多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法

摘要

本发明涉及一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，组合芯模主动芯模和被动芯模；横向芯模为内侧带凸台的圆环。组合芯模单独作用，可成形不带筋筒形构件；组合芯模和横向芯模二者相配合，可成形仅带横向内筋的筒形构件；组合芯模和纵向芯模二者相配合，可成形仅带纵向内筋的筒形构件；组合芯模、横向芯模、纵向芯模三者相配合，可成形带复杂纵横内筋筒形构件。本发明实现了不同类型带筋构件和不带筋构件的成形；调节横向芯模、纵向芯模的厚度大小，实现不同筋高纵横内筋筒形构件的成形；该装置有效解决了带纵横内筋筒形旋压成形构件芯模加工困难，难于脱模的问题，具有易于加工装配、方便拆卸、多功能等特点。

权利要求

1.一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于包括上端盖(2)、组合芯模(3)、横向芯模(4)、纵向芯模(5)、紧固环(6)和基座(7)；所述组合芯模(3)包括多个围绕轴心的主动芯模与被动芯模，一个内侧大外侧小的主动芯模与一个内侧小外侧大的被动芯模组成一个扇形；在上端盖(2)与基座(7)之间设有多个组合芯模(3)，多个组合芯模(3)之间设有环状结构的横向芯模(4)，每个扇形之间设有长条状结构的纵向芯模(5)，基座(7)上端、组合芯模(3)外层设有紧固环(6)；最上层的所述组合芯模(3)的内环上下两侧为凸台结构，其他层组合芯模(3)的内环上侧为凹槽，下侧为凸台结构；所述横向芯模(4)与组合芯模(3)衔接的部位设有相吻合的凹槽或凸台结构；所述纵向芯模(5)的两端设有起紧固配合作用的凸台。

2.根据权利要求1所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于：

所述环状结构的横向芯模(4)为整体环状结构或者分段组合拼装的环状结构。

3.根据权利要求1或2所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于：所述横向芯模(4)厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模(3)的厚度。

4.根据权利要求1所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于：

所述纵向芯模(5)为整体长条状结构或者分段组合拼装长条结构。

5.根据权利要求1或4所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于：所述纵向芯模(5)厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模(3)的厚度。

6.一种权利要求1～5任一项所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除去横向芯模(4)时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形带纵内筋筒形构件旋压成形芯模装置；根据成形件的纵筋筋高要求，纵向芯模(5)的厚度适当调节。

7.一种权利要求1～5任一项所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除纵向芯模(5)时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形带横内筋筒形构件旋压成形芯模装置；根据成形件的横筋筋高要求，横向芯模(4)的厚度适当调节。

8.一种权利要求1～5任一项所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除横向芯模(4)和纵向芯模(5)时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形不带纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置。

说明书

多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于精确塑性成形领域带筋筒形构件和非带筋筒形构件，涉及一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，尤其针对带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形技术，具体是一种多功能可实现复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置。

背景技术

[0002] 随着航空航天武器装备领域的迅速发展，对高性能、轻量化的薄壁筒形构件需求日益增多，尤其是在空间站、高超飞行器上广泛应用的具有超高承载、超高精度和超高可靠性等优点的带高复杂纵横内筋筒形构件。但是，高复杂纵横内筋薄壁结构给构件的成形制造带来了极大的困难。目前，对于带复杂纵横内筋薄壁构件，常采用焊接或数控铣削加工的方法。由于焊接会增加材料重量，降低构件的整体可靠性；数控铣削加工材料利用率低、加工成本高、环境污染严重，同时加强筋部位的金属流线被切断，使得构件强度大大降低，难以满足构件使用要求，因此迫切需要发展带复杂纵横内筋筒形构件整体成形技术。

[0003] 流动旋压工艺具有材料利用率高、加工成本低、工装设备简单、所需设备吨位小等优点，是一种整体成形薄壁高精度、高性能回转体的有效方法。但是，一般需要根据成形的筒形薄壁构件设计相应尺寸的旋压芯模。

