[發明專利]一種圓弧母線曲面圓筒體卷焊成型裝置

有效

• 申請號: 202011209737.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112496193B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 許志峰;袁寶慧;王世英
• 申請（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: B21D51/10
• 分類號: B21D51/10;B21D51/24
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

1.一種圓弧母線曲面圓筒體卷焊成型裝置，包括曲面圓筒體(3)，其特征在于，還包括旋轉卡盤(1)、內腔模具(2)、卡箍(4)、平移曲線軸(5)、上端擠壓滾輪(6)、下端擠壓滾輪(7)、彈簧(8)、擠壓滾球(9)；

旋轉卡盤(1)的形狀為第一圓板，旋轉卡盤(1)的第一圓板為回轉體，旋轉卡盤(1)的上端面為第一上端圓平面，旋轉卡盤(1)的第一上端圓平面上端帶有裝夾卡盤，旋轉卡盤(1)的裝夾卡盤的內側面為第一內圓柱面，旋轉卡盤(1)的裝夾卡盤的第一內圓柱面直徑大小能夠調整；

旋轉卡盤(1)的回轉體軸線垂直于地面，旋轉卡盤(1)能夠繞其回轉體軸線旋轉，旋轉卡盤(1)的裝夾卡盤能夠裝夾位于第一內圓柱面內部的零件，旋轉卡盤(1)通過調整第一內圓柱面直徑能夠將裝夾的零件夾緊，被裝夾的零件與旋轉卡盤(1)同角速度運動；

內腔模具(2)的形狀為第二曲面圓臺體，內腔模具(2)的第二曲面圓臺體為回轉體，內腔模具(2)的第二曲面圓臺體的上端面為第二上端圓平面，內腔模具(2)的第二曲面圓臺體的下端面為第二下端圓平面，內腔模具(2)的第二曲面圓臺體的外側面為第二圓弧母線回轉面，內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面與圓弧母線曲面圓筒體內表面輪廓完全相同，內腔模具(2)的第二下端圓平面下端中心帶有第二圓柱形凸臺，內腔模具(2)的第二圓柱形凸臺的下端面為第二下端中心圓平面，內腔模具(2)的第二圓柱形凸臺的側面為第二下端外圓柱面；

內腔模具(2)的回轉體軸線與旋轉卡盤(1)的回轉體軸線重合，內腔模具(2)位于旋轉卡盤(1)上端，內腔模具(2)的第二下端中心圓平面與旋轉卡盤(1)的第一上端圓平面接觸，內腔模具(2)的第二下端外圓柱面與旋轉卡盤(1)的第一內圓柱面連接，內腔模具(2)的第二圓柱形凸臺被旋轉卡盤(1)的裝夾卡盤夾緊，內腔模具(2)和旋轉卡盤(1)以相同的角速度繞旋轉卡盤(1)的回轉體軸線旋轉；

曲面圓筒體(3)的形狀為第三圓錐筒體，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體為回轉體，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體由卷焊成型，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體在卷焊前為5A06鋁板，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體卷焊前的鋁板沿著母線方向等角度均勻刻槽，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體的內側面為第三內圓錐面，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體的外側面為第三外圓錐面，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面完全包裹圓弧母線曲面圓筒體的內表面，即曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面上任何一點均在圓弧母線曲面圓筒體內表面外側，將曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體擠壓成為圓弧母線曲面圓筒體；

曲面圓筒體(3)的回轉體軸線與旋轉卡盤(1)的回轉體軸線重合，曲面圓筒體(3)位于內腔模具(2)外側，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面中部與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面接觸，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面的其他部位均與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面有一定間隙；

卡箍(4)的形狀為第四圓環體，卡箍(4)的第四圓環體為回轉體，卡箍(4)的第四圓環體內表面為第四內圓柱面，卡箍(4)的第四內圓柱面直徑大小能夠調整，卡箍(4)通過調整第四內圓柱面直徑能夠將位于其內側的零件夾緊，卡箍(4)有若干個，若干個卡箍(4)從上至下層疊安裝，所有的卡箍(4)安裝完成后，所有的卡箍(4)的第四內圓柱面組合后與圓弧母線曲面圓筒體外表面完全相同；

卡箍(4)的第四圓環體軸線與旋轉卡盤(1)的回轉體軸線重合，卡箍(4)位于曲面圓筒體(3)外側，卡箍(4)的第四內圓柱面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，卡箍(4)將曲面圓筒體(3)夾緊后，卡箍(4)對曲面圓筒體(3)的擠壓力向內傳遞轉化為曲面圓筒體(3)對內腔模具(2)的擠壓力，卡箍(4)、曲面圓筒體(3)、內腔模具(2)、旋轉卡盤(1)以相同的角速度繞旋轉卡盤(1)的回轉體軸線旋轉；

平移曲線軸(5)的形狀為第五曲線圓軸，平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸為軸線是圓弧曲線的圓軸，平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸能夠左右平移；

平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸的軸線與內腔模具(2)的回轉體軸線共面，平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸移動到最右端時，平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸的軸線上任一點沿法線方向與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面等距離且垂直；

