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一種等壁厚曲母線零件精確成形方法與流程

文檔序號(hào):11119230閱讀:638來源:國知局
一種等壁厚曲母線零件精確成形方法與制造工藝

本發(fā)明涉及精確塑性加工技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種等壁厚曲母線零件精確成形方法。



背景技術(shù):

曲母線零件是機(jī)械制造中的一種常見零件,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展其應(yīng)用日益廣泛,涉及航空、航天、壓力容器等諸多應(yīng)用領(lǐng)域。

目前,曲母線零件的加工制造方法大多是卷焊獲得錐筒后再通過脹形(鈑金沖壓、內(nèi)高壓等)完成,該工藝主要存在以下不足: (a)加工過程中零件強(qiáng)化較少,產(chǎn)品強(qiáng)度相對(duì)較低,尤其是焊縫處強(qiáng)度削弱較為嚴(yán)重;(b)焊縫處存在焊接應(yīng)力和焊接變形,產(chǎn)品精度較低;(c)焊縫檢測(cè)較為繁瑣,往往成為后續(xù)測(cè)試及使用的潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患;(d)工序較多,效率較低,產(chǎn)品一致性也較差。

旋壓是一種精確塑性成形加工工藝,采用旋壓工藝成形曲母線零件的報(bào)道已經(jīng)有很多,如封頭類零件的旋壓成形,但由于旋壓工藝的工藝特性,通常獲得的零件為變壁厚零件,若有等壁厚要求,需要通過后續(xù)的機(jī)加工獲得。

比如申請(qǐng)?zhí)枮?01410039773.0,發(fā)明名稱為“一種成形直筒- 擴(kuò)張段復(fù)合的鈦合金等壁厚曲母線薄壁回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的模具和方法”,該專利申請(qǐng)是采用旋壓-擠壓工藝獲得等壁厚零件,而且零件的等壁厚特征是通過擠壓工藝獲得;,并且該專利申請(qǐng)屬于熱成形領(lǐng)域。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的就在于提供一種等壁厚曲母線零件精確成形方法,以解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:一種等壁厚曲母線零件精確成形方法,包括以下步驟:

1)采用機(jī)械加工工藝獲得變壁厚錐形坯料;

2)采用強(qiáng)力冷旋壓工藝完成零件前部分成形;

3)采用強(qiáng)普熱旋壓工藝完成零件后部分成形;

4)依據(jù)圖紙要求,完成后續(xù)機(jī)械加工。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟1)中,所述坯料長度在通過塑性變形體積不變?cè)碛?jì)算獲得的基礎(chǔ)上加30~40mm的余量。坯料熱處理狀態(tài)為廠家可直接供貨的退火態(tài);通過產(chǎn)品強(qiáng)度要求確定道次減薄率,從而計(jì)算確定錐形坯料小端壁厚,大端壁厚通過坯料材料極限減薄率反算確定。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟2)中,零件前部分對(duì)應(yīng)坯料厚度與正弦率計(jì)算壁厚偏差小于15%,零件后部分對(duì)應(yīng)坯料厚度與正弦率計(jì)算壁厚偏差大于15%。即待加工零件前后部分的分界以分界點(diǎn)處對(duì)應(yīng)坯料壁厚與正弦率計(jì)算壁厚的偏差不超過15%為界。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟3)中, 零件前部分對(duì)應(yīng)坯料厚度與正弦率計(jì)算壁厚偏差小于15%,零件后部分對(duì)應(yīng)坯料厚度與正弦率計(jì)算壁厚偏差大于15%。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟3)中, 采用火焰槍或感應(yīng)線圈對(duì)坯料后半部分進(jìn)行加熱,通過多道次普旋對(duì)坯料進(jìn)行收口,最終通過一道次強(qiáng)旋進(jìn)行精整貼模成形。整個(gè)過程僅需一套模具,生產(chǎn)效率高,制造成本低。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案:步驟4)中,主要針對(duì)成形零件端頭余料進(jìn)行機(jī)械加工。加工難度極低,效率極高。

本發(fā)明首次將旋壓工藝應(yīng)用到等壁厚曲母線零件制造領(lǐng)域,可以解決采用旋壓工藝獲得等壁厚曲母線零件的核心技術(shù)問題。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明利用旋壓方法成形等壁厚曲母線零件,具有產(chǎn)品強(qiáng)度高、精度高、操作簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好以及成形后零件的組織和機(jī)械性能得到改善等諸多優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為某等壁厚曲母線零件示意圖

圖2為某等壁厚曲母線零件旋壓坯料示意圖

圖3為某等壁厚曲母線零件旋壓成形示意圖

圖4為某等壁厚曲母線零件旋壓芯軸示意圖

圖5為某等壁厚曲母線零件旋壓旋輪示意圖

圖6為某等壁厚曲母線零件旋壓尾頂示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本實(shí)施例以某等壁厚曲母線零件制造方法為例,詳細(xì)闡述采用強(qiáng)普結(jié)合旋壓工藝獲得該類零件的核心技術(shù)問題:

本實(shí)施例目標(biāo)產(chǎn)品材料為5A06,結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示,其中壁厚要求δ=3±0.1mm,強(qiáng)度要求σs≥309Mpa、σb≥417MPa??傮w而言,產(chǎn)品精度要求較高,產(chǎn)品強(qiáng)度也遠(yuǎn)高于母材抗拉強(qiáng)度315Mpa這一指標(biāo);

本實(shí)施例確定的加工方案為“機(jī)械加工(鍛坯)-旋壓-機(jī)械加工(成品)”。其中,采購的鍛坯供貨狀態(tài)為5A06-O,原材料標(biāo)準(zhǔn)按GJB2351-1995執(zhí)行。對(duì)鍛坯機(jī)械加工后,獲得旋壓前坯料如圖2所示,該坯料的設(shè)計(jì)過程為:1)首先,根據(jù)產(chǎn)品型面確定旋壓芯軸型面,根據(jù)旋壓芯軸端點(diǎn)處切線角度確定錐形坯料內(nèi)型面錐度為7.89°;2)其次,通過產(chǎn)品強(qiáng)度要求,確定5A06的道次減薄率為30%左右,極限減薄率為50%左右,依次確定錐形坯料小端壁厚為4.25mm,大端壁厚為6.25mm;3)通過塑性成形體積不變?cè)碛?jì)算坯料長度為765mm,預(yù)留加工余量最終取坯料長度為802mm;

采用旋壓工藝成形等壁厚曲母線零件的難點(diǎn)之一在于旋壓毛坯的幾何狀態(tài)設(shè)計(jì),若幾何狀態(tài)設(shè)計(jì)不合理,在旋壓成形過程中不均勻變形就會(huì)加劇,導(dǎo)致成形過程不穩(wěn)定,甚至發(fā)生零件失穩(wěn)、拉裂等缺陷,本發(fā)明通過大量實(shí)驗(yàn),很好地解決了這個(gè)問題;

本實(shí)施例中等壁厚曲母線零件旋壓成形模具關(guān)鍵部件及結(jié)構(gòu)如圖3所示,包括旋壓芯軸1(圖4)、旋輪2(圖5)、尾頂盤3(圖6)。其中,旋壓芯軸1通過主軸法蘭盤與設(shè)備主軸連接,旋輪2通過旋輪軸與旋輪座連接,尾頂盤3通過尾頂安裝套與設(shè)備尾頂連接。本實(shí)施例使用的設(shè)備為CZX1500/2CNC數(shù)控旋壓機(jī),設(shè)備采用西門子840D控制系統(tǒng),通過伺服驅(qū)動(dòng)主軸實(shí)現(xiàn)旋壓芯軸1的軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng),通過伺服驅(qū)動(dòng)旋輪座實(shí)現(xiàn)旋輪2的徑向及軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng),通過驅(qū)動(dòng)尾座液壓油缸實(shí)現(xiàn)尾頂盤3頂緊坯料;

將坯料裝上旋壓芯軸1后,驅(qū)動(dòng)尾座液壓油缸通過尾頂盤3頂緊坯料。通過設(shè)備工裝,調(diào)整旋輪2端面軸線與旋壓芯軸1中心軸呈10°夾角。

通過計(jì)算對(duì)比坯料壁厚與標(biāo)準(zhǔn)正弦率壁厚差值確定850mm處為產(chǎn)品前后端分界點(diǎn),成形過程為:1)產(chǎn)品前850mm長采用一道次強(qiáng)旋成形,成形過程中主軸轉(zhuǎn)速為50r/min,旋輪沿軸向進(jìn)給速度為30mm/min;2)產(chǎn)品后半部分采用3道次普旋進(jìn)行收口,后采用一道次強(qiáng)旋進(jìn)行精整貼模旋壓,各道次間采用火焰槍對(duì)坯料進(jìn)行加熱,加熱溫度控制在200℃±15℃,通過手持式紅外測(cè)溫儀檢測(cè)溫度變化;3)普旋收口階段各道次坯料大端下壓量分別為10mm,9mm,8mm,主軸轉(zhuǎn)速為80r/min,旋輪沿軸向進(jìn)給速度為240mm/min;4)最終精整貼模旋壓過程中主軸轉(zhuǎn)速為50r/min,旋輪沿軸向進(jìn)給速度為30mm/min。成形后產(chǎn)品壁厚控制在3±0.1mm;

最終根據(jù)圖紙要求,利用車床僅對(duì)零件兩端進(jìn)行機(jī)械加工,獲得合格產(chǎn)品。

本實(shí)施例所得產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度由原材料的315MPa左右提高至450MPa左右,屈服強(qiáng)度由155MPa左右提高至350MPa左右,壁厚公差控制在0.1mm內(nèi),型面整體偏差在0.5mm內(nèi),產(chǎn)品一致性好,與焊接脹形工藝相對(duì),加工效率提高30%以上。

本發(fā)明未公開技術(shù)屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

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