[0004] 目前，国内外关于带单一纵筋或者单一横筋构件的旋压成形已经有了一定的研究。对于成形带单一内筋的构件，已有学者通过内旋或者分瓣芯模的方式实现。通过内旋成形的带筋构件，其外表面在筋部有凹陷部分，表面质量难以保证；但是，对于带有纵横内筋的薄壁构件，此种方法难以成形，同时对于直径过小的薄壁构件，此种方法也不适用；西北工业大学在公开号为CN101497099A的专利申请中，公开了一种带横向内筋构件旋压成形芯模。与带横向内筋构件相比，由于带纵横内筋的构件除具有横向内筋外，还具有纵向筋，脱模时必须沿纵向内筋的轴线方向，否则会引起纵筋干涉脱模时纵筋与芯模的筋槽相接触，不能顺利脱模，所以其脱模方式不同于专利CN101497099A；在专利号为200822071595.5的实用新型专利中，公开了一种复合加强筋筒形零件分瓣模具，但是该模具所成形构件的筋过低，而且对于筋过高的构件，此种模具无法脱模，而且模具装配复杂。因此，在旋压成形芯模装置中，不同于成形不带筋构件或者带单一内筋纵筋或者横筋的筒形构件，带复杂纵横内筋构件，由于筋部材料流动和受力状态较为复杂，成形较为困难，而且在成形结束后脱模时纵横内筋还容易产生干涉，所以带复杂纵横内筋构件的芯模设计是一个难题，尤其是带高复杂纵横内筋筒形构件。

发明内容

[0005] 要解决的技术问题

[0006] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，适用于带高复杂纵横内筋筒形构件芯模旋压成形的芯模装置，同时此装置可以作为成形不带筋构件和带单一纵筋或横筋构件的旋压芯模，其筋槽深度可控，具有加工装配简单、拆卸方便、多功能等优点。

[0007] 技术方案

[0008] 一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置，其特征在于包括上端盖2、组合芯模3、横向芯模4、纵向芯模5、紧固环6和基座7；所述组合芯模3包括多个围绕轴心的主动芯模与被动芯模，一个内侧大外侧小的主动芯模与一个内侧小外侧大的被动芯模组成一个扇形；在上端盖2与基座7之间设有多个组合芯模3，多个组合芯模3之间设有环状结构的横向芯模4，每个扇形之间设有长条状结构的纵向芯模5，基座7上端、组合芯模3外层设有紧固环6；所述最上层的组合芯模3的内环上下两侧为凸台结构，其他层组合芯模3的内环上侧为凹槽，下侧为凸台结构；所述横向芯模4与组合芯模3衔接的部位设有相吻合的凹槽或凸台结构；所述纵向芯模5的两端设有起紧固配合作用的凸台。

[0009] 所述环状结构的横向芯模4为整体环状结构或者分段组合拼装的环状结构。

[0010] 所述横向芯模4厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模3的厚度。

[0011] 所述纵向芯模5为整体长条状结构或者分段组合拼装长条结构。

[0012] 所述纵向芯模5厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模3的厚度。

[0013] 一种所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除去横向芯模4时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形带纵内筋筒形构件旋压成形芯模装置；根据成形件的纵筋筋高要求，纵向芯模5的厚度适当调节。

[0014] 一种所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除纵向芯模5时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形带横内筋筒形构件旋压成形芯模装置；根据成形件的横筋筋高要求，横向芯模4的厚度适当调节。

[0015] 一种所述多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的使用方法，其特征在于：当移除横向芯模4和纵向芯模5时，成形带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置变为仅成形不带纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置。

