一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置及工艺的制作方法

本发明属于塑性成形技术领域，具体涉及一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置及工艺。

背景技术：

气体绝缘金属封闭开关设备(gis)在当今国内外电力系统中发挥着极为重要的作用。gis壳体是以六氟化硫作为绝缘和灭弧介质，将其高压带电部分封闭在金属壳体内，其侧壁要留有用于所需管路联接的支管法兰。对于gis壳体，其密封性要求很高，在制造壳体的过程中应尽量避开焊缝，如果采用马鞍形开孔焊接法兰，将形成尖角、焊缝等处有毛刺，造成电场集中，出现局部放电，降低了开关的使用性能。

目前，gis壳体支管的加工普遍采用翻边工艺成形。具体工艺是首先在gis壳体的母体上预开椭圆孔，然后冲压翻边成形得到支管，这种方法直边质量不高，孔凸缘边缘处容易产生裂纹，且法兰往往不贴膜，需要后期手工修模，对于不同尺寸的支管，需要制造相应的冲压模具，成本高，周期长，并且冲压模具尺寸很大，需要相应的辅助送进机构，装夹过程繁琐，控制难度大。中国专利(申请号cn201810130058.6)提出了一种大口径厚壁筒体渐进柔性翻边装置及工艺，这种结构和工艺能够实现支管的柔性成形，但是成形的支管仍需要将法兰焊接在支管上，形成焊缝，成形过程中只有一个工具头运动，成形效率低，而且单工具头会使筒体受力不均，影响成形质量。中国专利(申请号cn201810130059.0)提出了一种正反复合渐进成形衬环整体法兰装置及工艺，其针对的是平板的翻边扩口成形，筒形件的受力特点与板料完全不同，此专利中衬环成形后与换热器压板成为一个整体，下垫板的结构也只适用于平板成形，其工具头扩口端部为半球形，半径与圆柱部分半径相同，在筒形件成形过程中圆柱部分容易与材料接触，因此其装置和工艺无法应用在筒形件支管法兰一体化成形，且成形过程只有一个工具头，成形效率低，受力不均匀。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提出一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置及工艺，实现了大型壳体支管法兰的一体化柔性成形，装夹过程更加简单，提高成形效率，成形质量高。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置，包括机架、工作台和对称工具头系统，工作台安装在机架上，工作台上连接有对称工具头系统；

所述机架包括下底座5，下底座5上通过立柱4支撑有上座3，上座3上设有凹模2，凹模2上支撑有筒体1，筒体1上开有的椭圆孔和凹模2配合；

所述上座3和下底座5之间安装有工作台，工作台包括连接在四根导柱8上的z轴移动平台6，四根导柱8的两端固定在下底座5、上座3上，z轴移动平台6的左右两侧与第一丝杠7和第二丝杠9配合连接，第一丝杠7和第二丝杠9固定在下底座5、上底座3上，第一丝杠7的下端安装有第一齿轮25，第一齿轮25通过第一同步带26和安装在第五电机28上的同步轮27连接；第二丝杠9的下端安装有第二齿轮30，第二齿轮30通过第二同步带29和同步轮27连接，第五电机28固定在下底座5上；所述z轴移动平台6上安装有第一电机10，第一电机10输出轴和转台11连接，转台11上安装有对称工具头系统。

所述对称工具头系统包括导轨13，导轨13安装在转台11上，导轨13一端安装有第二电机12，第二电机12输出轴与第三丝杠14一端连接，第三丝杠14中心与转台11旋转中心重合，第三丝杠14两侧的螺纹旋向相反，第三丝杠14两侧装配有位置对称的第一底座15和第二底座21；第一底座15上安装有第三电机16，第三电机16输出轴与第一驱动机构17输入端连接，第一驱动机构17输出端通过第一联轴器18和第一工具头19连接；第二底座20上安装有第四电机21，第四电机21输出轴与第二驱动机构22输入端连接，第二驱动机构22输出端通过第二联轴器23和第二工具头24连接。

所述第一工具头19下端为夹持端19a，夹持端19a连接在第一联轴器23上；第一工具头19中部为翻边部分19b，翻边部分19b包括锥形型面和圆柱型面；第一工具头19上端为扩口部分19c，扩口部分19c包括圆柱部分和端部球头部分，端部球头部分直径大于圆柱部分；第二工具头24与第一工具头19结构相同。

