用于對帶擋板的封頭進(jìn)行成型的裝置以及成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的成形工藝,具體是帶擋板的薄壁鋁合金封頭一道次普旋成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]封頭是一種廣泛應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、化工容器、火箭殼體、核反應(yīng)堆和人造衛(wèi)星等的重要零件,其規(guī)格正向大型化、薄壁化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)花瓣式拼接方法效率低且封頭整體力學(xué)性能不均勻,采用旋壓法能夠得到整體無縫的回轉(zhuǎn)體零件。旋壓屬于單點連續(xù)變形問題,成形過程中尾頂將板料壓在芯模上,在摩擦力的作用下跟著機床主軸高速旋轉(zhuǎn),旋輪在控制系統(tǒng)的作用下沿縱向和橫向運動,在精確的位移控制下,旋輪沿封頭母線方向進(jìn)給,板料在旋輪作用下逐漸貼膜成形。
[0003]但旋壓屬于大應(yīng)變、非線性變形問題,成形過程復(fù)雜,容易出現(xiàn)失穩(wěn)、起皺和開裂問題。特別是對于毛坯厚度Imm及以下的薄壁鋁合金封頭來說,由于整體剛度的降低,隨著旋輪的推進(jìn),法蘭區(qū)周向壓應(yīng)力逐漸變大,開始出現(xiàn)波紋,成形到后期,由于板坯太薄,柔性較大,剛度不足,周向壓應(yīng)力導(dǎo)致的塑性變形積累到一定程度,周向壓縮變形超過臨界值,容易出現(xiàn)失穩(wěn)起皺現(xiàn)象,其成形性和成形精度更加難以控制。為了控制旋壓過程法蘭起皺問題,通常采用多道次成形工藝,但多道次成形帶來工藝繁瑣,設(shè)計復(fù)雜以及道次減薄率增大的問題。除了多道次工藝方法外,利用反推防皺裝置控制這類法蘭起皺的也是一種有效方式,尤其對于超薄壁構(gòu)件,可以增強抗起皺能力,擴大旋壓工藝窗口,減少成形道次。
[0004]經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),中國專利授權(quán)公開號:CN1730189,專利名:厚徑比小于3%。的薄壁封頭高精度旋壓成形方法。封頭直徑372.5_,板坯厚度1_,采用先剪后普的多道次成形工藝,球冠區(qū)部分采用剪切旋壓成形,然后用氣焊槍對外緣法蘭進(jìn)行加熱處理以消除加工硬化,冷卻之后涂上潤滑劑,進(jìn)行后續(xù)道次的旋壓,操作過程與第一道次相同,只是旋輪軌跡不同。該工藝的缺點是多道次旋壓工藝規(guī)劃復(fù)雜繁瑣,依靠經(jīng)驗,需要不斷試錯改進(jìn)才能確定最佳方案,而且由于第一道次剪旋的存在以及后續(xù)旋輪的“拉薄”作用,工件壁厚減薄率較大,壁厚均勻性很難保證。
[0005]在防推起皺裝置的應(yīng)用方面也有一些文獻(xiàn)。文獻(xiàn):張濤,李孟光.碟形封頭旋壓成形的數(shù)值模擬及工藝分析[J].鍛壓技術(shù),201237(005):67-70。封頭直徑3600mm,板坯厚度12_,采用多道次無模旋壓技術(shù),旋壓輥和成型輥共同對板料施加約束,沿封頭母線方向進(jìn)給成形,成形過程中,在兩個輥輪的壓力作用下,板坯連續(xù)變形。缺點是構(gòu)件尺寸較大,在沒有芯模的情況下,工件的形狀精度很難保證;成型棍與法蘭的接觸屬于點接觸,支撐剛度較小,成形過程起皺嚴(yán)重,需要多道次才能成形,會帶來壁厚減薄過大的問題;旋壓棍和成型棍需要不同的控制系統(tǒng)來分別控制,機構(gòu)復(fù)雜,多道次軌跡規(guī)劃繁瑣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足,提出了一種帶擋板的薄壁鋁合金封頭一道次普旋成形工藝,改變了擋板與法蘭的接觸方式,能夠提供足夠的支承剛度,有效解決封頭成形過程中的法蘭起皺問題,工藝簡單,機構(gòu)易于實現(xiàn),并且在減少工序道次、提高生產(chǎn)效率的同時能夠顯著改善壁厚均勻性,滿足板材成形精度和成形效率的要求。