專(zhuān)利名稱(chēng)：封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及旋壓裝置，尤其是涉及到一種封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)旋壓設(shè)備研發(fā)較以前有了較大進(jìn)步，但高精度數(shù)控旋壓設(shè)備，特別是能加工封頭類(lèi)回轉(zhuǎn)體零件的大型數(shù)控旋壓機(jī)在國(guó)內(nèi)尚屬空白。然而國(guó)內(nèi)軍工、風(fēng)機(jī)、化工設(shè)備制造業(yè)以及出口加工企業(yè)大量零部件需進(jìn)行高精度的旋壓加工，且現(xiàn)有的數(shù)控旋壓機(jī)均為兩步實(shí)現(xiàn)成型，其過(guò)程為先在壓鼓機(jī)上壓鼓預(yù)成形，然后在翻邊機(jī)上翻邊，需要二臺(tái)設(shè)備， 并且工序繁雜，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置及方法。本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置，是由主軸、液壓頂緊軸、旋壓輥、成型輥和圓弧調(diào)節(jié)臂構(gòu)成。主軸的下端支撐于機(jī)座上、上端動(dòng)配合裝有托盤(pán)，主軸與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)相機(jī)械聯(lián)接，與主軸同軸心的上方的機(jī)架頂梁上垂向設(shè)有液壓頂緊軸，在液壓頂緊軸與主軸的托盤(pán)之間軸線夾緊圓板坯料。在機(jī)架側(cè)柱的上部聯(lián)接旋壓輥橫向液壓臂、其上端與旋壓輥縱向液壓臂的尾端呈折角相固定聯(lián)接，旋壓輥縱向液壓臂的下端動(dòng)配合聯(lián)接了旋壓輥； 在機(jī)架側(cè)柱的中部聯(lián)接了成型輥液壓臂、其頂端動(dòng)配合聯(lián)接了成型輥，圓弧調(diào)節(jié)臂的下端與主軸的根部機(jī)座動(dòng)配合聯(lián)接、上端通過(guò)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的位移機(jī)構(gòu)與成型輥液壓臂相鉸接。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的成形輥的形狀與大小、圓弧調(diào)節(jié)臂和成型輥液壓臂的移動(dòng)鉸接的位置均與圓板坯料工件的加工尺寸相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的方法，是將圓板坯料由液壓頂緊軸和主軸的托盤(pán)同軸心定位夾持，由主軸下部的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸，帶動(dòng)板坯旋轉(zhuǎn)；旋壓輥在液壓臂的施壓下與成型輥保持一定的間隙和錯(cuò)位距，并按加工封頭要求的弧面曲線軌跡由內(nèi)向外邊緣運(yùn)行；進(jìn)行逐道次地前述運(yùn)行，并同步地與主軸升降的貼膜調(diào)節(jié)，即可使圓板坯料成型為封頭。本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置，具有如下優(yōu)點(diǎn)一、使變形狀態(tài)大為改善，增強(qiáng)板坯支承，抑制了折皺向板坯中心伸展，并為最終消除折皺起到了極為重要作用。
二、在相互變形力作用下，彈性變形量大為減小，而塑形變形量增加，使總的旋壓道次減少。
三、由于旋制過(guò)程中恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)主軸下降值，使曲率增大，旋后的實(shí)際封頭形狀精度更加接近標(biāo)準(zhǔn)封頭形狀精度。四、成型輥采用伺服閥控制，保證與旋壓輥在板坯接觸點(diǎn)的速度同步。五、旋壓過(guò)程中不使得板料失穩(wěn)起皺。


