[發(fā)明專利]一種降低內(nèi)筒應(yīng)力的扁擠壓筒

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810442729.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108311550A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅遠(yuǎn)新;張冬;王勇勤;張峪銘;馬玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): B21C27/00
• 分類號(hào): B21C27/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

一種降低內(nèi)筒應(yīng)力的扁擠壓筒。該扁擠壓筒由外筒(501)、中筒(502)、內(nèi)筒(503)和軟金屬填充層(504)構(gòu)成；外筒(501)和中筒(502)、中筒(502)和內(nèi)筒(503)之間均采用過(guò)盈裝配；兩塊軟金屬填充層(504)對(duì)稱于扁形孔長(zhǎng)軸分布兩側(cè)，嵌于內(nèi)筒型腔內(nèi)部，并兩端封閉。通過(guò)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明提供的扁擠壓筒可使過(guò)渡圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到明顯改善，應(yīng)力水平顯著降低，擠壓服役時(shí)的循環(huán)應(yīng)力幅值顯著降低，有效提高整個(gè)扁擠壓筒的壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本項(xiàng)發(fā)明涉及擠壓成型領(lǐng)域，特別涉及一種降低內(nèi)筒應(yīng)力的扁擠壓筒。

背景技術(shù)

隨著交通運(yùn)輸業(yè)與航天航空業(yè)的迅速發(fā)展，大型寬幅、薄壁、且具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的輕合金型材在軌道車輛、飛機(jī)等領(lǐng)域的需求量不斷增大。采用扁擠壓方式不但可提升寬幅構(gòu)件擠壓工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，也減少了擠壓機(jī)的噸位。因此，許多研究者提出不同結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒。

如圖1為現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)筒為整體結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒示意圖，它由外筒101、中筒102、內(nèi)筒103組成。工作中，在內(nèi)筒內(nèi)壁圓弧過(guò)渡處，即圖中圈出部位，會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，并且在擠壓工作時(shí)的循環(huán)應(yīng)力幅值很大，極易造成內(nèi)筒破壞，大大降低使用壽命。

如圖2為專利ZL01256641.1提出的局部預(yù)壓力結(jié)構(gòu)扁擠壓筒，它由外筒201、中筒202、內(nèi)筒203組成。其特征是內(nèi)筒與中筒之間的過(guò)盈裝配接觸面為局部接觸，從而減小圓弧過(guò)渡處，即圖中圈出部位的應(yīng)力集中；但內(nèi)筒有一部分與中筒不接觸，造成該部位剛度降低，工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的位移，在周期性的加載條件下，很容易引起疲勞破壞，降低使用壽命。

如圖3為專利WO2010/145087A1提出的內(nèi)筒為鑲塊結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒，它由外筒301、中筒302、內(nèi)筒303、上鑲塊304、下鑲塊305以及沉頭螺栓306組成。上、下鑲塊由沉頭螺栓固定在內(nèi)筒圓環(huán)上，把集中內(nèi)應(yīng)力較均勻地傳遞給內(nèi)筒圓環(huán)，從而降低危險(xiǎn)斷面的應(yīng)力峰值；但由于加工誤差以及高溫、高壓、高摩擦等的惡劣工作環(huán)境，工作時(shí)兩鑲塊與內(nèi)筒壁之間會(huì)產(chǎn)生間隙，被擠壓金屬坯料會(huì)填滿縫隙，損壞鑲塊及中筒，同時(shí)內(nèi)筒螺紋處也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在周期性的加載情況下，也較易造成破壞。

如圖4為專利ZL103934299提出的一種端部密封軟金屬層的扁擠壓筒，它由外筒401，中筒402，軟金屬層403和內(nèi)筒404構(gòu)成。其中，外筒401和中筒402采用過(guò)盈裝配；在內(nèi)筒404與中筒402之間包含了一層變厚度的軟金屬層403；兩端采用過(guò)盈配合將軟金屬層403封閉在密閉的型腔內(nèi)。該發(fā)明提供的扁擠壓筒，采用變截面的軟金屬層，在高溫環(huán)境下具有良好的流動(dòng)性，當(dāng)內(nèi)筒承受擠壓載荷時(shí)，內(nèi)筒變形導(dǎo)致軟金屬層產(chǎn)生靜水壓力，由于靜水壓力與內(nèi)部擠壓力平衡，擠壓筒內(nèi)筒的應(yīng)力集中得到明顯消除，其應(yīng)力水平也大大降低；而中筒402、外筒401在靜水壓力的作用下，也不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。然而在擠壓過(guò)程即半載情況下，內(nèi)筒應(yīng)力過(guò)大，變形較為嚴(yán)重，較易造成破壞。

上述扁擠壓筒結(jié)構(gòu)都不可避免在過(guò)渡圓角處產(chǎn)生應(yīng)力集中，并且應(yīng)力水平太高；在高溫高壓服役環(huán)境下，內(nèi)筒平均應(yīng)力水平已經(jīng)接近屈服應(yīng)力，由于應(yīng)力集中的影響，局部應(yīng)力很高，易超出許用應(yīng)力，并且在實(shí)際生產(chǎn)周期性加載的工況下，循環(huán)應(yīng)力幅值很大，導(dǎo)致內(nèi)筒的疲勞壽命顯著降低，在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)裂。目前，上述扁擠壓筒的服役壽命難以滿足工業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利目的就是克服上述背景中扁擠壓筒的應(yīng)力集中與應(yīng)力幅值很大的現(xiàn)象，提出一種能顯著降低內(nèi)筒應(yīng)力集中并且降低循環(huán)應(yīng)力幅值的扁擠壓筒，提高扁擠壓筒的壽命。

本項(xiàng)發(fā)明是一種降低內(nèi)筒應(yīng)力集中并且降低循環(huán)應(yīng)力幅值的扁擠壓筒及制造方法。本發(fā)明所提出的扁擠壓筒結(jié)構(gòu)如圖5所示。該扁擠壓筒由外筒501、中筒502、內(nèi)筒503和軟金屬填充層504構(gòu)成；外筒501和中筒502采用過(guò)盈裝配；中筒502和內(nèi)筒503采用過(guò)盈裝配；在內(nèi)筒503內(nèi)部鑲嵌兩塊軟金屬填充層504；將兩塊軟金屬填充層504的兩端封閉在內(nèi)筒503內(nèi)部的型腔內(nèi)，如圖6所示。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：