上端擠壓滾輪(6)的形狀為第六圓板，上端擠壓滾輪(6)的第六圓板為回轉體，上端擠壓滾輪(6)的第六圓板的側面為第六外圓柱面；

上端擠壓滾輪(6)安裝在平移曲線軸(5)上，上端擠壓滾輪(6)的回轉體軸線與所在位置的平移曲線軸(5)的軸線重合，上端擠壓滾輪(6)能夠繞平移曲線軸(5)旋轉，上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，通過旋轉卡盤(1)帶動內腔模具(2)旋轉，通過內腔模具(2)帶動曲面圓筒體(3)旋轉，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸給予上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面摩擦力，通過曲面圓筒體(3)帶動上端擠壓滾輪(6)旋轉，隨著平移曲線軸(5)逐漸從左向右移動，上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行逐漸擠壓，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面逐漸貼合，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面間隙逐漸減小，平移曲線軸(5)移動至最右端時，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面完全貼合，平移曲線軸(5)移動過程中曲面圓筒體(3)繞其軸線旋轉，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面沿環向一周均與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面實現貼合，完成上端擠壓滾輪(6)所在平面的曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體擠壓成為圓弧母線曲面圓筒體工作；

下端擠壓滾輪(7)的形狀為第七圓板，下端擠壓滾輪(7)的第七圓板為回轉體，下端擠壓滾輪(7)的第七圓板的側面為第七外圓柱面；

下端擠壓滾輪(7)安裝在平移曲線軸(5)上，下端擠壓滾輪(7)的回轉體軸線與所在位置的平移曲線軸(5)的軸線重合，下端擠壓滾輪(7)能夠繞平移曲線軸(5)旋轉，下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，通過旋轉卡盤(1)帶動內腔模具(2)旋轉，通過內腔模具(2)帶動曲面圓筒體(3)旋轉，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸給予下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面摩擦力，通過曲面圓筒體(3)帶動下端擠壓滾輪(7)旋轉，隨著平移曲線軸(5)逐漸從左向右移動，下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行逐漸擠壓，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面逐漸貼合，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面間隙逐漸減小，平移曲線軸(5)移動至最右端時，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面完全貼合，平移曲線軸(5)移動過程中曲面圓筒體(3)繞其軸線旋轉，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面沿環向一周均與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面實現貼合，完成下端擠壓滾輪(7)所在平面的曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體擠壓成為圓弧母線曲面圓筒體工作；

彈簧(8)的形狀為第八螺旋回轉體，彈簧(8)的第八螺旋回轉體的最左端為第八左端點，彈簧(8)的第八螺旋回轉體的最右端為第八右端點；

彈簧(8)有若干個，若干個彈簧(8)從上至下等距離安裝，彈簧(8)的第八螺旋回轉體的螺旋回轉軸線位于平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸的圓弧軸線所在平面內，彈簧(8)的第八左端點與平移曲線軸(5)連接，彈簧(8)的第八螺旋回轉體的螺旋回轉軸線與連接點處平移曲線軸(5)的第五曲線圓軸的軸線垂直，彈簧(8)的第八螺旋回轉體的螺旋回轉軸線與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面垂直；

擠壓滾球(9)的形狀為第九圓球體，擠壓滾球(9)的第九圓球體的外表面為第九圓球面；

擠壓滾球(9)有若干個，擠壓滾球(9)與彈簧(8)的第八右端點連接，擠壓滾球(9)能夠繞彈簧(8)的第八右端點任意軸旋轉，擠壓滾球(9)的第九圓球面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸給予擠壓滾球(9)的第九圓球面摩擦力，通過曲面圓筒體(3)帶動擠壓滾球(9)旋轉，在曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面受到下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面和上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面同時擠壓的過程中，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面的未完成擠壓的部位受到擠壓滾球(9)的第九圓球面的支撐，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面在被擠壓成圓弧母線曲面圓筒體的過程中，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面沿著軸線舒展伸長，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面舒展伸長的部分由擠壓滾球(9)的第九圓球面支撐捋順，避免發生翹曲和起摺，擠壓滾球(9)的第九圓球面擠壓曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面使其提前做好預先變形，減小后續擠壓的變形量，使得后續擠壓工作容易且成品率提高；

旋轉卡盤(1)繞其回轉體軸線旋轉的角速度為89～112轉/分鐘；

卡箍(4)的第四圓環體沿軸線方向厚度與圓弧母線曲面圓筒體軸線方向長度之比為1：17～19；

兩個相鄰的彈簧(8)之間的距離與卡箍(4)的第四圓環體沿軸線方向厚度相同；

卡箍(4)對曲面圓筒體(3)的擠壓壓強為121～139MPa；

上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行擠壓的壓強與下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行擠壓的壓強相同，上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行擠壓的壓強為47～53MPa；

