CN102688927A

CN102688927A - 一种用于筒形件正向旋压机构

Info

Publication number: CN102688927A
Application number: CN2012101447511A
Authority: CN
Inventors: 詹梅; 石丰; 翟华东; 杨合
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: CN102688927B

Abstract

一种用于筒形件正向旋压机构，旋压机的旋轮座套装在旋轮芯轴的旋轮座配合段上；旋轮安装在旋轮芯轴的旋轮安装段上，并固定在旋轮芯轴的定位凸台的端面上。固定夹板通过一对角接触轴承套装在压圈安装段上，压圈套装在固定夹板的外圆周上。紧钉螺母套装紧钉螺母安装段上。旋轮芯轴、旋轮和压圈的轴线重合。本发明的压圈相对旋轮和旋轮芯轴自由转动，减小了坯料与压圈之间的摩擦，并且在旋压过程中对旋轮前方鼓起的坯料产生向内的径向挤压作用，从而限制旋轮前方材料向外的径向流动，促进加工过程中材料沿轴向流动，抑制未旋压区坯料的扩径，使筒形件成形过程中变形平稳，最终在旋压末期达到防止坯料尾端喇叭口产生的作用。

Description

一种用于筒形件正向旋压机构

技术领域

本发明属于旋压加工领域，具体是一种用于筒形件正向旋压机构。

背景技术

筒形件正向旋压是用于成形高精度薄壁筒形件的一种连续局部塑性成形方法，具有旋压力小、生产效率高、劳动强度小等特点。在筒形件正向旋压工艺中，筒形坯料一端通过夹持装置与芯模固定并使筒形坯料轴线与芯模轴线重合，通过芯模的主动转动带动坯料与芯模的同步转动。旋轮沿芯模轴向向筒形坯料另一端做直线进给运动，使筒形坯料厚度减薄长度伸长形成薄壁长筒形件。

但是在筒形件正向旋压末期，由于坯料尾端材料受的约束较少，材料流动相对自由，尾端材料流动会产生扩径形成类似喇叭口的缺陷使旋压过程无法继续进行。对于上述情况，通常的处理方法是加大坯料轴向的加工余量，使旋轮不旋到坯料的尾端，并在旋压结束后将尾端产生的喇叭口用机械加工的方法切除。这显然会降低材料的利用率，增加成本。因此，采取措施抑制喇叭口的形成，增加旋压成形段长度，对于提高材料利用率，降低成本，尤其是对于贵重金属而言，具有极为重要的意义。

目前，在现有技术中，针对筒形件正向旋压末期尾端产生的喇叭口的处理方法除了以上所述的在坯料尾端预留一定的加工余量并在旋压后用机加的方法切除外，还有通过在旋压完成后，附加多道次的缩口旋压工序来收缩并消除工件尾端的喇叭口，但此多道次缩口工序会极大的延长生产周期，较低工作效率，而且在对工件尾端喇叭口进行缩口时，尾端材料极易发生失稳，严重时会产生起皱或破裂。综上所述，现有的技术中尚未提出能有效地，针对性地抑制筒形件正向旋压尾端喇叭口的方法。

发明内容

为了防止筒形件正向旋压过程中尾端产生喇叭口，增加旋压件长度，提高材料利用率，降低成本，本发明提出了一种用于筒形件正向旋压机构。

本发明包括旋轮芯轴、旋轮、压圈、固定套、套筒、一对角接触轴承和轴承端盖；

其中：

所述的旋轮芯轴为五级阶梯轴，分别形成了旋轮座配合段、定位凸台、旋轮安装段、压圈安装段和紧钉螺母安装段；紧钉螺母安装段位于旋轮芯轴的一端，旋轮座配合段位于旋轮芯轴的另一端；压圈安装段位于紧钉螺母安装段内侧；旋轮安装段位于压圈安装段与旋轮座配合段之间，并且该旋轮安装段与旋轮座配合段邻接处有径向凸出的定位凸台；