說(shuō)明書(shū)附圖是本發(fā)明封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置，是由主軸1、液壓頂緊軸2、旋壓輥3、 成型輥4、圓弧調(diào)節(jié)臂5構(gòu)成。主軸1的下端支撐于機(jī)座6上、上端動(dòng)配合裝有托盤(pán)7，主軸 1與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)8相機(jī)械聯(lián)接，與主軸1同軸心的上方的機(jī)架頂梁9上垂向設(shè)有液壓頂緊軸 2，在液壓頂緊軸2與主軸1的托盤(pán)7之間軸線夾緊圓板坯料10 ；在機(jī)架側(cè)柱的上部聯(lián)接旋壓輥橫向液壓臂12、其上端與旋壓輥縱向液壓臂13的尾端呈折角相固定聯(lián)接，旋壓輥縱向液壓臂13的下端動(dòng)配合聯(lián)接了旋壓輥3 ；在機(jī)架側(cè)柱11的中部聯(lián)接了成型輥液壓臂14、其頂端動(dòng)配合聯(lián)接了成型輥4，圓弧調(diào)節(jié)臂5的下端與主軸1的根部機(jī)座6動(dòng)配合聯(lián)接、上端通過(guò)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)15驅(qū)動(dòng)的位移機(jī)構(gòu)16與成型輥液壓臂14相鉸接。成形輥4的形狀與大小、圓弧調(diào)節(jié)臂5和成型輥液壓臂14的移動(dòng)鉸接的位置均與圓板坯料10工件的加工尺寸相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的方法，是在上述的封頭無(wú)胎一步成型裝置上通過(guò)下列過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，圓板坯料10由液壓頂緊軸2和主軸1的托盤(pán)7同軸心定位夾持，由主軸1下部的馬達(dá)8驅(qū)動(dòng)主軸1，帶動(dòng)板坯旋轉(zhuǎn)；旋壓輥3在液壓臂的施壓下與成型輥4保持一定的間隙和錯(cuò)位距，并按加工封頭要求的弧面曲線軌跡由內(nèi)向外邊緣運(yùn)行；進(jìn)行逐道次地前述運(yùn)行，并同步地與主軸升降的貼膜調(diào)節(jié)，即可使圓板坯料10成型為封頭。本發(fā)明的封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置的工作原理；圓形板坯由液壓頂緊軸和主軸托盤(pán)同軸心定位夾持，由主軸下部的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)主軸，帶動(dòng)板坯旋轉(zhuǎn)；旋壓輥在液壓臂的施壓下與成型輥保持一定的間隙和錯(cuò)位距，并按加工封頭要求的弧面曲線軌跡由內(nèi)向外邊緣運(yùn)行；如此進(jìn)行幾個(gè)道次的運(yùn)行，并同步地與主軸升降的貼膜調(diào)節(jié)，即可使圓形板坯成形為封頭。更換成型輥并調(diào)整圓弧機(jī)構(gòu)中心支撐點(diǎn)的位置，可旋壓不同尺寸的封頭。旋壓輥的橫向運(yùn)動(dòng)和縱向運(yùn)動(dòng)，以及成型輥的擺動(dòng)均采用了液壓伺服系統(tǒng)，以保證在微型計(jì)算機(jī)的控制下，實(shí)現(xiàn)各種封頭曲線的旋壓加工。下面，根據(jù)旋壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，按照各種封頭的曲線建立數(shù)學(xué)模型，具體如下。一、坐標(biāo)系及參數(shù)
成型輥?zhàn)鴺?biāo)系XOY
旋壓輥?zhàn)鴺?biāo)系X1O1Y1
旋壓r坐標(biāo)系Xn’ On' Yn'
D-封頭直徑
t-封頭壁厚
m-封頭形狀系數(shù)
R-封頭大圓弧半徑R=mD
Ψ ο-旋壓初始角
Z-主軸檢測(cè)圈數(shù)
V-成型輥進(jìn)給量/主軸每轉(zhuǎn)
Ψ-旋壓轉(zhuǎn)角變量Ψ，=ZV/2riR*360C-O2到0點(diǎn)的距離C=CW2
a-A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離a=AB
b-B點(diǎn)到&點(diǎn)的距離b= Z O2B
α-AO2B三角塊到O2角α =AO2B
Ψ。，-B點(diǎn)的旋壓初始角Ψ。，=Ψ。+α
d-成形輥油缸支點(diǎn)O3到0點(diǎn)的距離 d=003
Δ1-成形輥油缸伸縮變量
e-旋壓輥相對(duì)成形輥的錯(cuò)距
k-修正值
Ψ，-旋r時(shí)轉(zhuǎn)角變量Ψ，= Ζν/2ΠΓη*360
η-旋r成形次數(shù)。二、旋R時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡
1、成型輥Χ0Υ坐標(biāo)系伸縮量Δ1:
Al=lB-l=f\ (ζ) l=[(d-XB)2+YB]1/2
= {[d-bsin(￥。，+ ZV/2ΠR*360) ]2+ [C+bcos ( Ψ0' + ZV/2IIR*360) ]2}1/2 lB=[(d-bsinv0，)2+ (C+bcos Ψ0' )2]1/2
2、旋壓輥=X1O1Y1坐標(biāo)系
