本發(fā)明涉及的是一種金屬塑性加工領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備及制造方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)帶筋薄壁筒形件的高強(qiáng)度、高性能需求不斷提升。當(dāng)通過整體成形方法來制造筋條高寬比更大、材料強(qiáng)度更高的帶筋構(gòu)件時(shí)，室溫成形會(huì)出現(xiàn)設(shè)備噸位不足、材料塑性變形困難等問題，因此需要熱能場(chǎng)輔助帶筋構(gòu)件的成形，目前常見的加熱方式有激光加熱、高頻感應(yīng)加熱、火焰噴槍加熱、紅外加熱等方式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)限制，無法在展成旋擠工藝中對(duì)筒坯進(jìn)行加熱，導(dǎo)致只能夠?qū)τ捕鹊汀?qiáng)度低的材料進(jìn)行加工的不足，提出一種外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備及制造方法，通過弧形紅外加熱方式，在不干涉輥輪加工的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒坯的加熱及溫度控制，改善材料的塑性流動(dòng)性，同時(shí)通過水平方向與垂直方向的運(yùn)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸構(gòu)件的靈活加熱，并且利用小進(jìn)給量多道次的加工特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高硬度材料外交叉筋薄壁筒體的制造，提升帶外筋薄壁筒體的筋條高寬比。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明涉及一種外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，包括：依次設(shè)置于旋壓機(jī)機(jī)體上的運(yùn)動(dòng)模塊和成形模塊，以及與運(yùn)動(dòng)模塊相連的加熱模塊，其中：運(yùn)動(dòng)模塊控制加熱模塊對(duì)筒坯的加熱位置的調(diào)整，旋壓機(jī)機(jī)體驅(qū)動(dòng)成形模塊進(jìn)行熱展成旋擠工藝。

4、所述的運(yùn)動(dòng)模塊包括：設(shè)備固定裝置、活動(dòng)設(shè)置于其上的水平運(yùn)動(dòng)裝置以及設(shè)置于水平運(yùn)動(dòng)裝置上的垂直運(yùn)動(dòng)裝置，其中：垂直運(yùn)動(dòng)裝置與加熱模塊相連。

5、所述的設(shè)備固定裝置包括：后支架、后橫梁、加固橫梁、導(dǎo)軌、固定卡扣、前橫梁、斜支撐、前支架和調(diào)節(jié)底座，其中：后橫梁、加固橫梁、前橫梁分別與雙導(dǎo)軌垂直連接對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行加固，導(dǎo)軌通過固定卡扣與旋壓機(jī)機(jī)體相連；后支架和前支架豎直設(shè)置并與導(dǎo)軌相連。

6、所述的水平運(yùn)動(dòng)裝置包括：移動(dòng)平臺(tái)、把手、導(dǎo)軌小車、鎖定模塊和限位塊，其中：兩個(gè)導(dǎo)軌小車分別設(shè)置于移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)，導(dǎo)軌小車活動(dòng)設(shè)置于導(dǎo)軌內(nèi)部，帶動(dòng)加熱模塊進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)；鎖定模塊設(shè)置于導(dǎo)軌小車下方以鎖定導(dǎo)軌小車的位置；限位塊設(shè)置于導(dǎo)軌的頂端以限制導(dǎo)軌小車的最大位移距離。

7、所述的垂直運(yùn)動(dòng)裝置包括：分別設(shè)置于移動(dòng)平臺(tái)上下兩側(cè)的電動(dòng)推桿的垂直滑軌，其中：電動(dòng)推桿機(jī)身與配合，推桿與加熱模塊中的u型板配合，實(shí)現(xiàn)加熱模塊的垂直運(yùn)動(dòng)；四根垂直滑軌與移動(dòng)平臺(tái)配合，輔助加熱模塊的垂直運(yùn)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

8、所述的加熱模塊包括：加熱外殼、沿弧形設(shè)置于加熱外殼內(nèi)部的紅外加熱燈管和變壓器、設(shè)置于加熱外殼上方的散熱風(fēng)扇，其中：加熱外殼兩側(cè)設(shè)有用于與u型板下方配合的連接板，u型板上方與推桿相連。

9、所述的成形模塊包括：依次設(shè)置的芯模、主齒輪、限位齒圈和尾頂，以及以兩側(cè)分布方式分別設(shè)置于主齒輪和限位齒圈兩側(cè)的一對(duì)帶有傳動(dòng)齒輪的刀具單元，其中：限位齒圈、尾頂分別與待處理筒坯的上、下端接觸并對(duì)其進(jìn)行軸向約束，芯模與待處理筒坯過盈配合并對(duì)其進(jìn)行徑向約束。

10、所述的刀具單元包括：刀具底座、刀架、刀具軸以及設(shè)置于刀具軸上的傳動(dòng)齒輪和輥輪，其中：傳動(dòng)齒輪與主齒輪嚙合，通過主齒輪以ω1的角速度主動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪與輥輪以ω2的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，其滿足其中：z1為帶筋構(gòu)件設(shè)計(jì)齒數(shù)，z2為輥輪的設(shè)計(jì)齒數(shù)。

