[發明專利]一種管材變壁厚縮徑旋轉擠壓成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201811599003.6
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109848345B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 杜之明;孫永根;王大宇;陳麗麗
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B21J5/06
• 分類號: B21J5/06;B21J13/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種管材變壁厚縮徑旋轉擠壓成形裝置及方法，它涉及材料加工技術領域。本發明為解決現有大口徑中空制件在成形過程中鐓鍛聚料變形抗力大、收口困難導致加工時長、降低了材料利用率、增加了生產成本的問題。成形裝置包括前模板、旋轉擠壓凹模、凹模座、后模板、活動型芯和擠壓凸模，前模板后側端面的中部固接有擠壓凸模，后模板前側端面的中部嵌裝有凹模座，凹模座內設置有旋轉擠壓凹模，活動型芯設置在旋轉擠壓凹模內側的中部，活動型芯與伺服驅動機構連接，活動型芯通過伺服驅動機構進行軸向進給和周向回轉。成形方法包括安裝成形裝置；開始擠壓成形；恢復初始狀態。本發明用于大尺寸大口徑管件或筒形構件的加工。

技術領域

本發明涉及一種管材變壁厚縮徑旋轉擠壓成形裝置及方法。

背景技術

縮口(徑)成形在大口徑中空制件制造過程中是極為重要的工序之一，其目的在于將沖壓成一定壁厚中空的毛坯經過外皮粗車后進行縮口變形，以達到中空制件頭部需要的內膛、外形的曲線形狀和尺寸要求。縮口(縮徑)是使用縮口模具將圓筒件或管形坯料口部(外徑)縮小的一種成形工藝。根據縮口工藝方法可分為沖壓縮口、旋壓縮口等；按縮口變形方式分為拉拔縮口和推壓縮口。按縮口時有無芯軸分為自由縮口和有芯軸縮口。按模具方式可分為整體和分體式兩種形式。按是否加熱可分為常溫縮口和加熱縮口，其中加熱縮口有加熱管材和加熱模具兩種方式。此外，還有特殊縮口成形方法，如電磁縮口、爆炸成形、拉拔、管材液壓成形等特殊縮口成形方法。在薄壁管材縮口過程中，由于受較大軸向壓應力和切向壓應力容易造成傳力區和變形區失穩而起皺。若采用旋壓縮口，傳力區也容易發生扭曲變形。為降低和避免成形過程中產生的缺陷，需要采用下列措施：在傳力區加內芯支撐或在外表面進行一定保護支撐；采用熱縮口時，可對傳力區進行冷卻，增加其變形抗力；保證變形區的充分潤滑，降低摩擦力阻力對其造成的影響。

局部的壁厚變化是大口徑中空制件在制備過程中另一個重要的工藝特征，而管材在變壁厚縮徑(以增厚為例)過程中主要通過兩種工藝方法實現壁厚變化。第一種工藝方法是將管材先增厚再縮口，最終達到管材的增厚縮口；第二種工藝方法是將管材先縮口再增厚，最終達到管材的縮口增厚。管端加厚則主要通過對管材局部加熱，管材在壓力的作用下變形，金屬充滿管材與模具之間，使內、外徑發生一定程度的改變，從而增加端部壁厚，其變形方式為軸向聚料，并采用徑向夾緊、軸向擠壓的成形方法。管端加厚方式有3種：①內加厚，即只減小內徑，而外徑保持不變；②外加厚，即只增大外徑，而內徑保持不變；③內外加厚，即減小內徑同時并增大外徑。按管坯聚料的規律，內加厚時，管料的外徑受模具夾持，內徑在變形初期均呈自由變形狀態，材料穩定性好；外加厚時，管料的內徑受凸模限制，外徑在變形初期均呈自由變形狀態，材料穩定性稍差；內外加厚時，管料的內外徑在變形初期均呈自由變形狀態，材料穩定性差。

無論是采用機械加工還是旋壓加工工藝，大口徑中空制件在成形過程中材料利用率不高(50％左右)、加工周期較長，同時聚料(壁厚增厚200％)收口時變形抗力較大導致管材失穩甚至起皺，制件收口困難。為此可采用分部鐓鍛加工成形，其特點是每一步鐓鍛時都具有一定量的縮口變形，使總的縮口變形量分配到每道次，因而可以在聚料后一次完成收口成形。由于凹模壁對管坯施加的壓應力可以提高管壁的抗失穩能力，每道次具有一定的縮口變形可有效改善聚料縮口時變形抗力大、收口困難的問題，同時分布鐓鍛過程中少無切削、工時少、效率高、成本較低。但是分部鐓鍛成形增加了工序，需要多道次成形，對于大批量生產仍存在工序多，設備占地面積大、投資大的問題。目前的機械加工及旋壓加工等方式無法有效解決聚料困難、收口變形抗力大的問題，只能通過后續機加工來實現最終零件尺寸精度要求，這無疑延長了加工時長、降低了材料利用率、增加了生產成本。

發明內容

本發明為了解決現有大口徑中空制件在成形過程中鐓鍛聚料變形抗力大、收口困難導致加工時長、降低了材料利用率、增加了生產成本的問題，進而提出一種管材變壁厚縮徑旋轉擠壓成形裝置及方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：