旋压机的旋轮座套装在旋轮芯轴的旋轮座配合段上；旋轮安装在旋轮芯轴的旋轮安装段上，并固定在旋轮芯轴的定位凸台的端面上；固定套通过一对角接触轴承套装在压圈安装段上，压圈套装在固定套的外圆周上；紧钉螺母套装紧钉螺母安装段上；旋轮芯轴、旋轮和压圈的轴线重合；

旋轮为筒形件强力旋压用的双锥面旋轮；

压圈的长度为坯料壁厚的10～20倍，压圈的外径通过公式（1）确定：

d_p=d_r-2Δt-(0.2～0.4)t₀（1）

其中，d_p为压圈外径，d_r为旋轮直径，Δt为道次减薄量，t₀为筒形坯料的初始壁厚。

所述固定套一端的端板中心有阶梯状通孔，固定套小孔的孔径与旋轮芯轴的旋轮安装段的直径配合，固定套大孔内安放有毡圈；固定套另一端的外圆周表面有径向凸出的法兰边。

本发明的装配过程如下：

第一步：将旋轮套在旋轮芯轴的旋轮安装段上，并使其与旋轮芯轴的定位凸台相连的端面与旋轮芯轴的定位凸台贴合，然后用螺栓将旋轮与旋轮芯轴的定位凸台联接。

第二步：将压圈套在旋轮芯轴的压圈安装段上，然后将带有毡圈的固定套镶嵌于压圈之内，将毡圈套在旋轮芯轴的旋轮安装段上，并使压圈带螺纹孔的端面和固定套的对应端面相贴合。

第三步：将一个角接触轴承套在旋轮芯轴的压圈安装段上并且使其的内圈端面与旋轮芯轴的第三、四级轴形成的轴肩相贴合，使其外圈端面与固定套的对应端面相贴合。然后再依次将套筒和另一个角接触轴承套在旋轮芯轴的压圈安装段上使套筒置于一对角接触轴承的内圈端面之间。

第四步：将两个紧定螺母拧在旋轮芯轴的第五级轴的螺纹上，并使其紧固住角接触轴承的内圈。

第五步：安装轴承端盖，使其直壁部分端面与轴承的外圈端面贴合，法兰部分的端面和固定套的外端面相贴合。

第六步：用六角螺栓通过轴承端盖、固定套和压圈的螺纹孔将三者紧固在一起。

本发明所提出的装置中的压圈在旋压过程中能对旋轮前方鼓起的坯料产生向内的径向挤压作用，从而限制旋轮前方材料向外的径向流动，促进加工过程中材料沿轴向流动，抑制未旋压区坯料的扩径，使筒形件成形过程中变形平稳，最终在旋压末期达到防止坯料尾端喇叭口产生的作用。另外由于此压圈是通过轴承安装在旋轮芯轴上，所以压圈能在坯料的带动下相对于旋轮和旋轮芯轴独立自由转动，这样就有利于减小坯料与压圈之间的摩擦，优化接触状态。而且对于不同的壁厚减薄量，采用本发明只需通过更换不同外径的压圈来保证压圈和坯料外表面之间的初始间隙并使初始间隙为（0.1～0.2）t₀，t₀为筒形坯料的初始壁厚，此初始间隙可以防止在旋压初始阶段压圈和坯料外表面不必要的接触而产生的摩擦。最终通过试验发现，当在某种相同的工艺条件下进行单道次旋压时，普通的筒形件正向旋压可使旋压件的有效成形段长度达坯料原始轴向长度的1.5倍，而采用本发明所提出的装置进行筒形件正向旋压所能达到的旋压件有效成形段长度为坯料原始轴向长度的2倍，由此证明本发明所提出的装置最终能达到抑制喇叭口产生，增加旋压件的有效成形段，提高材料利用率的目的。

附图说明

图1是筒形件旋压末期产生的喇叭口缺陷示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是旋轮芯轴的结构示意图，其中，图3a是主视图，图3b是左视图；

