一种封头件的均匀加热旋压装置及旋压方法与流程

本发明涉及工件旋压成形技术领域，具体而言，涉及一种大型薄壁封头件无模旋压的均匀加热旋压装置及旋压方法。

背景技术：

随着中国航天工业的不断发展，对大型封头件的需求越来越广，大型薄壁封头作为燃料贮箱的关键组成部件，对燃料贮箱的容量、强度起到了关键性作用。传统的瓜瓣焊接的成形工件在焊缝处力学性能始终处于不稳定状态，传统的旋压加工方法极易产生局部减薄甚至加工破裂等缺陷。

专利文献cn201410570884.4，大径厚比大弓高比封头冲旋成型装置及冲旋方法和专利文献cn201710394315.2，大型薄壁封头件无模旋压成型工艺，提出了一种整体无模旋压工艺及其相应的旋压机床装备。然而，在实际旋压过程中，由于贮箱封头形状越来越复杂，在成型过程中往往需要进行加热旋压，目前封头旋压采用的加热方式是用火焰等加热，具体实施是对封头局部进行手持喷火加热。由于火焰温度较高，且温差较大，又是采用人工操作，故该方法存在明显加热温差大、工件受热不均匀且是局部受热，而许多材料在旋压过程中能承受的加热温度带较窄，使用火焰局部加热容易出现过加热状态，会严重影响最终成型件的成形精度和力学性能。

另外，工件在无模旋压过程中，由于工件下部没有模具，实际会出现工件底部下沉的现象，也就是工件底部的实际尺寸深度大于理论深度，也会影响工件的成形精度。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种封头件的均匀加热旋压装置及旋压方法，该旋压装置及旋压方法在工件成形过程中工件变形处加热温度均匀、稳定，并且能够有效地缓解工件底部下沉现象的发生。

为了实现上述目的，本发明提供了一种封头件的均匀加热旋压装置，旋压装置包括旋压支座和压板，压板用于将待成形工件固定在旋压支座的上端开口处，旋压装置还包括工件底部支承件、加热组件和可伸缩支承复位组件，工件底部支承件可上下运动地设置在旋压支座的内腔中，加热组件固定连接在工件底部支承件的下端，可伸缩支承复位组件安装在旋压支座内，可伸缩支承复位组件与工件底部支承件连接，以在成形工件时对工件底部支承件提供向上的支承力并在工件取出后使工件底部支承件和加热组件复位。

进一步地，加热组件包括支承梁、安装板和加热元件，支承梁固定连接在工件底部支承件的下端，安装板安装在支承梁上，且安装板围绕设置在工件底部支承件的外周，加热元件安装在安装板上。

进一步地，安装板水平设置；加热元件为电加热元件。

进一步地，工件底部支承件为一倒置的第一筒体，支承梁固定连接在第一筒体的下端，安装板和加热元件的高度低于第一筒体上沿的高度。

进一步地，安装板上设有多圈加热元件，多圈加热元件与第一筒体同圆心设置，且多圈加热元件的直径不相等。

进一步地，旋压支座的内壁上沿竖直方向安装有多根滑轨，支承梁的数量为多根，多根支承梁的端部分别通过一滑块滑动安装在一根滑轨上，多根滑轨沿旋压支座的内壁周向均布设置，多根支承梁沿第一筒体周向均布设置。

进一步地，可伸缩支承复位组件包括第一弹簧、倒置的第二筒体、第二弹簧和倒置的第三筒体，第一筒体套设在第二筒体的外部，第一弹簧设置在第一筒体和第二筒体之间，第二筒体套设在第三筒体的外部，第二弹簧设置在第二筒体和第三筒体之间，第三筒体的底部固定安装在旋压支座的底板上。