所述对称工具头系统根据需要，设置成1-4对工具头，每对工具头的导轨在竖直方向错开分布，所有工具头绕转台11轴线周向对称分布，均处于同一水平面上。

所述一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置的工艺，包括以下步骤：

1)将开有椭圆孔的筒形件1支撑在由第一半凹模2a和第二半凹模2b组成的凹模2上，筒形件1椭圆孔、凹模2、转台11的轴线重合；

2)移动所有工具头，使工具头翻边部分锥型面与筒形件1需要翻边部分外缘接触；

3)所有工具头沿规划好的路径运动，使筒形件1需要翻边部分向下翻起；

4)移动所有工具头，使工具头翻边部分圆柱型面与筒形件1向下翻起的部分接触，所有工具头沿规划好的路径运动，使筒形件1向下翻起的部分变为90°；

5)重复步骤3)、4)进行多道次翻边，直至筒形件1需要翻边的部分都变为90°；

6)翻边过程完成后，移动所有工具头，使工具头扩口部分球型面与筒形件1翻边部分接触；

7)所有工具头沿规划好的路径运动，逐步将筒形件1翻边成90°的部分扩开，最终将筒形件1需要扩口的部分扩为与翻边部分成90°，成形出一体法兰；

9)所有工具头退出；

10)将第一半凹模2a和第二半凹模2b从筒形件1上取下，实现筒形件1支管法兰一体化成形。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过对称工具头系统实现了多对工具头的同步运动，实现了筒形件支管法兰的一体化成形，成形工艺柔性高，适合不同尺寸的厚壁筒形件支管法兰一体化成形，通用性好；不需要制造冲压模具及辅助送进机构，节约成本；装夹过程更加简单，而且多点对称式结构能有效提高成形效率，成形过程中筒形件受力更加均衡，成形质量高；同时通过多对工具头有效提高了成形效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的装置三维示意图。

图2为本发明实施例1的装置主视图。

图3为本发明实施例1的工作台三维示意图。

图4为本发明实施例1的工作台主视图。

图5为本发明实施例1的z轴移动平台示意图。

图6为本发明实施例2的2对工具头示意图。

图7为本发明实施例1的组成凹模的半凹模示意图。

图8为本发明实施例1、2的工具头示意图。

图9为本发明实施例1、2的翻边过程示意图。

图10为本发明实施例1、2的法兰成形过程示意图。

图11为实施例1、2的筒体成形后示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。

实施例1，本实施例采用1对工具头成形。

一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形装置，包括机架、工作台和对称工具头系统，工作台安装在机架上，工作台上连接有对称工具头系统；

参照图1、图2、图7，所述机架包括下底座5，下底座5上通过立柱4支撑有上座3，上座3上设有凹模2，凹模2上支撑有筒体1，筒体1上开有的椭圆孔和凹模2配合；

参照图2、图3、图5，所述上座3和下底座5之间安装有工作台，工作台包括连接在四根导柱8上的z轴移动平台6，四根导柱8的两端固定在下底座5、上座3上，z轴移动平台6能够沿导柱8上下移动；z轴移动平台6的左右两侧与第一丝杠7和第二丝杠9配合连接，第一丝杠7和第二丝杠9固定在下底座5、上底座3上，第一丝杠7的下端安装有第一齿轮25，第一齿轮25通过第一同步带26和安装在第五电机28上的同步轮27连接；第二丝杠9的下端安装有第二齿轮30，第二齿轮30通过第二同步带29和同步轮27连接，第五电机28固定在下底座5上，第五电机28带动同步轮27转动，同步轮27通过第一同步带26和第二同步带29带动第一齿轮25和第二齿轮30转动，再通过第一齿轮25和第二齿轮30分别带动第一丝杠7和第二丝杠9转动，实现z轴移动平台6沿四根导柱8上下移动；所述z轴移动平台6上安装有第一电机10，第一电机10输出轴和转台11连接，第一电机10带动转台11进行旋转，转台11上安装有对称工具头系统。

参照图3、图4，所述对称工具头系统包括导轨13，导轨13安装在转台11上，导轨13一端安装有第二电机12，第二电机12输出轴与第三丝杠14一端连接，第三丝杠14中心与转台11旋转中心重合，第三丝杠14两侧的螺纹旋向相反，第三丝杠14两侧装配有位置对称的第一底座15和第二底座21，第二电机12带动第三丝杠14旋转，从而带动第一底座15和第二底座21沿相反方向同步运动，第一底座15和第二底座21移动的速度和距离相同；第一底座15上安装有第三电机16，第三电机16输出轴与第一驱动机构17输入端连接，第一驱动机构17输出端通过第一联轴器18和第一工具头19连接，第三电机16通过第一驱动机构17和第一联轴器18实现第一工具头19旋转运动；第二底座20上安装有第四电机21，第四电机21输出轴与第二驱动机构22输入端连接，第二驱动机构22输出端通过第二联轴器23和第二工具头24连接，第四电机21通过第二驱动机构22和第二联轴器23实现第二工具头24旋转运动。

