[发明专利]旋压成形工艺及用于通过旋压成形来制造物品的装置

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及旋压成形工艺及用于通过旋压成形来制造物品的装置。本发明具有特定但未必排他的在金属旋压方面的应用。

相关技术

金属旋压是指允许生产中空的轴向对称的(轴对称的)金属片部件的一组成形工艺。对于该组工艺来说常见的旋压基本技术由以下工艺组成：抵着旋压车床上的心轴夹住金属片坯料，以及在单一步骤或系列步骤中通过辊使坯料逐渐地形成到心轴表面上。

对涉及旋压成形的学术文献的详细检阅已进行并通过Music等人的(2010)[O.Music，J.M.Allwood，K.Kawai“A review of the mechanics of metal spinning”Journal of Materials Processing Technology 210(2010)3-23]公开，其全部内容据此通过引用方式并入。

在这里有趣的是，在术语常规旋压、剪力旋压和管形件旋压(tube spinning)之间加以区别，其全部被认为是旋压成形工艺。三种工艺的共同特征是其通常允许产生中空的旋转对称零件。在所形成的零件的壁厚方面，这三者之间的主要区别是明显的。在常规的旋压中，壁厚在整个工艺期间几乎保持恒定，因此所形成的零件的最终壁厚大体上等于坯料的厚度。比较起来，壁厚在剪力旋压和管形件旋压中减小；在剪力旋压中，零件厚度由部件的壁和旋转轴线之间的角度决定；在管形件旋压中，最终厚度由工件的长度的增加限定。此外，虽然常规旋压和管形件旋压零件可在单一步骤或多个步骤中形成，但是在剪力旋压中，成形在单一步骤中完成。

图1中图示了常规旋压工艺，其中初始的金属片工件10被保持在夹持在尾座12和心轴14之间的金属旋压装置中。心轴14、金属片工件10和尾座是围绕主旋转轴线A可旋转的。旋压片被利用辊16压向心轴14，辊16由辊臂18支撑并围绕辊轴线X可旋转。图2显示了通过已知的常规金属旋压工艺可成形的可行几何结构的示例。全部都是轴对称的，并且如可以看到的，可行的轴对称形状的范围是相对地宽的。

图3中图示了剪力旋压工艺。初始金属片工件20具有厚度t₀。初始的金属片工件20被保持在夹持在尾座22和心轴24之间的金属旋压装置中。心轴24、金属片工件20和尾座是围绕主旋转轴线A可旋转的。旋压片20a被利用由辊臂28支撑的辊26压向心轴24。在剪力旋压工艺中，金属工件的厚度大体上减小至t₁，其中t₁＜t₀。在一些剪力旋压工艺中，旋压工艺之后(垂直于轴A测量的)工件的总直径与旋压工艺之前是相同的。剪力旋压的限度通过可在完成的几何结构中获得的最小角度α给定，其中：

t₁＝t₀sinα

随着α减小，为了实现α的所要求值而在壁厚方面的需要减小变得非常明显，导致工件的失效，其中α的所要求值太低。图4显示了通过剪力旋压工艺可成形的可行几何结构的示例。

一些工人已认识到，金属旋压被限制于生产轴对称的几何结构。因此，已进行了一些工作来尝试修改金属旋压工艺以产生非轴对称的几何结构。

例如，US 2005/0183484公开了控制系统用于控制辊工具抵着工件的压紧力的用途，其中心轴具有非轴对称的几何结构。在该工艺期间，工件与心轴的外部形状一致。在US 2008/0022741中阐述了类似的工艺。

发明概述

本发明人认识到，虽然US 2005/0183484和US 2008/0022741可提供用于制造具有非轴对称几何结构的物品的工艺，但是该工艺存在以下缺点：在进行金属旋压工艺之前，必须首先提供以成形心轴的形式的特殊要求的非轴对称几何结构。虽然在心轴将被多次使用来生产许多相同地成形的物品的情况下这可能是可接受的，但是该工艺是不可变更的，因为对所要求的几何结构的甚至较小的改变都需要制造新的心轴。

本发明人认识到，关于制造具有轴对称的几何结构的物品存在类似的问题。

因此，本发明旨在解决以上问题中的一个或多个，并且优选地改善或者甚至克服这些问题中的一个或多个。

在关于旋压成形的一般方面中，本发明用抵靠工件的表面的至少两个支撑件来代替常规的心轴，工件是关于这两个支撑件可旋转的。