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筒形件强力旋压新技术--浮动芯模法

更新时间:2008-9-1 16:05:22 文章来源:互联网 点击:

摘要:提出了一种新的旋压方法—浮动芯模法。该方法采用的芯模长度尺寸较小,两端不固定,加工、制造和安装非常容易。由于该方法是采用旋轮不动,工件做轴向运动,故解决了正旋所带来的工件扭曲的问题。此法用于加工长管类件,更显示出它的优越性,对改善管类件的加工具有重要的意义。
关键词:筒形件;强力旋压;浮动芯模

一、引言

金属的旋压成形是现代金属成形工业的一个重要的分枝。近几年来,随着板料成形技术的发展,旋压工艺也得到了很大的完善。先后出现剪切旋压、流动旋压、冷旋、热旋、差距旋压、对轮旋压等新技术。使筒形件、锥形件以及其它轴对称的零件,基本上都可以用旋压的方法来加工。

按传统的方法,对筒形件的加工一般采用芯模旋压成形。芯模旋压必须有一根与所旋工件相匹配的芯棒。为了保证所旋工件的质量,芯棒必须有足够的强度、刚度和表面质量。这样芯模的加工制造就非常的困难,有时需要进口,造成芯模的费用特别高。因此芯棒是芯模旋压中一个至关重要的零件,芯模的好坏,直接影响工件的质量。

传统的芯模旋压经常采用正旋和反旋两种方法,如图1所示。对于正旋,由于工件存在着扭曲变形问题,旋完后的工件放置一段时间,形状和尺寸会发生变化,严重影响工件的质量。为了解决这一问题,提出了对轮旋压工艺。就是把传统的芯棒换成旋轮,采用内外旋轮的结构,这在一定程度上解决了芯棒所带来的问题。不可否认,对轮旋压工艺虽然是一种先进的工艺,但内旋轮的安装,内外旋轮的调整都比较麻烦,在一定程度上限制了此工艺的应用。


图1

二、浮动芯模旋压

为了解决芯模旋压和对轮旋压所存在的弊端,提出了一种介于芯模旋压和对轮旋压之间的工艺,称为浮动芯模旋压,如图2所示。这种方法的原理仍然采用传统芯模旋压的理论,工件外径的成形采用旋轮,内径采用芯棒,这和传统的芯模旋压一样,但二者之间又有区别,浮动芯模旋压采用的芯棒长度尺寸比较短,同时在旋压过程中芯棒是随变形的进行而在浮动,省去了传统芯模旋压中芯棒必须和工件的长度相一致,以及芯棒安装固定的问题;浮动芯棒比较小,同时又在不停的运动,这和对轮旋压中的内旋轮的作用很一致,但比内旋轮的安装要容易的多。所以,浮动旋压是介于芯模旋压和对轮旋压之间的一种工艺。


图2
(a) 1.导轨 2.毛坯 3.浮动芯模 4.旋轮 5.卡盘
(b) 1.毛坯 2.旋轮 3.浮动芯模 4.卡盘

1.浮动芯模旋压结构分析

浮动芯模旋压的结构按工件尺寸的不同分两种形式:

(1)当工件的直径尺寸比较大时,相应的芯模直径也比较大,为了增加芯模的导向性,在芯模的中间加一根导向杆,如图2所示。由于在旋压过程中,多数采用三旋轮和多旋轮旋压,所以芯棒有自动定心作用,中间的导轨仅起到辅助导向的作用。虽然在结构上和传统的芯模旋压相似,但这时的导轨和芯模旋压中的芯棒所起的作用是不同的,这样导轨的加工制造、安装比芯模的加工制造、安装要简单的多,同时对导轨的强度、刚度以及表面的精度都要比芯模低的多。

当加工不同直径的管子时,导轨并不用更换,只更换相对应的浮动芯模就可以。由于芯模尺寸比较小,加工起来比较容易,可以根据管子的直径系列,事先做成相应的成系列的不同尺寸的芯模。这些芯模在一定尺寸范围内其导轨孔的尺寸可以相同,这样可以减少导轨的数目,通过这样的处理在加工不同尺寸的工件时,只需更换芯模就可以,缩短了整个周期。

(2)当加工工件的直径尺寸较小时,相应的芯模尺寸也比较小,这时芯模不用导向装置,完全靠自动定心,如图2b所示,这时所加工工件的长度原则上是不受限制的。

浮动芯模旋压时,旋轮只做旋转运动,并不沿轴向做直线运动;工件毛坯在机床所施加的拉力下做轴向运动。在旋压过程中,管子的已变形区始终承受一个轴向的拉应力,所以工件不会产生扭曲变形。

2.芯模的受力分析

芯模的受力如图3所示,在径向受压应力Q,Q值主要是由于旋轮挤压毛坯而引起的,在Q的作用下,毛坯的外径才能一次比一次小,管子的厚度才能变薄。


图3

芯模在轴向受摩擦力F1和轴肩所受到旋轮所施加的轴向推力F2,正是由于F2的作用,才能使芯模在旋压过程中不断向前运动,保持变形的连续性。而同时F1的作用使芯模和变形区的材料保持紧密的接触。否则芯模稍微脱离变形区,F2就迅速变为零,在F1的作用下,芯模只能又回到和变形区相接触,所以芯模不会向前脱离变形区;随着旋轮与芯模轴肩距离的减小,F2会迅速增大,而F1的值不变,当F2>F1时,芯模就相对毛坯向前运动,直到F1=F2为止,所以芯模也不会被旋轮越过。这样浮动芯模旋压才能稳定的进行下去。

三、结论

(1)浮动旋压方法从根本上解决了传统芯模旋压由于芯模的加工制造、安装难,以及费用高的问题。
(2)浮动旋压由于已变形区始终承受拉应力的作用,所以消除了工件的扭曲等质量问题。




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