参照图8，所述第一工具头19下端为夹持端19a，夹持端19a连接在第一联轴器23上；第一工具头19中部为翻边部分19b，翻边部分19b包括锥形型面和圆柱型面；第一工具头19上端为扩口部分19c，扩口部分19c包括圆柱部分和端部球头部分，端部球头部分直径大于圆柱部分，保证扩口过程中球头部分与材料接触，避免扩口过程中圆柱部分与材料接触；第一工具头19通过第三电机16带动其绕自身轴线进行旋转运动；第二工具头24与第一工具头19结构相同。

本实施例运动原理：第五电机28带动同步轮27转动，同步轮27通过第一同步带26和第二同步带29带动第一齿轮25和第二齿轮30转动，再通过第一齿轮25和第二齿轮30分别带动第一丝杠7和第二丝杠9转动，实现z轴移动平台6沿四根导柱8上下移动，从而实现第一工具头19和第二工具头24沿竖直方向同步移动；第一电机10带动转台11旋转，实现第一工具头19和第二工具头24绕转台11轴线的同步旋转运动；第二电机12带动第三丝杠14旋转，实现第一工具头19和第二工具头24沿相反方向同步直线运动；第三电机16带动第一工具头19绕自身轴线进行旋转运动，第四电机21带动第二工具头24绕自身轴线进行旋转运动。

一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形工艺，采用1对工具头，包括以下步骤：

1)参照图1、图2，将开有椭圆孔的筒形件1支撑在由第一半凹模2a和第二半凹模2b组成的凹模2上，筒形件1椭圆孔、凹模2、转台11的轴线重合；

2)参照图9a，移动第一工具头19和第二工具头24，使工具头翻边部分锥型面与筒形件1需要翻边部分外缘接触；

3)参照图9b，第一工具头19和第二工具头24沿规划好的路径运动，使筒形件1需要翻边部分向下翻起；

4)参照图9c，移动第一工具头19和第二工具头24，使工具头翻边部分圆柱型面与筒形件1向下翻起的部分接触，第一工具头19和第二工具头24沿规划好的路径运动，使筒形件1向下翻起的部分变为90°；

5)重复步骤3)、4)进行多道次翻边，直至筒形件1需要翻边的部分都变为90°，如图9d所示；

6)参照图10a，翻边过程完成后，移动第一工具头19和第二工具头24，使工具头扩口部分球型面与筒形件1翻边部分接触；

7)参照图10b、图10c，第一工具头19和第二工具头24沿规划好的路径运动，逐步将筒形件1翻边成90°的部分扩开，最终将筒形件1需要扩口的部分扩为与翻边部分成90°，成形出一体法兰；

9)第一工具头19和第二工具头24退出；

10)将第一半凹模2a和第二半凹模2b从筒形件1上取下，实现筒形件1支管法兰一体化成形，如图11所示。

实施例2，参照图6，此实施例对称工具头系统采用2对工具头成形，2对工具头的导轨在竖直方向错开分布，所有工具头绕转台11轴线周向对称分布，均处于同一水平面上，其它结构和实施例1相同。

一种大型壳体支管法兰一体化复合渐进成形工艺，采用2对工具头，包括以下步骤：

1)参照图1、图2，将开有椭圆孔的筒形件1支撑在由第一半凹模2a和第二半凹模2b组成的凹模2上，筒形件1预制孔、凹模2、转台11的轴线重合；

2)参照图9a，移动所有工具头，使工具头翻边部分锥型面与筒形件1需要翻边部分外缘接触；

3)参照图9b，所有工具头沿规划好的路径运动，使筒形件1需要翻边部分向下翻起；

4)参照图9c，移动所有工具头，使工具头翻边部分圆柱型面与筒形件1向下翻起的部分接触，所有工具头沿规划好的路径运动，使筒形件1向下翻起的部分变为90°；

5)重复步骤3)、4)进行多道次翻边，直至筒形件1需要翻边的部分都变为90°，如图9d所示；

6)参照图10a，翻边过程完成后，移动所有工具头，使工具头扩口部分球型面与筒形件1翻边部分接触；

7)参照图10b、图10c，所有工具头沿规划好的路径运动，逐步将筒形件1翻边成90°的部分扩开，最终将筒形件1需要扩口的部分扩为与翻边部分成90°，成形出一体法兰；

9)2对工具头退出；

10)将第一半凹模2a和第二半凹模2b从筒形件1上取下，实现筒形件1支管法兰一体化成形，如图11所示。