进一步地，第一筒体的下端设有用于限制第一筒体相对于第二筒体的轴向位移的第一限位板，第二筒体的下端设有用于限制第二筒体相对于第三筒体的轴向位移的第二限位板。

进一步地，旋压支座的内腔底部设有一底层隔热层，旋压支座的内壁面上设有一环形隔热层。

根据本发明的另一方面，提供了一种封头件的均匀加热旋压方法，采用上述的旋压装置对待成形工件进行旋压成形，该旋压方法包括以下步骤：

s1：将旋压装置固定在旋压机床的工作台上，通过所述压板将待成形工件固定在旋压支座的上端，此时工件底部支承件的上表面与待成形工件的底面相接触；

s2：通过旋压机床的旋轮对工件从压板的边沿向工件中心一圈一圈的进行旋压，同时开启加热组件对工件进行加热，在旋压过程中工件底部支承件和加热组件一起与工件的底部同步下沉，可伸缩支承复位组件的反弹力对工件的底部形成柔性支承；

s3：工件旋压完成后，取下工件，工件底部支承件和加热组件一起在可伸缩支承复位组件的作用下向上移动复位。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)相对于传统的火焰加热温度不均匀、温度不可控的旋压装置，本发明的旋压装置及旋压方法可以使旋压过程中工件变形处的温度可控并均匀，工件的成形精度高、力学性能好，使工件在成形过程中能够兼顾到性能，达到形性协同。

(2)传统的封头无模旋压成形的加工方法下部悬空，旋压过程中易出现下沉现象；本发明的旋压装置及旋压方法中，由第一筒体和可伸缩支承复位组件组成的机构对工件底部提供的反弹力可以有效地为工件旋压提供柔性支承，从而有效地缓解工件底部下沉现象的发生。

(3)本发明的旋压装置中所用机构成熟、原理简单、成本较低，具有很强的工程应用性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的旋压装置工件准备开始旋压时的结构示意图。

图2为本发明实施例的旋压装置工件成形后的结构示意图。

图3为图2中i处的局部放大图。

图4为图2中ii处的局部放大图。

图5为沿图2中a-a面的剖视示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、旋压支座；2、压板；3、加热组件；4、可伸缩支承复位组件；5、第一筒体；6、滑轨；7、滑块；8、底层隔热层；9、环形隔热层；31、支承梁；32、安装板；33、加热元件；41、第一弹簧；42、第二筒体；43、第二弹簧；44、第三筒体；51、第一限位板；100、工件；421、第二限位板；422、第一耳部；441、第二耳部。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。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。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图5，一种本发明实施例的封头件的均匀加热旋压装置，该旋压装置主要适用于大型薄壁封头件的无模旋压成形。由图可见，该旋压装置主要包括旋压支座1、压板2、工件底部支承件、加热组件3和可伸缩支承复位组件4。其中，旋压支座1呈筒形，用于放置待成形的工件100，压板2用于将待成形的工件100固定在旋压支座1的上端开口处；工件底部支承件可上下运动地设置在旋压支座1的内腔中心位置，加热组件3固定连接在工件底部支承件的下端，该工件底部支承件用于在工件100旋压成形时对工件100的底部提供支承，并且与加热组件3一起随着工件100的下沉而向下运动；可伸缩支承复位组件4安装在旋压支座1的内腔中，该可伸缩支承复位组件4与工件底部支承件相连接，用于在旋压成形工件100时，对工件底部支承件提供向上的支承力，并在工件100取出后使工件底部支承件和加热组件3一起向上运动复位。

上述的封头件的均匀加热旋压装置，通过在旋压支座1的内腔中设置工件底部支承件，将加热组件3固定连接在工件底部支承件的下端，在旋压支座1的内腔中安装可伸缩支承复位组件4，并将可伸缩支承复位组件4与工件底部支承件连接；在工件100旋压成形时，旋压机床的旋轮从压板2的边沿向工件100中心沿着旋压轨迹移动，使得工件100在旋轮作用下逐步从外往内向下一圈一圈的变形，变形中的工件100同步下压第一筒体5，随着工件100的向下变形，工件底部支承件和加热组件3一起同步向下移动，使得加热组件3与工件100的变形处始终保持在一个相对恒定的距离，将加热温度相对恒定地保持在某一温度，从而提高了工件100的成形精度和力学性能；并且，在工件100的旋压成形过程中，通过可伸缩支承复位组件4和工件底部支承件的上下运动，相当于给工件100的底部提供了一个柔性支承，可以抵抗工件100底部的下沉，有效地缓解工件100旋压过程中的下沉现象。

具体来说，在本实施例中，加热组件3包括支承梁31、安装板32和加热元件33。其中，支承梁31的一端固定连接在工件底部支承件的下端，安装板32固定安装在支承梁31上，且安装板32围绕设置在工件底部支承件的外周，加热元件33固定安装在安装板32上。如此设置，可将支承梁31、安装板32、加热元件33与工件底部支承件连接形成一个整体，随着工件底部支承件一起上下运动，使加热元件33与工件100的变形处的距离保持相对恒定。