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0008]一方面,本發(fā)明提供了一種用于對帶擋板的封頭進(jìn)行成型的裝置,其包括:C形懸臂、刀具座、旋輪、旋輪架、擋板架、伸縮臂,所述刀具座和擋板架分別固設(shè)在C形懸臂的兩端,所述伸縮臂活動設(shè)置在刀具座內(nèi),所述旋輪架活動設(shè)置于伸縮臂的一端,所述旋輪活動設(shè)置在旋輪架底部。
[0009]作為優(yōu)選方案,所述擋板架呈弧形。
[0010]另一方面,本發(fā)明還提供了一種利用本發(fā)明所述的裝置進(jìn)行的帶擋板封頭的成型方法,其包括如下步驟:
[0011]將擋板固設(shè)在成型裝置的擋板架上,在擋板上方放置板坯,
[0012]將芯模放置在擋板架內(nèi),使所述芯模的上口略高于擋板架,芯模的下口位于擋板架下方,并保持旋輪的外沿與板坯剛性接觸;
[0013]在芯模的上口安裝尾頂,將所述尾頂與一機床的主軸固定連接;
[0014]啟動所述機床,使芯模以尾頂為軸轉(zhuǎn)動,尾頂和芯模在機床主軸的作用下高速旋轉(zhuǎn),同時帶動板坯高速旋轉(zhuǎn),同時開始控制旋輪沿芯模的母線從芯模的上口到下口運動,始終保持旋輪的外沿與板坯的剛性接觸,將所述板坯壓緊于芯模之上,當(dāng)芯模完全被板坯覆蓋后,封頭成型結(jié)束。
[0015]作為優(yōu)選方案,所述芯模由從上到下分布的球冠區(qū)、圓角半徑過渡區(qū)和直邊區(qū)三部分組成。
[0016]作為優(yōu)選方案,所述擋板的內(nèi)徑略大于芯模的下口外徑。
[0017]與現(xiàn)有的技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點在于:(1)提出帶擋板的薄壁鋁合金構(gòu)件一道次普旋成形方案,避免了傳統(tǒng)工藝中的剪旋以及多道次成形旋輪的“拉薄”作用帶來的壁厚減薄率過大的問題,在有效解決起皺缺陷的同時還可以顯著提高壁厚均勻性;(2)改進(jìn)了現(xiàn)有的防推起皺裝置,防推起皺裝置與法蘭的接觸由點接觸變?yōu)槊娼佑|,進(jìn)一步提高了成形過程中法蘭處的支承剛度,有效的改善了成形過程中板料的受力情況,使板料的成形性得到了很大程度的提高;(3)避免了封頭零件傳統(tǒng)成形工藝中道次繁多、剪旋普旋摻雜的問題,采用一道次普旋即可實現(xiàn)封頭零件的成形,工藝簡單,易于實施;(4)新工藝機構(gòu)容易實現(xiàn),通過合理的工藝路徑規(guī)劃可以實現(xiàn)復(fù)雜成形過程,大大提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述,本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0019]圖1為本發(fā)明中成型的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0020]圖2為本發(fā)明中成型的裝置與芯模裝配后的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0021]圖3為本發(fā)明中芯模的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0022]圖4為本發(fā)明中擋板的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0023]圖5為本發(fā)明中擋板架的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0024]圖6為本發(fā)明中旋輪部分的放大的結(jié)構(gòu)示意圖;<