侧的圆形截面滑杆之间的肋板高度，实现了在主动芯模和被动芯模同时移动的过程中，主动芯模较被动芯模先向径向运动，解决了主动芯模和被动芯模在移动的过程中干涉的问题。主动芯模与内侧的圆形截面滑杆之间的肋板采用不同的高度解决了脱模过程中与带纵横内筋构件的横筋干涉的问题。该模具安装及脱模过程简单，容易实现机械化和自动化操作，适用于成形大尺寸、复杂纵横内筋数量较多的筒形构件，由于滑杆和滑动槽的配合，每次旋压成形下一个零件时，不需要按照顺序重新装配芯模，效率极高，易实现批量化生产，无需反复拆装加快模具，保证了模具使用寿命和带复杂纵横内筋筒形构件的尺寸精度，实用性好。

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

附图说明

图1是背景技术复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图。

图2是背景技术纵横内筋筒形构件旋压成形芯模俯视图。

图3是本发明带纵横内筋构件旋压成形模具的结构示意图。

图4是图3的a-a剖视图。

图5是图3中上端盖的零件图。

图6是图3中主动芯模的零件图。

图7是图3中被动芯模的零件图。

图8是图3中基座的零件图。

图9是图3中紧固环的零件图。

图10是主动芯模和被动芯模组合后的剖视图。

图11是主动芯模和被动芯模组合后的俯视图。

图12是图3中带纵横内筋构件旋压成形模具的剖视图。

图中，1-紧固螺钉，2-上端盖，3-组合芯模，3-1-主动芯模，3-2-被动芯模，4-横向芯模，4-1-横向筋槽，5-纵向芯模，5-1-纵向筋槽，6-紧固环，7-基座。

具体实施方式

以下实施例参照图3－12。

模具实施例：

本发明带纵横内筋构件旋压成形模具包括紧固螺钉1、上端盖2、主动芯模3-1、被动芯模3-2、横向筋槽4-1，纵向筋槽5-1，紧固环6及基座7。所述的紧固环6安装在主动芯模3-1和被动芯模3-2的下端，上端盖2安装在主动芯模3-1和被动芯模3-2的上端，紧固螺钉1通过上端盖2的中心孔将上端盖2、主动芯模3-1、被动芯模3-2、紧固环6固定在基座7上。

所述的纵向筋槽5-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2圆周上对称分布，位于每个主动芯模3-1和被动芯模3-2圆弧截面中心线上，横向筋槽4-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2组合后的同一高度截面上。

所述的每个主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆也位于相应的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧圆弧截面中心线上。

所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆中间通过肋板连接，肋板的厚度小于滑杆圆形截面的直径。

所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2在除去纵向筋槽5-1和横向筋槽4-1以及肋板的主体部位同一截面壁厚相同。

所述的主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角小于被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角。

所述的被动芯模3-2截面外侧的弦长小于两个相邻主动芯模3-1表面的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长。

所述的被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度相同。

所述的主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度不同，靠近紧固环6端低，远离紧固环6端高，高度呈连续变化。

所述的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆完全进入滑动槽内部完成装配后，整个模具外表面呈圆柱形，没有缝隙。

所述的基座7主轴所带的圆形截面滑动槽的截面直径取滑杆圆形截面加工尺寸的上偏差。

所述的基座7主轴与被动芯模3-2接触的基座7主轴区域拔模斜度为被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角的余角，与主动芯模3-1对应的基座7主轴区域拔模斜度为主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角的余角。

所述的基座7主轴垂直于中心轴线的截面与被动芯模3-2接触区外凸，与主动芯模3-1接触区内凹。

方法实施例：

本发明带纵横内筋构件旋压成形模具的尺寸设计方法具体步骤如下：

步骤1、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2的数目。

主动芯模3-1和被动芯模3-2的数目相等，它们数目之和等于纵向筋槽5-1的数目。纵向筋槽5-1在主动芯模3-1和被动芯模3-2圆周上对称分布，位于每个主动芯模3-1和被动芯模3-2圆弧截面中心线上，相邻纵向筋槽5-1之间的角度满足公式(1)：

式中，n是纵向筋槽5-1的数目，满足n≥4且为n偶数。

步骤2、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧滑杆倾角。

每个主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧的滑杆也位于相应的主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧圆弧截面中心线上。主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角为β小于被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角α。主动芯模3-1内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在截面半径之间的夹角β存在最大夹角值βmax。

β≤βmax(2)

最大夹角值βmax通过主动芯模3-1和被动芯模3-2之间的分割线与水平方方向之间的夹角γ及被动芯模3-2内侧滑杆中心线与基座7主轴中心线所在圆形截面半径之间的夹角α确定。

步骤3、确定主动芯模3-1和被动芯模3-2的尺寸。

主动芯模3-1和被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆中间通过肋板连接，肋板的厚度小于滑杆圆形截面的直径。主动芯模3-1和被动芯模3-2在除去筋槽部位和肋板部位的同一截面壁厚相同。被动芯模3-2截面外侧的弦长小于两个相邻主动芯模3-1表面上的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长：

2rsin(δ/2)<2(r-d1)sin(θ/2)(4)

式中，δ是被动芯模3-2截面外侧弦长所对应的圆心角、θ是两个相邻主动芯模3-1表面的纵向筋槽5-1底部所在同心圆之间的弦长所对应的圆心角、r是带纵横内筋构件旋压成形模具的半径，d1是横向筋槽4-1深度。主动芯模3-1截面所在的圆形最小半径r满足公式(5):

r>d1tanαcotβmax(5)

被动芯模3-2与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度相同，始终为b1。主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板高度不同，靠近紧固环6端低，远离紧固环6端高，高度呈连续变化：

式中，b2是主动芯模3-1与内侧的圆形截面的滑杆之间的肋板的最大高度，h是主动芯模3-1和被动芯模3-2的长度。

步骤4、确定基座7的尺寸。

主动芯模3-1和被动芯模3-2内侧滑杆完全进入滑动槽内部完成装配后，整个模具外表面呈圆柱形，没有缝隙。基座7主轴所带的圆形截面滑动槽的截面直径取滑杆圆形截面加工尺寸的上偏差。基座7主轴与被动芯模3-2接触的基座7主轴区域的拔模斜度为α的余角，与主动芯模3-1对应的基座7主轴区域的拔模斜度为β的余角。基座7主轴垂直于中心轴线的截面与被动芯模3-2接触区外凸，与主动芯模3-1接触区内凹。被动芯模3-2的内壁完全贴合基座7主轴外表面，主动芯模3-1内壁与基座7主轴外表面之间有间隙，最大间隙值b3通过公式(7)确定：

步骤5、模具尺寸设计合理性验证。

紧固环6、主动芯模3-1和被动芯模3-2整体反向位移h满足公式(8)时，带纵横内筋构件的横筋能顺利脱模，同时说明模具尺寸是合理的。

d1tanα≤h≤h(8)。