一种旋压法兰环及其成形工艺的制作方法
【专利摘要】本发明属于汽车配件的技术领域，具体涉及一种旋压法兰环及其成形工艺。旋压法兰环，包括法兰环体和中心内孔，所述的法兰环体内壁为凹槽结构，外壁平滑凸起的环形体环绕中心内孔。采用下列步骤制得：（1）落料；（2）冲孔；（3）压斜度；（4）旋压成型；（5）冲孔；（6）车内圆；（7）车外圆和钻小孔。本发明的旋压工艺制作法兰环，首先对毛坯的形状做了预先处理，压下毛坯的部分外边缘，采用中心孔定位，在旋压过程中不会出现裂痕、褶皱；同时采用此旋压工艺，产品的塑性性能较好，使得其寿命更长。
【专利说明】
一种旋压法兰环及其成形工艺
技术领域
[0001] 本发明属于汽车配件的技术领域，具体涉及一种旋压法兰环及其成形工艺。
【背景技术】
[0002] 从上世纪90年代开始，汽车产业的发展在给人类生活带来便利的同时也造成了巨 大的能源消耗和环境污染。研究表明，汽车燃料在发动机内燃烧所释放的能量只有30%左右 被有效利用，其余能量以热能或气体动能的方式均散或排放到大气中，造成极大的能源浪 费，同时也对环境造成不利影响。随着中国制造2025战略的全面落实，环保汽车产业得到了 高度关注和快速发展。因此，汽车废热的再循环使用，有利于实现汽车的节能减排。
[0003] 法兰环是汽车尾气能源再利用装置中零件，目前市场上用于汽车尾气利用装置的 法兰环，要求的产品精度高且表面质量很严格，其生产主要是采用锻造、铸造和卷制等方 法，用锻造方法生产法兰环就必须对整件钢锭切割锻造，而且需要进行多次的加热锻造，浪 费材料和能源，产品质量较低，污染也严重;受法兰环大小限制，生产卷制法兰环需要不同 规格昂贵的卷制设备，设备投资仍很大，加之卷制后扭曲严重，调平困难，还需要进行清理、 开坡口和焊接等工序，浪费人力，加大了生产成本，同时生产效率也低，容易产生焊接缺陷； 用铸造后机加工的方法生产法兰环需要做砂模、融化金属、浇铸，且容易产生沙眼和气孔同 时伴随有缩松、裂纹、夹渣等缺陷，由于强度低，在使用中容易生锈，使用范围大受限制，增 加了成本投入。因此目前市场急需一种能够保证生产质量，提高材料利用率的法兰环生产 结构及生产方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种节省材料、降低生产成本同时提高结构质量的旋压法 兰环。本发明的目的还在于提供一种一种旋压法兰环成形工艺。
[0005] 本发明的目的是这样实现的： 一种旋压法兰环，包括法兰环体和中心内孔，所述的法兰环体内壁为凹槽结构，外壁平 滑凸起的环形体环绕中心内孔。
[0006] 所述的法兰环体的外壁最外端端面的切线平行于中心内孔轴线。
[0007] 所述的法兰环体的外壁上设有平底小孔。
[0008] 所述的法兰环体的顶端面与外壁最外端端面的切线平行。所述的法兰环体的下端 有与外壁最外端端面的切线平行的下沿。
[0009] 所述的旋压法兰环采用下列步骤制得： (1) 落料:在冲床上安装落料模具，将不锈钢钢板冲裁后得到圆形的预制毛坯； (2) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，在预制毛坯中心冲裁出中心内孔； (3) 压斜度:在液压机上安装压斜度模具，将预制毛坯外边缘部分成型，得到呈圆锥台 形的一级半成品； (4) 旋压成型:在旋压机上三个旋轮工位上各自安装预成型一旋轮44、预成型二旋轮43 和成型旋轮42,通过旋压机的主轴旋转，带动一级半成品旋转，让预成型一旋轮44的工作面 由外至内与一级半成品的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第一 次旋压坯料;让预成型二旋轮43的工作面由外至内与第一次旋压坯料的外锥度面31进行接 