需要说明的是，加热元件33的安装连接方式并不局限于上述的通过支承梁31和安装板32的安装方式，现有技术中的能够实现相同功能的安装方式均是可以的。

在本实施例中，加热元件33采用电加热元件。电加热元件以热辐射加热方式为主，热辐射的热量与距离关系很大，通过将加热元件33与工件底部支承件固定连接形成一体，可以使工件100的变形处始终与加热元件33保持同样的距离，从而使工件100在旋压变形过程中始终保持恒定的温度。

具体地，在本实施例中，工件底部支承件为一个倒置的第一筒体5，支承梁31固定连接在该第一筒体5的下端，安装板32和加热元件33的高度低于该第一筒体5上沿的高度，在加热元件33与第一筒体5的上沿之间形成一定的高度差。在工件100的旋压成形过程中，第一筒体5的上表面始终与工件100的底部保持接触。

在本实施例中，安装板32水平设置，在安装板32上设置有多圈环状的加热元件33，多圈加热元件33与第一筒体5同圆心设置，并且多圈加热元件33的直径不相等，形成多组同心圆，多圈加热元件33的布置方向与旋压机的旋轮的环形旋压变形方向一致。如此设置，可使工件100在成形过程中一直处于一种全局均匀加热状态，并将工件100的变形处的温度恒定地保持在某一温度。

在本实施例中，旋压支座1的内壁上沿竖直方向安装有多根滑轨6，支承梁31的数量为多根，多根支承梁31的端部分别通过一个滑块7滑动安装在一根滑轨6上，多根滑轨6沿旋压支座1的内壁周向均布设置，多根支承梁31沿第一筒体5周向均布设置。通过在旋压支座1的内壁上沿竖直方向设置滑轨6，将支承梁31通过滑块7滑动安装在滑轨6上，可以提高工件底部支承件和加热组件3一起上下运动时的稳定性。进一步地，通过将多根滑轨6沿旋压支座1的内壁周向均布设置，将多根支承梁31沿第一筒体5周向均布设置，可进一步提高其上下运动时的稳定性。在滑轨6的上端还设置有上限位块，用于限制支承梁31沿滑轨6向上运动的高度。

具体地，在本实施例中，可伸缩支承复位组件4主要包括第一弹簧41、倒置的第二筒体42、第二弹簧43和倒置的第三筒体44。其中，第一筒体5套设在第二筒体42的外部，第一弹簧41设置在第一筒体5和第二筒体42之间，第二筒体42套设在第三筒体44的外部，第二弹簧43设置在第二筒体42和第三筒体44之间，第三筒体44的底部固定安装在旋压支座1的底板上。

如此设置，在工件100的旋压成形过程中，第一筒体5、第一弹簧41、第二筒体42、第二弹簧43和第三筒体44整体相当于一个柔性支承，作用于工件100的底部，并且工件100越旋压到底部时，旋轮与工件100底部的距离越近，同时第一弹簧41、第二弹簧43的变形越大，柔性支承的力越大，恰好可以更好地抵抗工件100底部的下沉，使得该旋压装置可以有效地缓解工件100旋压过程中的下沉现象。

在本实施例中，第一筒体5的下端设置有用于限制第一筒体5相对于第二筒体42的轴向位移的第一限位板51；在第二筒体42的下端设置有用于限制第二筒体42相对于第三筒体44的轴向位移的第二限位板421。如此，可对第一筒体5和第二筒体42上下运动的行程进行轴向限位。

具体来说，在第一筒体5的下端开口处设置有第一限位板51，该第一限位板51的两端延伸至第一筒体5的内侧和外侧；支承梁31固定安装在第一限位板51延伸至第一筒体5外侧的一端；第二筒体42的上端外壁上设置有第一耳部422，该第一耳部422可用于对第一弹簧41的下端进行限位，并且可与第一限位板51延伸至第一筒体5内侧的一端相配合，对第一筒体5相对于第二筒体42向上运动的轴向位移进行限位；在第二筒体42的下端开口处设置有第二限位板421，该第二限位板421的两端延伸至第二筒体42的内侧和外侧，第二限位板421延伸至第二筒体42外侧的一端与第一限位板51相配合，对第一筒体5相对于第二筒体42向下运动的轴向位移进行限位；在第三筒体44的上端外壁上还设置有第二耳部441，该第二耳部441可用于对第二弹簧43的下端进行限位，并且可与第二限位板421延伸至第二筒体42内侧的一端相配合，对第二筒体42相对于第三筒体44向上运动的轴向位移进行限位。

