[发明专利]一种降低内筒应力的扁挤压筒

说明书

一种降低内筒应力的扁挤压筒。该扁挤压筒由外筒(501)、中筒(502)、内筒(503)和软金属填充层(504)构成；外筒(501)和中筒(502)、中筒(502)和内筒(503)之间均采用过盈装配；两块软金属填充层(504)对称于扁形孔长轴分布两侧，嵌于内筒型腔内部，并两端封闭。通过上述设计，本发明提供的扁挤压筒可使过渡圆角处的应力集中现象得到明显改善，应力水平显著降低，挤压服役时的循环应力幅值显著降低，有效提高整个扁挤压筒的寿命。

技术领域

本项发明涉及挤压成型领域，特别涉及一种降低内筒应力的扁挤压筒。

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。采用扁挤压方式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，会产生很大的应力集中，并且在挤压工作时的循环应力幅值很大，极易造成内筒破坏，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；但由于加工误差以及高温、高压、高摩擦等的恶劣工作环境，工作时两镶块与内筒壁之间会产生间隙，被挤压金属坯料会填满缝隙，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。

如图4为专利ZL103934299提出的一种端部密封软金属层的扁挤压筒，它由外筒401，中筒402，软金属层403和内筒404构成。其中，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。该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。然而在挤压过程即半载情况下，内筒应力过大，变形较为严重，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产生应力集中，并且应力水平太高；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，由于应力集中的影响，局部应力很高，易超出许用应力，并且在实际生产周期性加载的工况下，循环应力幅值很大，导致内筒的疲劳寿命显著降低，在短时间内开裂。目前，上述扁挤压筒的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与应力幅值很大的现象，提出一种能显著降低内筒应力集中并且降低循环应力幅值的扁挤压筒，提高扁挤压筒的寿命。

本项发明是一种降低内筒应力集中并且降低循环应力幅值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5所示。该扁挤压筒由外筒501、中筒502、内筒503和软金属填充层504构成；外筒501和中筒502采用过盈装配；中筒502和内筒503采用过盈装配；在内筒503内部镶嵌两块软金属填充层504；将两块软金属填充层504的两端封闭在内筒503内部的型腔内，如图6所示。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：