11、本發(fā)明涉及一種基于上述設(shè)備的外筋薄壁筒體熱展成旋擠制造方法，首先通過限位齒圈和尾頂對(duì)筒坯的軸向與周向進(jìn)行約束，通過芯模對(duì)筒坯的徑向進(jìn)行部分約束；調(diào)節(jié)水平運(yùn)動(dòng)裝置與垂直運(yùn)動(dòng)裝置使得加熱模塊運(yùn)動(dòng)至筒坯正上方后，啟動(dòng)旋壓機(jī)控制刀架遠(yuǎn)離筒坯，并讓筒坯進(jìn)行自轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)置加熱溫度，以紅外方式對(duì)筒坯進(jìn)行預(yù)熱；最后調(diào)節(jié)加熱模塊的輸出功率以持續(xù)對(duì)筒坯進(jìn)行保溫，同時(shí)控制旋壓機(jī)，平衡加工過程的側(cè)向力，另一側(cè)輥輪朝筒坯中心徑向運(yùn)動(dòng)，對(duì)筒坯進(jìn)行塑性加工，制造出帶外交叉筋的薄壁筒形件。

12、所述的熱展成旋擠，具體包括：

13、步驟1、調(diào)節(jié)控制箱，操縱水平運(yùn)動(dòng)裝置與垂直運(yùn)動(dòng)裝置，使得加熱模塊的空間位置位于筒坯正上方對(duì)筒坯的1/4進(jìn)行加熱。

14、步驟2、啟動(dòng)旋壓機(jī)控制輥輪遠(yuǎn)離筒坯的同時(shí)主齒輪與傳動(dòng)齒輪保持嚙合狀態(tài)；令芯模帶動(dòng)筒坯進(jìn)行自轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)置加熱模塊的目標(biāo)加熱溫度，以紅外方式對(duì)筒坯進(jìn)行預(yù)熱。

15、步驟3、調(diào)節(jié)加熱模塊的輸出功率，以持續(xù)對(duì)筒坯進(jìn)行保溫，同時(shí)控制旋壓機(jī)，并平衡加工過程的側(cè)向力，另一側(cè)刀架按照程序以預(yù)期速度朝筒坯中心徑向運(yùn)動(dòng)，通過輥輪對(duì)筒坯進(jìn)行塑性加工，制造出帶外交叉筋的薄壁筒形件。

16、所述的平衡加工過程的側(cè)向力是指：設(shè)置一側(cè)輥輪移至距離尾頂1mm處。

17、技術(shù)效果

18、本發(fā)明通過水平運(yùn)動(dòng)模塊與垂直運(yùn)動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)加熱模塊的空間運(yùn)動(dòng)與定位，利用紅外加熱的形式，保證在不干涉輥輪加工的前提下，能夠?qū)Σ煌叽缤搀w進(jìn)行均勻加熱，達(dá)到不同指定溫度。利用雙側(cè)布置刀架的結(jié)構(gòu)形式，令一側(cè)刀架起到平衡側(cè)向力的作用，另一側(cè)刀架起到成形作用，能夠令展成旋擠加工過程更加平穩(wěn)。

19、與現(xiàn)有裝置中展成旋擠成形僅通過刀具架與輥輪，在成形初期輥輪與筒坯會(huì)發(fā)生打滑現(xiàn)象，令一開始的成形過程出現(xiàn)筋條錯(cuò)位的問題相比，本發(fā)明通過主齒輪與傳動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)齒輪與輥輪固定于一根軸上，從而保證了主軸與刀具的傳動(dòng)比。

20、與現(xiàn)有裝置中軸向約束通過類似尾頂?shù)膱A環(huán)在筒坯前方頂住筒坯，不僅體積大，而且在成形過程中會(huì)出現(xiàn)筒坯相對(duì)于芯模轉(zhuǎn)動(dòng)的現(xiàn)象相比，本發(fā)明通過限位齒圈的齒狀結(jié)構(gòu)能夠保證對(duì)筒坯的軸向約束，同時(shí)齒狀結(jié)構(gòu)卡住了筒坯，防止筒坯在成形過程中相對(duì)芯模發(fā)生錯(cuò)位轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同筋條類型、尺寸大小的帶外交叉筋薄壁筒體的制造，實(shí)現(xiàn)外交叉筋薄壁筒體的熱展成旋擠成形功能，能夠制造高硬度材料帶外筋薄壁筒體，提升帶外筋薄壁筒體的筋條高寬比。