触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第二次旋压坯料;让成型旋轮42的工作面由外至 内与第二次旋压坯料的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到旋压半 成品； (5) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，将旋压半成品冲裁得到带标准直径的中心内孔的半 成品； (6) 车内圆：在数控车床夹持外圆加工内圆面； (7) 车外圆和钻小孔:在数控车床夹持内孔车外圆面;在外圆面上用钻头加工小孔。 [0010] 一种旋压法兰环成形工艺，包括以下步骤： (1) 落料:在冲床上安装落料模具，将不锈钢钢板冲裁后得到圆形的预制毛坯； (2) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，在预制毛坯中心冲裁出中心内孔； (3) 压斜度:在液压机上安装压斜度模具，将预制毛坯外边缘部分成型，得到呈圆锥台 形的一级半成品； (4) 旋压成型:在旋压机上三个旋轮工位上各自安装预成型一旋轮44、预成型二旋轮43 和成型旋轮42,通过旋压机的主轴旋转，带动一级半成品旋转，让预成型一旋轮44的工作面 由外至内与一级半成品的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第一 次旋压坯料;让预成型二旋轮43的工作面由外至内与第一次旋压坯料的外锥度面31进行接 触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第二次旋压坯料;让成型旋轮42的工作面由外至 内与第二次旋压坯料的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到旋压半 成品； (5) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，将旋压半成品冲裁得到带标准直径的中心内孔的半 成品； (6) 车内圆：在数控车床夹持外圆加工内圆面； (7) 车外圆和钻小孔:在数控车床夹持内孔车外圆面;在外圆面上用钻头加工小孔。
[0011] 所述的预成型一旋轮为球面旋轮，成形出带有球面预旋外缘的第一次旋压坯料； 所述的预成型二旋轮采用与法兰环所设计的外轮廓一致但对应尺寸大于法兰环所设计的 外轮廓l-l〇mm的缩径旋轮，成形出大于法兰环所设计的尺寸l-10mm的第二次旋压坯料;所 述的成型旋轮采用与法兰环所设计的外轮廓尺寸一致的旋轮。
[0012] 所述的一级半成品旋转的角速度与预成型一旋轮进程的速度的关系为： .i-W / :?. W
所述的第一次旋压坯料旋转的角速度与预成型二旋轮进程的速度的关系为：
所述的第二次旋压坯料旋转的角速度与成型旋轮进程的速度的关系为：
本发明的有益效果在于:本发明的旋压工艺制作法兰环，首先对毛坯的形状做了预先 处理，压下毛坯的部分外边缘，采用中心孔定位，在旋压过程中不会出现裂痕、褶皱;同时采 用此旋压工艺，产品的塑性性能较好，使得其寿命更长。此旋压工艺生产得到的结构轻巧， 表面质量好，成品件的机械性能得到明显的提高，经过后续的机加工后，产品的尺寸能获得 较高精度，产品的外观要求能得到满足。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的旋压成形工艺落料步骤(1)的示意图； 图2是本发明的旋压成形工艺冲孔步骤(2)的示意图； 图3是本发明的旋压成形工艺压斜度步骤(3)的示意图； 图4是本发明的旋压成形工艺旋压步骤(4)的示意图； 图5是本发明的旋压成形工艺冲孔步骤(5)的示意图； 图6是本发明的旋压成形工艺车内圆步骤(6)的示意图； 图7是本发明的旋压成形工艺车外圆和钻小孔步骤(7)的示意图； 图8为本发明实施例1数据仿真图； 图9为本发明实施例2数据仿真图； 图10为本发明实施例3数据仿真图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本发明做进一步描述。