彈簧(8)的勁度系數為8.6～9.1萬牛/米；

利用所述一種圓弧母線曲面圓筒體卷焊成型裝置加工圓弧母線曲面圓筒體的工藝，包括以下步驟：

步驟1：將內腔模具(2)與旋轉卡盤(1)裝配；

步驟2：曲面圓筒體(3)的原始材料為5A06鋁板，先將曲面圓筒體(3)的5A06鋁板加工成扇形，再沿著曲面圓筒體(3)的扇形鋁板母線方向刻槽，所有槽沿著母線方向等角度均勻布置，再通過卷板機將曲面圓筒體(3)的扇形鋁板卷成帶有開口的第三圓錐筒體，再將曲面圓筒體(3)的扇形鋁板的兩處邊沿母線對接后焊接到一起，至此，曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體卷焊成型，將曲面圓筒體(3)與內腔模具(2)裝配，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面中部與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面接觸；

步驟3：將卡箍(4)安裝在曲面圓筒體(3)與內腔模具(2)的接觸圓環處，卡箍(4)將曲面圓筒體(3)夾緊后，卡箍(4)對曲面圓筒體(3)的擠壓力向內傳遞轉化為曲面圓筒體(3)對內腔模具(2)的擠壓力，卡箍(4)、曲面圓筒體(3)、內腔模具(2)、旋轉卡盤(1)以相同的角速度繞旋轉卡盤(1)的回轉體軸線旋轉；

步驟4：將上端擠壓滾輪(6)和下端擠壓滾輪(7)與平移曲線軸(5)裝配，上端擠壓滾輪(6)位于卡箍(4)上端，下端擠壓滾輪(7)位于卡箍(4)下端，向右移動平移曲線軸(5)，上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，通過旋轉卡盤(1)帶動內腔模具(2)旋轉，通過內腔模具(2)帶動曲面圓筒體(3)旋轉，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸給予上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面摩擦力，通過曲面圓筒體(3)帶動上端擠壓滾輪(6)旋轉，隨著平移曲線軸(5)逐漸從左向右移動，上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行逐漸擠壓，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面逐漸貼合，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面間隙逐漸減小，平移曲線軸(5)移動至最右端時，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面完全貼合，平移曲線軸(5)移動過程中曲面圓筒體(3)繞其軸線旋轉，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面沿環向一周均與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面實現貼合，完成上端擠壓滾輪(6)所在平面的曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體擠壓成為圓弧母線曲面圓筒體工作，下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面與曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸，通過旋轉卡盤(1)帶動內腔模具(2)旋轉，通過內腔模具(2)帶動曲面圓筒體(3)旋轉，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面接觸給予下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面摩擦力，通過曲面圓筒體(3)帶動下端擠壓滾輪(7)旋轉，隨著平移曲線軸(5)逐漸從左向右移動，下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面對曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面進行逐漸擠壓，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面逐漸貼合，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面間隙逐漸減小，平移曲線軸(5)移動至最右端時，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面完全貼合，平移曲線軸(5)移動過程中曲面圓筒體(3)繞其軸線旋轉，曲面圓筒體(3)的第三內圓錐面沿環向一周均與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面實現貼合，完成下端擠壓滾輪(7)所在平面的曲面圓筒體(3)的第三圓錐筒體擠壓成為圓弧母線曲面圓筒體工作，擠壓過程中，將彈簧(8)和擠壓滾球(9)與平移曲線軸(5)裝配，通過曲面圓筒體(3)帶動擠壓滾球(9)旋轉，在曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面受到下端擠壓滾輪(7)的第七外圓柱面和上端擠壓滾輪(6)的第六外圓柱面同時擠壓的過程中，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面的未完成擠壓的部位受到擠壓滾球(9)的第九圓球面的支撐，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面在被擠壓成圓弧母線曲面圓筒體的過程中，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面沿著軸線舒展伸長，曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面舒展伸長的部分由擠壓滾球(9)的第九圓球面支撐捋順，避免發生翹曲和起摺，擠壓滾球(9)的第九圓球面擠壓曲面圓筒體(3)的第三外圓錐面使其提前做好預先變形，減小后續擠壓的變形量，使得后續擠壓過程變的容易且成品率提高；

步驟5：向左移動平移曲線軸(5)，將步驟4中被擠壓完成的圓弧母線曲面圓筒體外側套上卡箍(4)；

步驟6：重復步驟4和步驟5，直至整個圓弧母線曲面圓筒體全部被擠壓完成，而且整個圓弧母線曲面圓筒體外側全部套上卡箍(4)；

步驟7：切除圓弧母線曲面圓筒體上下端多余部分；

步驟8：將圓弧母線曲面圓筒體在內部內腔模具(2)支撐外部卡箍(4)擠壓條件下進行去應力熱處理，消除內應力后，圓弧母線曲面圓筒體的內側面與內腔模具(2)的第二圓弧母線回轉面輪廓完全相同，圓弧母線曲面圓筒體的外側面與所有的卡箍(4)的第四內圓柱面組合后的曲面輪廓完全相同，至此，圓弧母線曲面圓筒體的內外側面輪廓完全滿足圖紙設計要求，圓弧母線曲面圓筒體加工完成。