技術(shù)特征：

1.一種外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征在于，包括：依次設(shè)置于旋壓機(jī)機(jī)體上的運(yùn)動(dòng)模塊和成形模塊，以及與運(yùn)動(dòng)模塊相連的加熱模塊，其中：運(yùn)動(dòng)模塊控制加熱模塊對(duì)筒坯的加熱位置的調(diào)整，旋壓機(jī)機(jī)體驅(qū)動(dòng)成形模塊進(jìn)行熱展成旋擠工藝；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征是，、所述的設(shè)備固定裝置包括：后支架、后橫梁、加固橫梁、導(dǎo)軌、固定卡扣、前橫梁、斜支撐、前支架和調(diào)節(jié)底座，其中：后橫梁、加固橫梁、前橫梁分別與雙導(dǎo)軌垂直連接對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行加固，導(dǎo)軌通過固定卡扣與旋壓機(jī)機(jī)體相連；后支架和前支架豎直設(shè)置并與導(dǎo)軌相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征是，、所述的水平運(yùn)動(dòng)裝置包括：移動(dòng)平臺(tái)、把手、導(dǎo)軌小車、鎖定模塊和限位塊，其中：兩個(gè)導(dǎo)軌小車分別設(shè)置于移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)，導(dǎo)軌小車活動(dòng)設(shè)置于導(dǎo)軌內(nèi)部，帶動(dòng)加熱模塊進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)；鎖定模塊設(shè)置于導(dǎo)軌小車下方以鎖定導(dǎo)軌小車的位置；限位塊設(shè)置于導(dǎo)軌的頂端以限制導(dǎo)軌小車的最大位移距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征是，所述的垂直運(yùn)動(dòng)裝置包括：分別設(shè)置于移動(dòng)平臺(tái)上下兩側(cè)的電動(dòng)推桿的垂直滑軌，其中：電動(dòng)推桿機(jī)身與配合，推桿與加熱模塊中的u型板配合，實(shí)現(xiàn)加熱模塊的垂直運(yùn)動(dòng)；四根垂直滑軌與移動(dòng)平臺(tái)配合，輔助加熱模塊的垂直運(yùn)動(dòng)，保證運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征是，所述的加熱模塊包括：加熱外殼、沿弧形設(shè)置于加熱外殼內(nèi)部的紅外加熱燈管和變壓器、設(shè)置于加熱外殼上方的散熱風(fēng)扇，其中：加熱外殼兩側(cè)設(shè)有用于與u型板下方配合的連接板，u型板上方與推桿相連。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備，其特征是，所述的刀具單元包括：刀具底座、刀架、刀具軸以及設(shè)置于刀具軸上的傳動(dòng)齒輪和輥輪，其中：傳動(dòng)齒輪與主齒輪嚙合，通過主齒輪以ω1的角速度主動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪與輥輪以ω2的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，其滿足其中：z1為帶筋構(gòu)件設(shè)計(jì)齒數(shù)，z2為輥輪的設(shè)計(jì)齒數(shù)。

7.一種基于權(quán)利要求1-6中任一所述設(shè)備的外筋薄壁筒體熱展成旋擠制造方法，其特征在于，首先通過限位齒圈和尾頂對(duì)筒坯的軸向與周向進(jìn)行約束，通過芯模對(duì)筒坯的徑向進(jìn)行部分約束；調(diào)節(jié)水平運(yùn)動(dòng)裝置與垂直運(yùn)動(dòng)裝置使得加熱模塊運(yùn)動(dòng)至筒坯正上方后，啟動(dòng)旋壓機(jī)控制刀架遠(yuǎn)離筒坯，并讓筒坯進(jìn)行自轉(zhuǎn)，同時(shí)設(shè)置加熱溫度，以紅外方式對(duì)筒坯進(jìn)行預(yù)熱；最后調(diào)節(jié)加熱模塊的輸出功率以持續(xù)對(duì)筒坯進(jìn)行保溫，同時(shí)控制旋壓機(jī)，平衡加工過程的側(cè)向力，另一側(cè)輥輪朝筒坯中心徑向運(yùn)動(dòng)，對(duì)筒坯進(jìn)行塑性加工，制造出帶外交叉筋的薄壁筒形件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的外筋薄壁筒體熱展成旋擠制造方法，其特征是，所述的熱展成旋擠，具體包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的外筋薄壁筒體熱展成旋擠制造方法，其特征是，所述的平衡加工過程的側(cè)向力是指：設(shè)置一側(cè)輥輪移至距離尾頂1mm處。

技術(shù)總結(jié)
一種外交叉筋薄壁筒體熱展成旋擠設(shè)備及制造方法，包括：依次設(shè)置于旋壓機(jī)機(jī)體上的運(yùn)動(dòng)模塊和成形模塊，以及與運(yùn)動(dòng)模塊相連的加熱模塊，其中：運(yùn)動(dòng)模塊控制加熱模塊對(duì)筒坯的加熱位置的調(diào)整，旋壓機(jī)機(jī)體驅(qū)動(dòng)成形模塊進(jìn)行熱展成旋擠工藝。本發(fā)明通過弧形紅外加熱方式，在不干涉輥輪加工的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒坯的加熱及溫度控制，改善材料的塑性流動(dòng)性，同時(shí)通過水平方向與垂直方向的運(yùn)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺寸構(gòu)件的靈活加熱，并且利用小進(jìn)給量多道次的加工特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高硬度材料外交叉筋薄壁筒體的制造，提升帶外筋薄壁筒體的筋條高寬比。

技術(shù)研發(fā)人員：朱正午,趙亦希,歐陽(yáng)亞文,李雙利,于忠奇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10