图4是旋轮的结构示意图，其中，图4a是主视图，图4b是左视图；

图5是压圈的结构示意图，其中，图5a是主视图，图5b是左视图；

图6是轴承端盖的结构示意图，其中，图6a是主视图，图6b是左视图；

图7是固定套的结构示意图，其中，图7a是主视图，图7b是左视图。图中：

1.轴承端盖 2.紧定螺母 3.六角螺钉 4.固定套 5.压圈 6.角接触轴承

7.套筒 8.旋轮芯轴 9.旋轮 10.毡圈 11.旋轮座配合段

12.定位凸台 13.旋轮安装段 14.压圈安装段 15.紧定螺母安装段

具体实施方式

本实施例是一种用于筒形件正向旋压机构。该筒形件的毛坯为LF21M铝合金管材，其外径为106mm，内径为100mm，管材壁厚为3mm，其轴向长度为500mm。在本实施案例的旋压过程中，坯料的壁厚减薄量为1.2mm。

本实施例所用抑制铝合金筒形件正向旋压尾端喇叭口的机构包括旋轮芯轴8、旋轮9、压圈5、固定套4、套筒7、一对角接触轴承6和轴承端盖1。

旋轮芯轴8为五级阶梯轴。该旋轮芯轴8的一端为紧钉螺母安装段15，该紧钉螺母安装段15有外螺纹。该旋轮芯轴8的另一端为该旋轮芯轴2与旋压机的旋轮座连接的旋轮座配合段11，该旋轮座配合段11的外径与旋轮座上安装孔的内径相同。在紧钉螺母安装段15内侧是压圈安装段14。在压圈安装段14与旋轮座配合段11之间是旋轮安装段13，并且该旋轮安装段13与旋轮座配合段11邻接处有径向凸出的定位凸台12。旋轮9套装在旋轮芯轴8的旋轮安装段13上，并通过螺钉固定在定位凸台12的端面上。一对角接触轴承6套装在压圈安装段14上；固定套4套装在所述一对角接触轴承6的外圆周上；压圈5套装在固定套4的外圆周上。紧钉螺母2套装紧钉螺母安装段15上。轴承端盖1位于旋轮芯轴8有紧钉螺母2一端的端面处，并通过螺钉3与固定套4和压圈5固连。

旋轮芯轴8、旋轮9和压圈5均为中空回转体，并且旋轮芯轴8、旋轮9和压圈5的轴线重合。所述旋轮芯轴8、旋轮9和压圈5在旋轮座进给机构的作用下一同沿芯模轴向做进给运动。其中旋轮芯轴8和旋轮9做同步转动，而压圈5做独立的自由转动。

旋轮芯轴的旋轮座配合段11与旋压机的旋轮座安装孔相配合。旋轮9安装在旋轮芯轴的旋轮安装段13上，并与旋轮芯轴的定位凸台12的端面贴合。压圈5通过固定套4、角接触轴承6和套筒7装配到旋轮芯轴的压圈安装段14上。所述的旋轮芯轴8为五级阶梯轴，分别形成了旋轮座配合段11、定位凸台12、旋轮安装段13、压圈安装段14和紧钉螺母安装段15。其中，旋轮座配合段11的直径与旋压机的旋轮座安装孔相配合，并通过调心滚子轴承安装到旋轮座上。定位凸台12的轴向长度为21mm，直径为72mm，和旋轮安装段13形成的轴肩与旋轮9的一端面贴合，形成旋轮9沿芯轴轴向的安装定位面，并且在该定位凸台12的端面上开有6个深为10mm的沉头螺纹孔，用于将旋轮9与该定位凸台12固接。旋轮芯轴的旋轮安装段13的直径与旋轮9中心孔的直径相同，用于与旋轮9的安装孔配合，旋轮安装段13的长度为33．5mm，略大于旋轮9的轴向厚度，并且在旋轮安装段13靠近压圈安装段14的一端上套有用于密封滚动轴承6的毡圈10。旋轮芯轴的压圈安装段14的直径略小于旋轮安装段13的直径，并且所述的压圈安装段14的外圆表面与旋轮安装段13的外圆表面形成高为2～2．5mm的阶梯差，该阶梯的端面形成了定位角接触轴承6的定位轴肩。压圈安装段14的直径亦应与角接触轴承6的内径相同用于和角接触轴承6的内表面相配合，并且压圈安装段14的轴向长度与固定套4直筒段的轴向长度相同。旋轮芯轴的紧钉螺母安装段15的直径为35mm略小于压圈安装段14的直径；紧钉螺母安装段15的长度为18mm，略大于紧定螺母2轴向长度的两倍；所述紧钉螺母安装段15表面开有外螺纹。

