[发明专利]一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法

说明书

技术领域

本发明属于塑性加工技术领域，具体涉及一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法。

背景技术

带筋大高径比薄壁环件(以下简称带筋环件)以铝合金等轻质材料为主，壁厚小、高径比大、表面带有纵筋、横筋或纵横交错网格筋，属于材料难变形、结构难成形特殊环件，是航天和国防装备中不可或缺的高性能轻量化构件。此类带筋环件的现有制造方法是先采用轧环、旋压等塑性加工方法整体成形环件基体，然后再利用焊接和切削方法在环件基体表面加工网格筋。

现有的环件基体塑性成形方法和网格筋结构焊接或切削方法均存在明显弊端。对于塑性成形环件基体，由于壁厚小、高径比大，普通轧环制坯难度大(为了避免大高径比镦粗，坯料需要反复镦拔)，环件圆度难以保障(环件壁薄刚度差，轧制过程中极易塑性失稳而被轧扁)，通常需要增加壁厚加工余量导致切削工时和材料消耗增加。旋压成形目前则主要适用于直径1米左右的中小型环件，直径更大的环件旋压成形缺陷难以控制而且现有成形设备难以实现。对于环件表面带筋结构，焊接和切削不仅效率十分低下，而且大量焊接焊缝和切削造成的流线破坏，明显削弱了构件组织性能。虽然目前已有报道采用旋压、挤压等塑性加工方法成形表面筋条，但是这些方法受成形工艺和设备限制，只适用于中小型环件和简单的纵筋或横筋成形，对于大直径环件和更为复杂的网格筋则无能为力，而它们则通常应用于更为先进的大型航空和武器装备中。因此，针对带筋环件现有制造问题，十分需要研发更为先进的成形技术，提高制造效率和产品性能，扩大成形对象，满足高端航天和武器装备发展需求。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，利用模内轧环方法和连续局部压挤方法相结合，可实现大高径薄壁环件基体和表面筋结构无缝近净成形，取代焊接并显著减少切削加工，可适用于不同尺寸和结构带筋环件，从而提高制造产效率和产品性能，扩大成形对象。

为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法，包括如下步骤：

步骤一、设置用以约束环坯的套模，环坯放置在套模内；

步骤二、将芯辊穿入环坯内孔中，在轧环机动力系统驱动下，主辊旋转驱动套模带动环坯转动、芯辊直线进给压挤；

步骤三、当环坯高度增加至与套模高度一致时，停止芯辊进给，轧制过程结束，厚壁环坯形成薄壁环件基体；

步骤四、将芯辊更换成压挤凸模，成形的环件基体仍保留在套模内；

步骤五、调整位于主辊对面的副辊紧贴套模外表面；

步骤六、液压缸驱动凸模向前运动压挤与其工作面接触的环件，压挤出局部网格筋结构；然后凸模回程，副辊低速旋转带动套模顺时针旋转一定角度θ，θ＝360°/n，其中n＝环件纵筋个数；

步骤七、反复重复步骤六，直至在环件表面压挤出整体网格筋结构，压挤过程结束，脱开压挤凸模，并从套模中取出环件，得到带筋大高径比薄壁环件。

作为上述技术方案的优选实施方式，本发明实施例提供的带筋大高径比薄壁环件轧挤复合成形方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，在本发明的一个实施例中，所述步骤一中，环锻件尺寸根据目标环件产品和加工余量确定，环锻件外半径R等于目标环件产品外半径加上相应加工余量ΔR，环锻件内半径r等于目标环件产品内半径减去相应加工余量Δr，环锻件轴向高度B等于目标环件产品轴向高度加上相应加工余量ΔB，网格筋部分设计(2～5)°拔模斜度α和相应加工余量ΔW。环件基体尺寸根据环锻件确定，环件基体直径D₁等于2倍环锻件外半径R，即D₁＝2R，环件基体高度B₁等于环锻件高度B，环件基体内径d₁需根据环锻件体积V确定，环坯尺寸根据环件基体确定，环坯外径D₀与环件基体直径D₁之间满足D₁＝(1～3)D₀，环坯高度B₀与环件基体高度B₁间满足B₁＝(1.2～4)B₀，环坯内径套模工作尺寸根据环锻件确定，套模内径d_t等于环锻件外径即2R，套模高度B_t与环锻件高度B相等，套模外径可根据套模材料和设备吨位进行强度设计来确定。