[發明專利]一種旋輪、旋壓組件及旋壓工藝

有效

• 申請號: 202110471112.5
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113134539B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 詹梅;李銳;鄭澤邦;張洪瑞;雷煜東
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B21D22/16
• 分類號: B21D22/16
• 代理公司: 成都中亞專利代理有限公司 51126
• 代理人: 趙婷;何淵

本發明屬于旋壓成形技術領域，公開了一種旋輪、旋壓組件及旋壓工藝。本發明通過在旋輪主體一端設置有一防擴部，使得旋輪沿旋輪鼻尖平面呈非對稱形狀，同時防擴部的外表面與旋輪主體的中心軸呈銳角，將本發明的旋輪用于對輪旋壓工藝中能夠有效控制對輪旋壓過程中大型筒形件的擴徑缺陷，從而有效減少大型筒形件廢品段的長度，進而提高材料的利用率和降低生產成本。與現有的對輪旋壓成形中通過工藝參數逐步優化和進行多道次旋壓來減輕擴徑缺陷的方法相比，本發明還具有提高生產效率和降低試錯成本的優點，同時也利于未來對輪旋壓成形中數字化、集成化、智能化進程的順利進行。

技術領域

本發明涉及旋壓成形技術領域，具體涉及一種旋輪、旋壓組件及旋壓工藝。

技術背景

旋壓成形是一種綜合鍛造、擠壓、拉深、彎曲和滾壓等工藝特點的近凈省力成形工藝，其具有工藝柔性好、成形力小、材料利用率高和構件成形性能好等優點，被廣泛應用于航空航天等回轉體構件的加工制造中。對輪旋壓作為一種新型的強力旋壓方法，其利用內旋輪來代替傳統流動旋壓中的芯模，依靠內外旋輪同時對筒形件內外壁施加成形力，不僅能夠節省模具制造的成本，而且能夠改善流動旋壓中筒形件內外壁變形不均勻等問題。特別針對大型筒形件，坯料減薄是通過內外旋輪對其擠壓來實現，能顯著降低機床承受的載荷，同時可實現多道次無模漸進式省力近凈成形，提升機床壽命，增加成形工藝柔性，被廣泛應用于大型薄壁筒形殼體的成形制造中。

然而對輪旋壓成形過程是一個多參數、多場耦合、多旋輪相互協調的加載過程，旋轉的金屬筒形件在多對旋輪的碾壓變形中呈現出高度的非線性，材料在這種環境下極易發生復雜的不均勻塑性變形而引發各種宏微觀缺陷，比如鼓包、起皺、開裂和端部擴徑等缺陷。尤其是筒形件的擴徑，是影響大型筒形件成形精度和后期裝配精度的致命缺陷，已成為對輪旋壓工藝中亟待解決的瓶頸問題。

中國專利申請CN102688927A公開了一種用于筒形件正向旋壓機構來抑制流動旋壓過程中未旋壓區坯料的擴徑缺陷，該專利通過在旋輪前方套裝一固定壓圈，通過壓圈來對流動旋壓過程中旋輪前方鼓起的材料產生向內的徑向擠壓作用,從而限制旋輪前方材料向外的徑向流動，促進加工過程中材料沿軸向流動，抑制未旋壓區坯料的擴徑，使筒形件成形過程中變形平穩，最終在旋壓末期達到防止坯料嚴重擴徑的產生。進一步地，西北工業大學研究了不同旋壓工藝參數對筒形件流動旋壓擴徑程度的影響規律，發現旋輪進給速率和各道次減薄量是影響擴徑缺陷的兩最重要因素。通過減小流動旋壓各道次減薄率和減小旋輪進給速率能減小擴徑程度，但卻不能完全消除擴徑缺陷。進一步地，文中還通過實驗和有限元數值仿真研究了通過在旋輪前方施加一壓圈來抑制流動旋壓擴徑產生喇叭口缺陷的材料流動機理(Mei Zhan, J. Guo, M. W. Fu, R. Li, P. F. Gao, H. Long, F. Ma.Formation mechanism and control of flaring in forward tube spinning. Int. J.Adv. Manuf. Technol, 2018, 94: 59-72)。

曾超在研究對輪旋壓制備納米/超細晶筒形件方法的過程中發現：對輪旋壓大部分金屬沿軸向流動而小部分沿切向流動，切向流動的這小部分金屬會造成對輪旋壓件徑向擴大，尤其是口部擴徑最為明顯 (曾超. 對輪旋壓制備納米/超細晶筒形件方法及試驗研究. 華南理工大學, 2014)。Fan等研究了對輪旋壓中擴徑塑性變形機理并發現：擴徑區域的外邊緣顯示切向拉伸應力和徑向壓縮應力，擴徑的中間區域顯示切向拉伸應力和徑向拉伸應力 (Shu-Qin Fan, Sheng-Dun Zhao and Chao Chen. Plastic DeformationMechanism in Double-Roller Clamping Spinning of Flanged Thin-Walled Cylinder.Chin. J. Mech. Eng, 2018, 31:56)。