旋轮9为筒形件强力旋压用的双锥面旋轮，其直径为103mm，成形角α为25°，圆角半径为3mm，轴向厚度为25mm。

旋轮9通过其中心的安装孔套装在旋轮安装段13上。在所述旋轮9端面的圆周上均匀分布六个贯通的沉头螺纹孔，用于将旋轮9固定在旋轮芯轴的定位凸台12上。

套筒7为筒形件。该套筒7的内径与角接触轴承6的内径相同，并与旋轮芯轴的压圈安装段14的外径相同。套筒7的厚度为3mm，略小于轴承6内圈的厚度；套筒7的长度为11mm，略大于压圈安装段14的长度与一对角接触轴承6的轴向长度之差。套筒7和一对角接触轴承6均套装在旋轮芯轴的压圈安装段14上，并且套筒7位于一对角接触轴承6之间，套筒7的两端分别与一对角接触轴承6的一个内圈端面贴合，用于对所述一对角接触轴承6限位。

角接触轴承6用于实现旋轮芯轴8和压圈5的独立转动，并且能承受一定的径向载荷和轴向载荷。一对角接触轴承6的内径为40mm，其内表面与旋轮芯轴的压圈安装段14配合。一对角接触轴承6的外径为68mm，其外表面与固定套4的内径配合。单个角接触轴承6的轴向厚度为15mm。所述一对角接触轴承6的内圈端面通过与套筒7、定位轴肩和紧定螺母2的端面贴合实现角接触轴承6内圈的轴向固定。通过固定套4和轴承端盖1的端面与角接触轴承6的外圈端面的贴合以及轴承端盖1、固定套4和压圈5间的螺栓连接实现轴承端盖1、固定套4、压圈5和角接触轴承外圈的轴向固定。

固定套4用于压圈5一个方向的轴向固定，同时也用于密封滚动轴承6。所述固定套4为筒形件。该固定套4一端的端板中心有贯通的阶梯状通孔。该安装孔的内表面为阶梯状。所述阶梯状通孔的小孔径为44.5mm，与旋轮芯轴的旋轮安装段13的直径配合。所述阶梯状通孔的大孔径处用于安放毡圈10。该固定套4的另一端为敞口端，在该敞口端的外圆周表面有径向凸出的法兰边，法兰边上分布有与轴承端盖1的法兰和压圈5连接的螺纹通孔。

固定套4的外径为78mm，与压圈5的内表面贴合。固定套4的内径为68mm，与角接触轴承6的外表面相配合。固定套4的直筒段长度为51mm，约为压圈5的长度。固定套4的底部轴截面为三级阶梯形。通过固定套4的底部安装孔将固定套4套装在旋轮芯轴的旋轮安装段13上，并在固定套4的中间台阶处套有用于密封滚动轴承6的毡圈10，固定套4的内底台阶端面和角接触轴承6外圈的端面贴合，用于角接触轴承6一端的轴向定位。