[0015] 图中1-毛还，21-毛还中央中孔，22_毛还外缘，31-外维度面，41-成型部分，42_成 型旋轮，43-预成型二旋轮，44-预成型一旋轮，61-无任何外观缺陷的锥面，71-外圆面，72-平底小孔。
[0016] 本发明涉及一种旋压法兰环，包括法兰环体和中心内孔，所述的法兰环体内壁为 凹槽结构，外壁平滑凸起的环形体环绕中心内孔。所述的法兰环体的外壁最外端端面的切 线平行于中心内孔轴线。所述的法兰环体的外壁上设有平底小孔。所述的法兰环体的顶端 面与外壁最外端端面的切线平行。所述的法兰环体的下端有与外壁最外端端面的切线平行 的下沿。
[0017] 本发明涉及一种旋压法兰环的成形工艺。一种旋压法兰环成形工艺，包括以下步 骤:1落料;2冲孔;3压斜度;4旋压;5冲孔;6车内圆；7车外圆和钻小孔;所述毛坯的中心位置 采用内孔定位。本发明的法兰环旋压成形工艺，首先对毛坯的形状做了预先处理，采用内孔 定心，在旋压过程中不会出现裂痕、褶皱。同时采用此旋压工艺，塑性成形后的法兰环的寿 命更长。此旋压工艺生产法兰环结构轻巧，表面组织致密耐磨性好，成品件的机械性能能得 到明显的提尚。
[0018] 其中，具体步骤包括： 落料:在冲床上安装落料模具。冲裁后得到预制毛坯。选用不锈钢钢板制作。
[0019]冲孔:在冲床上安装冲孔模具。冲裁后毛坯带中心内孔。
[0020] 压斜度:在1000KN液压机上安装压斜度模具，将毛坯外边缘部分成型，得到一级半 成品；所述工件圆周面为圆锥形； 旋压成型:在旋压机上安装预成型一旋轮、预成型二旋轮和成型旋轮，使预成型一旋轮 的工作面、成型旋轮的工作面、分别与所述一级半成品的预成型部分先后相接触，旋压机的 主轴旋转，带动芯模模具和一级半成品旋转，将预成型旋轮旋转并水平运动地将预成型部 分旋压，紧接着预成型二旋轮和成型旋轮旋转依次并水平运动地将预成型一部分旋压，形 成最终的成型部分，得旋压半成品； 冲孔:在冲床上安装冲孔模具。冲裁后得带大中心内孔的半成品。
[0021] 车内圆:在数控车床夹持外圆加工内圆面和局部外圆面，来保证内腔面的位置度； 车外圆和钻小孔:在数控车床夹持内孔车带角度的外圆面;之后在用钻头加工小孔。
[0022] 所述成型旋轮的工作面为互成角度的组合面，先由大变小再平直一段后由小变 大，最后大平直的圆周面； 所述成型旋轮的工作面上的中心线与所述成型旋轮的中心轴线相垂直； 所述预成型二旋轮的工作面与成型旋轮的工作面类似，区别就在成角度斜面的水平距 离略短； 所述预成型一旋轮的工作面为大弧形连接的圆周面； 所述法兰环的外圆面和锥度面上不能有任何外观缺陷。
[0023] 所述小孔的位置在外圆面上，并且是平底的。
[0024] 所述成型旋轮的工作面为互成角度的组合面，先由大变小再平直一段后由小变 大，最后大平直的圆周面。
[0025] 在旋轮旋压过程中，随着旋轮的水平进给，半成品沿着旋轮和上下模具之间的间 隙从外向内有从内向外流动并将间隙处填满，形成成型部分。
[0026] 所述毛坯的中间位置采用内孔定位。
[0027] 如附图1所示，1为圆形钢板毛坯，如附图2所示21为毛坯的中心内孔，对22进行压 斜度，为了材料能更好的流动，预先进行的处理，得到附图3所示的形状。
[0028] 采用内孔定位，在旋压过程中不会出现裂痕、褶皱等缺陷。旋压机上装芯模模具， 将压斜度得到的一级半成品装在芯模模具上，在旋压机上三个旋轮工位上各自安装预成型 一旋轮44、预成型二旋轮43和成型旋轮42。；如附图4所示，通过旋压机的主轴旋转，带动芯 模模具和一级半成品旋转，让预成型一旋轮44的工作面与一级半成品的外锥度面31至外朝 内进行接触挤压，挤压充分后退出的同时，预成型二旋轮43按一定速度对半成品进行旋转 并水平运动挤压，同理，成型旋轮42工作完毕退出，得到旋压半成品41。
