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；<