压圈5为无底直筒形件。压圈5用于阻挡旋轮前方毛坯段的扩径以防止喇叭口的产生。压圈5的长度为坯料壁厚的10～20倍，在本实施例中，压圈5的长度为53mm。压圈5的内径为78mm与固定套4直筒部分外径相同，压圈5的外径通过公式（1）确定。在压圈5的一个端面开有4个用于和固定套4和轴承端盖1连接的螺纹孔。压圈5内表面和固定套4的外表面相配合，有螺纹孔的端面与固定套4的法兰底面贴合。

d_p=d_r-2Δt-(0.2～0.4)t₀（1）

在本实施例中，d_p=99.7mm。

轴承端盖1为带底筒形件，并且在其筒壁中部有一法兰。在该法兰上均布有与固定套4和压圈5连接的通孔。轴承端盖1用于压圈5的轴向固定同时也用于密封滚动轴承6。轴承端盖1的端面与一个角接触轴承6外圈的端面相贴合。轴承端盖1的高度为23mm，大于旋轮芯轴紧钉螺母安装段15的长度使其将紧钉螺母安装段15封闭于机构内。

本实施例的装配过程如下：

第一步：将旋轮9套在旋轮芯轴的旋轮安装段13上，并使其与旋轮芯轴的定位凸台12相连的端面与旋轮芯轴的定位凸台12贴合，然后用螺栓将旋轮9与旋轮芯轴的定位凸台12联接。

第二步：将压圈5套在旋轮芯轴的压圈安装段14上，然后将带有毡圈10的固定套4镶嵌于压圈5之内，将毡圈套在旋轮芯轴的旋轮安装段13上，并使压圈5带螺纹孔的端面和固定套4的对应端面相贴合。

第三步：将一个角接触轴承6套在旋轮芯轴的压圈安装段14上并且使其的内圈端面与旋轮芯轴的第三13、四级轴14形成的轴肩相贴合，使其外圈端面与固定套4的对应端面相贴合。然后再依次将套筒7和另一个角接触轴承6套在旋轮芯轴的压圈安装段14上使套筒7置于一对角接触轴承6的内圈端面之间。

第四步：将两个紧定螺母2拧在旋轮芯轴的紧钉螺母安装段15的螺纹上，并使其紧固住角接触轴承6的内圈。

第五步：安装轴承端盖1，使其直壁部分端面与轴承6的外圈端面贴合，法兰部分的端面和固定套4的外端面相贴合。

第六步：用六角螺栓3通过轴承端盖1、固定套4和压圈5的螺纹孔将三者紧固在一起。

Claims

1.一种用于筒形件正向旋压的机构，其特征在于，包括旋轮芯轴、旋轮、压圈、固定套、套筒、一对角接触轴承和轴承端盖；其中：

a．所述的旋轮芯轴为五级阶梯轴，分别形成了旋轮座配合段、定位凸台、旋轮安装段、压圈安装段和紧钉螺母安装段；紧钉螺母安装段位于旋轮芯轴的一端，旋轮座配合段位于旋轮芯轴的另一端；压圈安装段位于紧钉螺母安装段内侧；旋轮安装段位于压圈安装段与旋轮座配合段之间，并且该旋轮安装段与旋轮座配合段邻接处有径向凸出的定位凸台；

b．旋压机的旋轮座套装在旋轮芯轴的旋轮座配合段上；旋轮安装在旋轮芯轴的旋轮安装段上，并固定在旋轮芯轴的定位凸台的端面上；固定套通过一对角接触轴承套装在压圈安装段上，压圈套装在固定套的外圆周上；紧钉螺母套装紧钉螺母安装段上；旋轮芯轴、旋轮和压圈的轴线重合；

c．压圈的长度为坯料壁厚的10～20倍，压圈的外径通过公式（1）确定：

d_p=d_r-2Δt-(0.2～0.4)t₀（1）

2.如权利要求1所述一种用于筒形件正向旋压的机构，其特征在于，固定套一端的端板中心有阶梯状通孔，固定套小孔的孔径与旋轮芯轴的旋轮安装段的直径配合，固定套大孔内安放有毡圈；固定套另一端的外圆周表面有径向凸出的法兰边。