XiAi' = (Xai-Xoi) cos15° _ (YA1_Y01) sinl5° =f2 (Z)
Y1A1，= (A1-X01) sinl5° - (Yai-Y01) cosl5° =f3(z) A點(diǎn)為X1O1Y1坐標(biāo)系原點(diǎn)，即O1點(diǎn)。O1 點(diǎn)在 XOY 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值為)(Q1=Rsin Ψ。Yqi=Rcos ￥0+C Α’點(diǎn)為XOY坐標(biāo)系中
XA1=(R+t+k)sin[￥0+e*360/2n (R+t) + Ψ] Yai= (R+t+k) cos [ Ψ0+e*360/2Π (R+t) + Ψ]+C。三、旋r時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡
分η次旋壓 η=1，2，3…… 每次成型輥位置角度為V2n= V21，V22，V23……
1、成型輥位置Χ0Υ坐標(biāo)系 AI=Ib-W (ζ)
L2n= [(d-XB)2+YB]1/2
= {[d-bsin(U/0，+i^n)]2+[C+bcos(uV + ψ 2n)]2}1/2 YB=C+bcos(￥0，+ Ψ2η) XB=bsin(￥0' +Ψ2η)
2、旋壓輥運(yùn)動(dòng)軌跡旋壓輥=X1O1Y1坐標(biāo)系中
X1A2' = (XA2，-X01) cosl5° - (YA2，-Y01) sinl5° =f2，(ζ) Y1A2，= αΑ2，-X01) sinl5° - (YA2' -Y01) cosl5° =f3' (z)A2，點(diǎn)為XOY坐標(biāo)系中 Xa2' =(R+t+k)sin(iivv2n，)
YA2，=(R+t+k)cos(￥0+￥2n' )+C 注a，b尺寸按成型輥調(diào)整機(jī)構(gòu)計(jì)算。四、主軸升降
主軸下降δ值，設(shè)定M1MtlM2三點(diǎn)仍近似一個(gè)圓。M1 (x11y1)=M1 (0,bg-5 )
取Mtl (x0, y0)=M0 (0.41Dg，[l- (0· 41 )2Dg]為封頭成形后大R和小r的相切點(diǎn)。則 M2 (x2，y2) =M2 (0. 41Dg+S, [Dg- (0. 41Dg+S) 2]1/2)
因?yàn)榉忸^直徑Dg，錯(cuò)位距S，在給定不同的δ值即可得出因主軸下降δ值后引起大R 和小r相切處的大R的曲率K ；考慮回彈理論計(jì)算曲率K1,旋制后實(shí)際測(cè)量曲率K2和標(biāo)準(zhǔn)封頭此處曲率Kq=4. 167*10-4的比較。當(dāng)δ =0時(shí)，K=K0,隨δ增加K相應(yīng)地增加，這事由于K增加，克服回彈的影響，使封頭得以改善。五、錯(cuò)位距
錯(cuò)位距根據(jù)材質(zhì)和板厚規(guī)格進(jìn)行確定。一般多按板厚(3飛) 來(lái)選取。( 為板坯實(shí)測(cè)厚度)。當(dāng)板坯材料厚度大和強(qiáng)度高時(shí)，錯(cuò)位距取較大值；反之取較小值。六、輥隙
其值可按下式計(jì)算
S=S0-K (f1+f2+f3+f4) 式中S—實(shí)際給定的輥隙值，mm S0——實(shí)測(cè)板坯的厚度值，mm
f——上下梁受力后的彈性變形量，mm 按旋壓各點(diǎn)的彈性變形的平均值f·^^ 進(jìn)行計(jì)算，即A=Of^tt α為R，r修正系數(shù)，一般取0·75 1)
f2——旋壓輥機(jī)構(gòu)受力后的彈性變形量，mm (f2按旋壓各點(diǎn)的彈性變形的平均值 ’進(jìn)行計(jì)算，即4=0β為懸伸長(zhǎng)度修正系數(shù)，一般取1. (Tl. ；35 )
f3——成型輥機(jī)構(gòu)受力后的彈性變形量，mm (計(jì)算時(shí)按簡(jiǎn)單梁計(jì)) f4——圓弧機(jī)構(gòu)受力彈性變形量，mm (計(jì)算時(shí)按抱桿彈性變形量計(jì)) K——考慮板厚、材質(zhì)不同的修正系數(shù)，K=L (Tl. 50 (板坯厚、材料強(qiáng)度高、硬度高， 取較大值；反之取較小值)。七、旋壓力
如果S=A. (A為塑性變形的寬度) 則 Px=2dt2 δ
若考慮材料在旋壓過(guò)程中到的加工硬化，可將S換成真實(shí)應(yīng)力S。那么上式為 Px=2dt%。八、道次
基本參數(shù)Dg=R ；r=0. 15D。大R部需要廣2道次；小r部需要3飛道次。九、板坯的下料
1、蝶形封頭的數(shù)學(xué)表達(dá)式Dd=C1Dgi [Dg/(Dg-2. 2h)]2}173 2、橢圓封頭的數(shù)學(xué)表達(dá)式
