[發明專利]一種周向內波紋筒節軋制成形設備及其方法

在審

• 申請號: 202211132215.X
• 申請日: 2022-09-16
• 公開（公告）號: CN115488153A
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 孫建亮;單存堯;吳潤澤;張學智
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B21B19/14
• 分類號: B21B19/14;B21B27/02;B21B37/78;B21D15/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 何圣斐;李洪福

本發明涉及一種周向內波紋筒節軋制成形設備及其方法，所述設備包括驅動輥、導向輥、錐輥和波紋芯輥；所述方法包括預壓下、軋制和圓整等步驟；本發明以筒節軋制理論為基礎，采用徑、軸向軋制，其核心在于將芯輥設計為波紋芯輥，一體化連續軋制出具有復雜內波紋結構的筒節。確定了內波紋筒節軋制咬入條件以及軋制速度、軋輥進給量等參數，確定了軋制系統各組成部分的尺寸范圍，形成了一套周向內波紋筒節軋制成形方法。本發明提出的內波紋筒節軋制成形方案，對于成形出更好形貌質量的周向內波紋筒節具有很大的參考意義。

技術領域

本發明涉及金屬壓延加工技術領域，尤其涉及一種周向內波紋筒節軋制成形設備及其方法。

背景技術

深海裝備技術是未來世界各國爭奪戰略優勢的制高點，已成為目前國際深海科學最前沿的研究領域。潛艇耐壓殼的抗壓性能主要取決于耐壓殼筒節的材料和結構，目前潛艇耐壓殼筒節采用高強度高韌性鋼已經取得較大突破，但耐壓殼筒節形狀結構較為單一，主要是圓柱形筒體，一般通過增加環形肋骨和提高筒節厚度來提升其抗壓性能，顯著減小了耐壓殼容重比、降低了比強度。

當前，耐壓殼筒節主要采用卷板機卷制而成，但是卷板機并不具備卷制復雜結構耐壓殼筒節的能力，嚴重限制了復雜結構耐壓殼制造理論的發展。

綜上所述，制造抗壓性能更好、容重比更高且具有復雜結構的深潛器耐壓殼筒節，提高整體性能，是耐壓殼筒節制造領域亟待解決的關鍵難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種周向內波紋筒節軋制成形設備及其方法，能夠加工出形貌較為完好且抗壓性能更好、容重比更高的周向內波紋筒節。

本發明采用的技術方案如下：

本發明所提出的一種周向內波紋筒節軋制成形設備，包括驅動輥、導向輥、錐輥和波紋芯輥；所述驅動輥為主動輥，繞自身軸線做主動的旋轉運動，所述波紋芯輥設置在驅動輥的一側，作為從動輥；筒節外圈與驅動輥接觸，內圈與波紋芯輥接觸；所述驅動輥通過與筒節之間的摩擦力帶動其轉動；所述波紋芯輥在與筒節的摩擦力作用下，繞自身軸線做被動旋轉運動，并且沿波紋芯輥與驅動輥軸心連線方向向著驅動輥做直線進給運動；隨著波紋芯輥不斷地向驅動輥做進給運動，驅動輥與波紋芯輥之間的間隙逐漸減小，筒節內壁形成周向波紋，外徑也有所增大；所述導向輥關于驅動輥和波紋芯輥軸心連線對稱分布，軋制過程中導向輥以一定的力抱住筒節，并在其增大的過程中被動張開，保證其圓度和運動穩定性；所述錐輥設置在筒節一側，用于控制筒節的軸向變形，消除軸向的寬展缺陷。

一種周向內波紋筒節軋制成形方法，包括以下步驟：

S1、預壓下：波紋芯輥首先進給一段較小的距離，該距離設置為波紋形貌的高度h，軋制系統開始運轉，待整個軋制系統逐漸穩定后，波紋芯輥再開始向預定的軋制位置進給；

S2、軋制：首先使波紋成形，然后軋制到目標厚度，軋制開始后，波紋芯輥的波紋中各個波峰與筒節接觸，隨著波紋芯輥的進給，波紋芯輥的波紋曲線與筒節內壁在沿筒節軸向接觸長度逐漸加大，即軸向上由點接觸逐漸變為完整的線接觸，直到波紋芯輥的波紋形貌各個波谷位置與筒節表面接觸，此后筒節和波紋芯輥位置關系保持不變，波紋芯輥停止進給，驅動輥繼續旋轉，保持波紋芯輥的波紋與筒節波紋基本貼合，直至在筒節的整個周向形成完整的波紋形貌；

波紋芯輥表面完全接觸筒節的時間為：

t₁＝h/v_y

式中：h為波峰位置到波谷位置的垂直距離；v_y為波紋芯輥進給速度；

t₁時刻前波紋芯輥與筒節接觸不充分，波紋形貌不完整，因此還要繼續軋制一定量的圈數，直至達到筒節的目標壁厚，所用時間為：

t₂＝2πRn/ωR₁