[发明专利]法兰约束旋压成型装置及工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及板料塑性加工技术领域，具体地，涉及一种法兰约束旋压成型装置及工艺方法。

背景技术

旋压是板料单点的连续塑性成型方法，成型过程中板料被压在芯模上，随着摩擦力作用跟着机床主轴高速旋转，旋轮在控制系统的作用下沿预定轨迹运动，通过精确的位移控制，板料在旋轮作用下逐渐贴模成型，得到整体无缝的回转体构件。通过旋压工艺得到整体构件相对于拼焊成型具有成型精度高、残余应力小、生产成本低、柔性高等突出优点，因此广泛应用在压力容器、化工容器、火箭壳体、人造卫星等产品成型制造。

随着运载装备的轻量化和整体化的设计需求，大型结构产品采用旋压整体成型制造，同时新的高强度材料不断被应用到旋压产品中。为此，目前旋压成型朝向大型化、薄壁化的方向发展。旋压属于大应变、非线性变形问题，成型过程复杂，对大型化高强度材料旋压过程，材料容易出现失稳起皱和开裂的问题，尤其是大径厚比薄壁构件加工。在大径厚比薄壁构件旋压过程中，随着旋轮的进给，由于法兰区周向压应力的逐渐增大以及整体较低的结构刚度，法兰区材料会开始出现波纹现象。这种波纹到成型后期，由于薄的板坯结构刚度不足，塑性变形引起的周向压应力积累到一定程度，板料周向压缩应力大于临界值，就会出现法兰起皱缺陷，导致后续旋压成型无法继续进行。为了防止旋压成型中出现法兰起皱缺陷，通常使用多道次成型，但是多道次成型带来工艺路径设计复杂，加工繁琐，以及随着道次增加导致的成型部分材料被拉薄严重的问题。除了多道次成型工艺外，利用法兰约束装置也是控制法兰起皱的一种有效方式，尤其对于薄壁构件，可以大幅增强法兰区结构刚度，增加材料抗起皱能力，扩大旋压成型窗口，减少成型道次。

通过对现有技术的检索发现，在法兰约束旋压成型装置方面，专利文献CN104525671A公开了一种用于对带挡板的封头进行成型的装置以及成型方法。芯模上口直径100mm，下口直径20.6mm，高度41mm，板坯厚度1mm，采用带挡板的一道次普旋成型工艺，所成型封头零件径厚比100，弓高比0.4，成型后壁厚最大减薄率为10.02％。该成型装置提供了一种使用环形挡板方式的单边法兰约束成型方法，在一定程度上起到了增加法兰区结构刚度、增加材料抗起皱能力的作用。但是工作时板料只有单侧存在法兰约束，在旋轮作用区一侧板坯和旋轮之间依然存在很大的间隙，成型过程中在这一侧依然存在发生起皱的可能。

在双面法兰约束工艺的应用方面也有一些相关文献。文献：Ahmed K I,Gadala M S,El-Sebaie M G.Deep spinning of sheet metals[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2015,97:72-85。该文献中，杯形件芯模直径48mm，板坯厚度1.5mm，采用双面法兰约束一道次成型，带有约束装置的旋轮对板料法兰施加双边约束，并沿芯模母线方向进给，在双面法兰约束的压力作用下，板坯发生连续变形。这种方法的缺点是约束装置和旋轮被固定在一起，无法调节约束力或约束间隙，材料减薄严重，并且只适用于单道次的直母线构件成型，无法实现多道次成型以及约束间隙的调节，不能适用于曲母线件旋压成型中。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种法兰约束旋压成型装置及工艺方法。

根据本发明提供的法兰约束旋压成型装置，包含旋轮、约束装置、尾顶以及芯模；

其中旋轮与约束装置构成法兰约束机构，旋轮位于约束装置上端；

约束装置包含直母线或者曲线轴对称辊轮结构；

尾顶与芯模构成夹持单元。

优选地，还包含驱动系统，所述驱动系统包含以下模块：

间隙调节模块：调节旋轮与约束装置之间间隙；

进给模块：控制旋轮与约束装置的运动轨迹。

本发明还提供了一种利用上述的法兰约束旋压成型装置进行法兰约束旋压成型的工艺方法，包含以下步骤：

步骤S1：将板料夹持在夹持单元上；

步骤S2：将约束装置设置在板料的下侧；

步骤S3：所述旋轮沿所述板料上的预设路径运动，完成所述板料的旋压成型。

优选地，步骤S3中，驱动系统控制：

--约束装置与旋轮在轴向与径向方向上保持同步进给；

--约束装置与旋轮之间的间隙保持为定值。

优选地，步骤S3中，约束装置按以下方式运动：

--绕自身对称轴连续滚动运动；