D1=C2Dg {[Dg/(Dg-2. Oh)]2}173 式中Dg——封頭公稱(chēng)直徑 h——封頭直邊長(zhǎng)度
C1——蝶形封頭修正系數(shù)；對(duì)于A3，20g取C1=L 137 ； 16MR，lCrl8Ni9Ti,取
C1=L 1415
C2——橢圓封頭修正系數(shù)；對(duì)于A3，20g取C1=L 1573 ； 16MR, lCrl8Ni9Ti,取 C1=L 164。
權(quán)利要求
1.封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置，是由主軸(1)、液壓頂緊軸(2)、旋壓輥(3)、成型輥(4)、圓弧調(diào)節(jié)臂(5)構(gòu)成，其特征在于主軸(1)的下端支撐于機(jī)座(6)上、上端動(dòng)配合裝有托盤(pán)(7)，主軸(1)與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(8)相機(jī)械聯(lián)接，與主軸(1)同軸心的上方的機(jī)架頂梁(9) 上垂向設(shè)有液壓頂緊軸(2)，在液壓頂緊軸(2)與主軸(1)的托盤(pán)(7)之間軸線夾緊圓板坯料(10);在機(jī)架側(cè)柱的上部聯(lián)接旋壓輥橫向液壓臂(12)、其上端與旋壓輥縱向液壓臂(13) 的尾端呈折角相固定聯(lián)接，旋壓輥縱向液壓臂(13)的下端動(dòng)配合聯(lián)接了旋壓輥(3);在機(jī)架側(cè)柱(11)的中部聯(lián)接了成型輥液壓臂(14)、其頂端動(dòng)配合聯(lián)接了成型輥(4)，圓弧調(diào)節(jié)臂 (5)的下端與主軸(1)的根部機(jī)座(6)動(dòng)配合聯(lián)接、上端通過(guò)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(15)驅(qū)動(dòng)的位移機(jī)構(gòu)(16)與成型輥液壓臂(14)相鉸接。
2.如權(quán)利要求1所述的封頭無(wú)胎一步成形的裝置，其特征在于成形輥(4)的形狀與大小、圓弧調(diào)節(jié)臂(5)和成型輥液壓臂(14)的移動(dòng)鉸接的位置均與圓板坯料(10)工件的加工尺寸相關(guān)聯(lián)。
3.封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的方法，是通過(guò)下列過(guò)程實(shí)現(xiàn)的，圓板坯料(10)由液壓頂緊軸(2)和主軸(1)的托盤(pán)(7)同軸心定位夾持，由主軸(1)下部的馬達(dá)(8)驅(qū)動(dòng)主軸(1)， 帶動(dòng)板坯旋轉(zhuǎn)；旋壓輥(3)在液壓臂的施壓下與成型輥(4)保持一定的間隙和錯(cuò)位距，并按加工封頭要求的弧面曲線軌跡由內(nèi)向外邊緣運(yùn)行；進(jìn)行逐道次地前述運(yùn)行，并同步地與主軸升降的貼膜調(diào)節(jié)，即可使圓板坯料(10)成型為封頭。
全文摘要
本發(fā)明的涉及封頭無(wú)胎冷旋壓一步成形的裝置及方法。旋壓裝置，是由主軸、液壓頂緊軸、旋壓輥、成型輥和圓弧調(diào)節(jié)臂構(gòu)成。主軸的下端支撐于機(jī)座上、上端動(dòng)配合裝有托盤(pán)，主軸與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)相機(jī)械聯(lián)接，與主軸同軸心的上方的機(jī)架頂梁上垂向設(shè)有液壓頂緊軸，在液壓頂緊軸與主軸的托盤(pán)之間軸線夾緊圓板坯料。在機(jī)架側(cè)柱的上部聯(lián)接旋壓輥橫向液壓臂、其上端與旋壓輥縱向液壓臂的尾端呈折角相固定聯(lián)接，旋壓輥縱向液壓臂的下端動(dòng)配合聯(lián)接了旋壓輥；在機(jī)架側(cè)柱的中部聯(lián)接了成型輥液壓臂、其頂端動(dòng)配合聯(lián)接了成型輥，圓弧調(diào)節(jié)臂的下端與主軸的根部機(jī)座動(dòng)配合聯(lián)接、上端通過(guò)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的位移機(jī)構(gòu)與成型輥液壓臂相鉸接。本發(fā)明能使變形狀態(tài)大為改善，增強(qiáng)板坯支承，抑制了折皺向板坯中心伸展，并為最終消除折皺起到了極為重要作用。在相互變形力作用下，彈性變形量大為減小，而塑形變形量增加，使總的旋壓道次減少。
文檔編號(hào)B21D22/14GK102198466SQ20111010094
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者胡景春 申請(qǐng)人:胡景春