需要说明的是，可伸缩支承复位组件4并不限定于上述的具体结构，现有技术中的可上下伸缩、可对第一筒体5提供支承力，并可使第一筒体5复位的结构均是可以的。此外，可伸缩支承复位组件4中筒体的级数也并不限定于本实施例中的第二筒体42和第三筒体44，可以根据工件100需要旋压的深度和工件100与加热元件33需要保持的距离来进行具体设计。

在本实施例中，在旋压支座1的内腔底部还设置有底层隔热层8，在旋压支座1的内壁面上还设置有环形隔热层9。该底层隔热层8和环形隔热层9可用于隔离热量，避免热量从旋压支座1的周向和底部散发出去。这样，旋压支座1的上面通过工件100封闭，结合底层隔热层8和环形隔热层9可以形成的一个密闭空间，可以给工件100进行整体加热，从而形成一个整体加热的环境。

上述的封头件的均匀加热旋压装置的工作原理如下：

将旋压装置固定在旋压机床的工作台上，通过压板2将待成形工件100固定在旋压支座1的上端，此时第一筒体5(工件底部支承件)的上表面与待成形的工件100的底面相接触；

开启旋压机床，旋压支座1跟随旋压机床的工作台旋转，开启加热组件3对工件100进行加热，通过旋压机床的旋轮对待成形工件100进行旋压，旋压机床的旋轮从压板2的边沿向工件100中心沿着旋压轨迹移动，使得工件100在旋轮作用下逐步从外往内向下一圈一圈的变形，变形中的工件100会同步下压第一筒体5；

由于第三筒体44固定于旋压支座1的底部，并且第一筒体5和第二筒体42之间、第二筒体42与第三筒体44之间分别安装有第一弹簧41和第二弹簧43，当工件100变形下沉时，第一筒体5和第二筒体42随之下沉，第一弹簧41和第二弹簧43收缩，与第一筒体5固定的安装板32上的加热元件33同步向下移动，直至工件100旋压完成时，第一筒体5和第二筒体42下沉到某一位置；

由于第一筒体5和加热组件3一起随着工件100同步下沉，并且多圈加热元件33采用同心圆设置，使得工件100的变形处与加热元件33始终保持相对恒定的距离，从而使得工件100的变形处处于一种均匀加热环境中；

在传统的无模旋压过程，由于下部没有模具，实际会出现底部下沉现象，也就是底部实际尺寸深度大于理论深度；采用本发明的旋压装置，在实际旋压过程中，可伸缩上下运动的由第一筒体5、第二筒体42、第三筒体44、第一弹簧41和第二弹簧43组成的机构，在工件100的底部相当于一个柔性支承；并且工件100越旋压到底部时，旋轮与底部距离越近，同时弹簧的变形越大，柔性支承的力越大，恰好可以更好地抵抗工件100底部的下沉；本发明的旋压装置可以有效地缓解工件100旋压过程中的下沉现象；

工件100旋压完成后，取下工件100，第一筒体5、第二筒体42和加热组件3在第一弹簧41和第二弹簧43的作用下向上移动复位。

总体而言，本发明充分考虑了封头无模旋压工艺的特性以及无模旋压设备的特点，充分利用了无模旋压上使用的筒形旋压支座1和工件100在旋压过程中的变形特点；在旋压支座1和工件100形成的密闭空间内，借助旋压工件100在旋压过程中向下变形驱动第一筒体5和加热组件3一起向下移动，使得加热元件33与工件100的变形处始终保持在一个恒定的距离；同时，由于加热元件33采用同心圆环形布置，与旋压变形方向一致，该旋压装置可以使工件100在成形过程中一直处于一种全局均匀加热状态，并将温度恒定地保持在某一温度；此外，在工件100的旋压成形过程中，通过可伸缩支承复位组件4和第一筒体5的上下运动，相当于给工件100的底部提供了一个柔性支承，有效地缓解工件100旋压过程中的下沉现象。该旋压装置结构简单、操作方便、成本较低、成形精度高、产品质量好。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。