[0029] 如附图5所示，在冲床上冲裁出大内孔。
[0030] 如附图6所示，在数控车床上加工内圆面和局部外圆面，要求无任何外观缺陷的锥 面61。
[0031] 如附图7所示，在数控车床上加工外圆面71和钻平底小孔72。
[0032]所述成型旋轮42的工作面为互成角度的组合面，先由大变小再平直一段后由小变 大，最后大平直的圆周面； 所述成型旋轮42的工作面上的中心线与所述成型旋轮42的中心轴线相垂直； 所述预成型二旋轮43的工作面与成型旋轮42的工作面类似，区别就在角度的面的水平 距离略短； 所述预成型一旋轮44的工作面为大弧形的圆周面。
[0033] 实施例1， 如图8所示，所述的步骤与上述相同，其区别在于，所述的一级半成品旋转的角速度与 预成型一旋轮进程的速度的关系为：
通过研究表明，当不锈钢坯件旋转时，其旋压的质量与旋转角速度与模具进程速度的 配合有关，当旋转速度较低时，如250rpm，模具进程速度就不宜过高，因为进程速度过高，旋 转速度过低，旋压时容易使坯件的径向上产生过大的拉扯力，造成坯件上夹持部位与进膜 部位上出现细微的拉扯褶皱，通常情况下这种褶皱不宜被肉眼发现，但是在使用时，出现褶 皱的部位无论在韧性上与硬度上都低于正常值，影响工件质量。同时如果旋转速度过高，模 具进程速度过低也会对模具工件产生拉扯，极端条件下还会扯断工件，同时如果转速和模 具配合不到位，其进程过程中电机还会出现空转现象，消耗电能。通过反复试验，对采集的 数据进行拟合和仿真，发明人在上式的情况下找到了平衡点，在此情况下工件生产的质量 最高，即生产时工件受到拉扯力的破坏是最小的，同时电机的耗能最少。最终发明人确定当 还料转速为300rpm时模件制作质量最佳。
[0034] 实施例2 如图9所示，所述的步骤与实施例1相同，其区别在于，第一次旋压坯料旋转的角速度与 预成型二旋轮进程的速度的关系为：
原理与实施例1相似，其区别在于，经过第一次旋压的过程以后，工件边缘被修整为半 球环形，由于工件没有直接受硬力的部位，因此第一次旋压坯料的受力能力要明显强于一 级半成品，还料的转速可以明显提高，当转速为同样，当300rpm时模件制作质量最佳。
[0035] 实施例3 如图10所示，所述的步骤与实施例3相同，其区别在于， 所述的第二次旋压坯料旋转的角速度与成型旋轮进程的速度的关系为：
随着坯料的最终成型，其受力能力达到最高值，即进行最终成型时转速和模具进程速 度都可以指向最大值，当转速达到350rpm时，能够做出本发明最佳质量的旋压半成品，该部 件表面光滑度最高，受力能力最强，塑性性能最好。
【主权项】
1. 一种旋压法兰环，包括法兰环体和中心内孔，其特征在于:所述的法兰环体内壁为凹 槽结构，外壁平滑凸起的环形体环绕中心内孔。2. 根据权利要求1所述的一种旋压法兰环，其特征在于:所述的法兰环体的外壁最外端 端面的切线平行于中心内孔轴线。3. 根据权利要求1所述的一种旋压法兰环，其特征在于:所述的法兰环体的外壁上设有 平底小孔。4. 根据权利要求1所述的一种旋压法兰环，其特征在于:所述的法兰环体的顶端面与外 壁最外端端面的切线平行；所述的法兰环体的下端有与外壁最外端端面的切线平行的下 沿。5. 