[发明专利]薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法

权利要求书

1.一种薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法，其特征在于，包括：

将圆环毛坯放置在套筒内，圆环毛坯外壁紧贴套筒内壁，包络辊外壁紧贴圆环毛坯内壁，上下环形盖板紧贴套筒上下端面以约束圆环毛坯轴向高度；

套筒带动圆环毛坯绕自身轴线以转速ω₁主动转动，包络辊绕自身轴线以转速ω₂主动转动，同时沿径向以速度v进给辗压圆环毛坯；在包络辊、套筒共同作用下，包络辊与圆环毛坯作包络运动，圆环毛坯发生连续局部塑性变形，直至高筋被包络辊完全包络成形；

所述包络辊包括纵筋型腔、横筋型腔和夹持端，夹持端与包络辊驱动装置相连，纵筋型腔和横筋型腔分别用来成形目标薄壁高筋筒形构件纵筋和横筋；

套筒的转速ω₁和包络辊的转速ω₂满足以下公式：

其中，(x₀,y₀)为包络辊与目标薄壁高筋筒形构件线速度相等点的坐标，e为包络辊轴线与套筒轴线之间的距离。

2.根据权利要求1所述的薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法，其特征在于，圆环毛坯外径等于目标薄壁高筋筒形构件外径，高度等于目标薄壁高筋筒形构件高度，圆环毛坯内径r₃由以下公式计算得到：

其中，目标薄壁高筋筒形构件高为h，内半径为r₁，外半径为r₂，横筋和纵筋径向高度都为w，纵筋数量为n，纵筋宽度为2l，横筋数量为m，横筋轴向高度t。

3.根据权利要求1所述的薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法，其特征在于，包络辊上对应点坐标(x',y',z')和目标薄壁高筋筒形构件上任意一点坐标(x,y,z)之间满足以下公式：

其中，(x₀,y₀)为包络辊与目标薄壁高筋筒形构件线速度相等点的坐标，e为包络辊轴线与套筒轴线之间的距离。

4.根据权利要求3所述的薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法，其特征在于，包络辊与目标薄壁高筋筒形构件间干涉判断方法如下：

当包络辊与目标薄壁高筋筒形构件纵筋接触的位置位于包络辊型腔外，此时干涉存在，反之，干涉不存在；干涉判据：当有式(4)成立时，干涉存在；

y_ti≠f₁(x_ti,t) (4)

在式(4)中，y_t＝f₁(x_t,t)表达式为式(5)，(x_ti,y_ti,t)为由式(6)、(7)联立解得解集中任意一解；式(5)-(7)计算方式如下：

结合式(3)，得到包络辊型腔区域在t时刻表达式(5)：

式(6)为目标构件纵筋区域在t时刻表达式：

式(7)为包络辊圆柱截面表达式：

(x_t-e)²+y_t²≤(r₁-e)² (7)。

5.根据权利要求4所述的薄壁高筋筒形构件包络辗压成形方法，其特征在于，将任意时刻包络辊上干涉区逐一去除，获得修正后的包络辊，修正后的包络辊与目标筒形构件不发生干涉；对运动状态分析，发现包络辊与目标筒形构件之间存在的干涉区域包括AGCF、AHK两种情况，精确计算并切除每一时刻干涉区域，即得到无干涉包络辊；计算方式如下：

在任意时刻t，干涉区域AGCF四个端点中：点A、C由式(8)、(11)确定；点G由式(10)、(13)联立确定；点F由式(9)、(15)联立确定；若无G或F点，则干涉区域不存在，反之，需在包络辊上切除此区域以消除干涉；

在任意时刻t，干涉区域AHK三个端点中：点A由方程(8)确定；点K由式(10)、(13)联立确定；点H由式(9)、(13)联立确定；若无点K或点H，则干涉区域不存在，反之，需在包络辊上切除此区域以消除干涉；

在初始位置有A(a,b)，B(c,b)，E(a,-b)，上述涉及式(8)-(15)计算过程如下：

a)计算目标筒形薄壁高筋构件上点A在t时刻坐标，以式(8)表示：

b)计算目标薄壁高筋筒形构件上边AB在t时刻方程，以式(9)表示：

c)计算目标薄壁高筋筒形构件上边AE在t时刻方程，以式(10)表示：

d)计算包络辊上点C在t时刻坐标，以式(11)表示：

式(11)中(x_C,y_C)以式(12)表示:

e)计算包络辊上边CD在t时刻坐标：

式(13)中(x_CD,y_CD)以式(14)表示:

f)包络辊外圆方程以式(15)表示：