[发明专利]一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法

说明书

技术领域

本项发明属于塑性成型领域，特别涉及一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。

背景技术

随着交通运输业与航天航空业的迅速发展，大型宽幅、薄壁、且具有复杂结构的轻合金型材在轨道车辆、飞机等领域的需求量不断增大。采用扁挤压筒不但可提升宽幅构件挤压工艺和产品质量，也减少了挤压机的吨位。因此，许多研究者提出不同结构的扁挤压筒。

如图1为现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图，它由外筒101、中筒102、内筒103组成。工作中，在内筒内壁圆弧过渡处，即图中圈出部位，会产生较大的应力集中，造成内筒破坏，大大降低使用寿命。

如图2为专利ZL01256641.1提出的局部预压力结构扁挤压筒，它由外筒201、中筒202、内筒203组成。其特征是内筒与中筒之间的过盈装配接触面为局部接触，从而减小圆弧过渡处，即图中圈出部位的应力集中；但内筒有一部分与中筒不接触，造成该部位刚度降低，工作时会产生较大的位移，在周期性的加载条件下，很容易引起疲劳破坏，降低使用寿命。

如图3为专利WO2010/145087A1提出的内筒为镶块结构的扁挤压筒，它由外筒301、中筒302、内筒303、上镶块304、下镶块305以及沉头螺栓306组成。上、下镶块由沉头螺栓固定在内筒圆环上，把集中内应力较均匀地传递给内筒圆环，从而降低危险断面的应力峰值；但由于由于加工误差以及高温、高压、高摩擦等的恶劣工作环境，两镶块的会产生间隙，工作是被挤压金属会填满缝隙，损坏镶块及中筒，同时内筒螺纹处也会产生应力集中，在周期性的加载情况下，也较易造成破坏。

上述扁挤压筒结构都不可避免在过渡圆角处的应力集中；在高温高压服役环境下，内筒平均应力水平已经接近屈服应力，由于应力集成的影响，局部应力很高，易超出许用应力，导致内筒在短时间内开裂。目前，上述扁挤压筒服役寿命难以满足工业需求。

发明内容

本发明专利目的就是克服上述背景中扁挤压筒的应力集中现象，提出一种消除内筒应力集中的扁挤压筒，提高扁挤压筒的寿命。

本项发明是一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。本发明所提出的扁挤压筒结构如图4所示。该扁挤压筒由外筒401、中筒402、软金属层403和内筒404构成；外筒401和中筒402采用过盈装配；在内筒404与中筒402之间包含了一层变厚度的软金属层403；两端采用过盈配合将软金属层403封闭在密闭的型腔内，如图5所示。

本发明所提出的扁挤压筒的制造方法为：外筒401、中筒402可采用锻造或环轧制坯，大型车床配作加工，满足过盈量的精度要求，并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配；内筒404也采用锻造或环轧制坯，采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工，保证壁厚满足设计要求；在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层，确保软金属浇铸的致密性；浇铸完成后采用数控机床加工内筒404的内部型腔，采用配作加工加工内筒的外径，满足两端密封部位过盈量的要求。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的扁挤压筒，采用变截面的软金属层，在高温环境下具有良好的流动性，当内筒承受挤压载荷时，内筒变形导致软金属层产生静水压力，由于静水压力与内部挤压力平衡，挤压筒内筒的应力集中得到明显消除，其应力水平也大大降低；而中筒402、外筒401在静水压力的作用下，也不会产生应力集中。因此，本发明提供的扁挤压筒可有效提高整个扁挤压筒寿命。

附图说明

图1是现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图

其中：101外筒、102中筒、103内筒

图2是现有技术中局部预压力结构扁挤压筒示意图

其中：201外筒、202中筒、203内筒

图3是现有技术中内筒为镶块结构的扁挤压筒示意图

其中：.304上镶块、305下镶块、306连接螺钉

图4是本发明的扁挤压筒实施例示意图

其中：401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层

图5是本发明的扁挤压筒端部密封结构1/4模型图

其中：401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更清楚表达，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。