根据权利要求1所述的一种旋压法兰环，其特征在于:所述的旋压法兰环采用下列步 骤制得： (1) 落料:在冲床上安装落料模具，将不锈钢钢板冲裁后得到圆形的预制毛坯； (2) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，在预制毛坯中心冲裁出中心内孔； (3) 压斜度:在液压机上安装压斜度模具，将预制毛坯外边缘部分成型，得到呈圆锥台 形的一级半成品； (4) 旋压成型：在旋压机上三个旋轮工位上各自安装预成型一旋轮44、预成型二旋轮43 和成型旋轮42,通过旋压机的主轴旋转，带动一级半成品旋转，让预成型一旋轮44的工作面 由外至内与一级半成品的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第一 次旋压坯料;让预成型二旋轮43的工作面由外至内与第一次旋压坯料的外锥度面31进行接 触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第二次旋压坯料;让成型旋轮42的工作面由外至 内与第二次旋压坯料的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到旋压半 成品； (5) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，将旋压半成品冲裁得到带标准直径的中心内孔的半 成品； (6) 车内圆：在数控车床夹持外圆加工内圆面； (7) 车外圆和钻小孔:在数控车床夹持内孔车外圆面;在外圆面上用钻头加工小孔。6. -种旋压法兰环成形工艺，其特征在于:包括以下步骤： (1) 落料:在冲床上安装落料模具，将不锈钢钢板冲裁后得到圆形的预制毛坯； (2) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，在预制毛坯中心冲裁出中心内孔； (3) 压斜度:在液压机上安装压斜度模具，将预制毛坯外边缘部分成型，得到呈圆锥台 形的一级半成品； (4) 旋压成型：在旋压机上三个旋轮工位上各自安装预成型一旋轮44、预成型二旋轮43 和成型旋轮42,通过旋压机的主轴旋转，带动一级半成品旋转，让预成型一旋轮44的工作面 由外至内与一级半成品的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第一 次旋压坯料;让预成型二旋轮43的工作面由外至内与第一次旋压坯料的外锥度面31进行接 触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到第二次旋压坯料;让成型旋轮42的工作面由外至 内与第二次旋压坯料的外锥度面31进行接触挤压，挤压进程达到阈值A后退出，得到旋压半 成品； (5) 冲孔:在冲床上安装冲孔模具，将旋压半成品冲裁得到带标准直径的中心内孔的半 成品； (6) 车内圆：在数控车床夹持外圆加工内圆面； (7) 车外圆和钻小孔:在数控车床夹持内孔车外圆面;在外圆面上用钻头加工小孔。7. 根据权利要求6所述的一种旋压法兰环成形工艺，其特征在于:所述的预成型一旋轮 为球面旋轮，成形出带有球面预旋外缘的第一次旋压坯料;所述的预成型二旋轮采用与法 兰环所设计的外轮廓一致但对应尺寸大于法兰环所设计的外轮廓I-IOmm的缩径旋轮，成形 出大于法兰环所设计的尺寸I-IOmm的第二次旋压坯料;所述的成型旋轮采用与法兰环所设 计的外轮廓尺寸一致的旋轮。8. 根据权利要求6所述的一种旋压法兰环成形工艺，其特征在于:所述的一级半成品旋 转的角速度与预成型一旋轮进程的速度的关系为：9. 根据权利要求6所述的一种旋压法兰环成形工艺，其特征在于:所述的第一次旋压坯 料旋转的角速度与预成型二旋轮进程的速度的关系为：10. 根据权利要求6所述的一种旋压法兰环成形工艺，其特征在于:所述的第二次旋压 坯料旋转的角速度与成型旋轮进程的速度的关系为：
【文档编号】F02G5/02GK105889744SQ201610398334
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】金崇利, 刘成贵, 潘兆星
【申请人】浙江东星汽车部件有限公司