[0016] 有益效果

[0017] 本发明提出的一种多功能复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及方法，组合芯模3包括内大外小的主动芯模和内小外大的被动芯模；横向芯模为内侧带凸台的圆环。组合芯模3单独作用，可成形不带筋筒形构件；组合芯模3和横向芯模4二者相配合，可成形仅带横向内筋的筒形构件；组合芯模3和纵向芯模5二者相配合，可成形仅带纵向内筋的筒形构件；组合芯模3、横向芯模4、纵向芯模5三者相配合，可成形带复杂纵横内筋筒形构件。本发明采用不同类型芯模组合的方式，实现了不同类型带筋构件和不带筋构件的成形，可以一模多用；同时调节横向芯模4、纵向芯模5的厚度大小，可以实现不同筋高纵横内筋筒形构件的成形；该装置有效解决了带纵横内筋筒形旋压成形构件芯模加工困难，难于脱模的问题，具有易于加工装配、方便拆卸、多功能等特点。

[0018] 本发明对芯模装置巧妙的利用了芯模内侧凸台分层相互锁紧配合的方式和对称分瓣组合的方式，解决了带高复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模设计困难和脱模干涉的问题，使带高复杂纵横内筋筒形构件容易成形和顺利脱模。本发明提出的芯模易于装配，分瓣简单，且组合芯模主动芯模和被动芯模、横向芯模、纵向芯模，形状尺寸大小相同，部分损坏时，容易更换，制造成本相对较低。同时，可成形不带筋筒形件和带单一横向内筋或纵向内筋筒形件，具有多功能的特点。

附图说明

[0019] 图1复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图；

[0020] 图2纵横内筋筒形构件旋压成形芯模俯视图；

[0021] 图3纵横内筋筒形构件旋压成形芯模主视图；

[0022] 图4纵横内筋筒形构件旋压成形芯模剖面图；

[0023] 图5带坯料复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图；

[0024] 图6带单一横向内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图；

[0025] 图7带单一纵向内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图；

[0026] 图8不带纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置示意图；

[0027] 其中：1.紧固螺钉；2.上端盖；3.组合芯模；3-1.主动芯模；3-2被动芯模；4.横向芯模；5.纵向芯模；6.紧固环；7.基座；8.坯料。

具体实施方式

[0028] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0029] 本发明提出的旋压成形芯模装置由上端盖、组合芯模、横向芯模、纵向芯模、紧固环、基座等相配合，通过螺钉连接而成。其中组合芯模、横向芯模、纵向芯模内侧带起紧固配合作用的凸台；组合芯模包括内大外小的主动芯模和内小外大的被动芯模；横向芯模为内侧带凸台的圆环。组合芯模单独作用，可成形不带筋筒形构件；组合芯模和横向芯模二者相配合，可成形仅带横向内筋的筒形构件；组合芯模和纵向芯模二者相配合，可成形仅带纵向内筋的筒形构件；组合芯模、横向芯模、纵向芯模三者相配合，可成形带复杂纵横内筋筒形构件。脱模时，主动芯模和被动芯模先沿轴向运动然后沿径向运动拆下。

[0030] 所述组合芯模3包括多个围绕轴心的主动芯模与被动芯模，一个内侧大外侧小的主动芯模与一个内侧小外侧大的被动芯模组成一个扇形；在上端盖2与基座7之间设有多个组合芯模3，多个组合芯模3之间设有环状结构的横向芯模4，每个扇形之间设有长条状结构的纵向芯模5，基座7上端、组合芯模3外层设有紧固环6；所述最上层的组合芯模3的内环上下两侧为凸台结构，其他层组合芯模3的内环上侧为凹槽，下侧为凸台结构；所述横向芯模4与组合芯模3衔接的部位设有相吻合的凹槽或凸台结构；所述纵向芯模5的两端设有起紧固配合作用的凸台。

[0031] 所述环状结构的横向芯模4为整体环状结构或者分段组合拼装的环状结构。

[0032] 所述横向芯模4厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模3的厚度。

[0033] 所述纵向芯模5为整体长条状结构或者分段组合拼装长条结构。

[0034] 所述纵向芯模5厚度与成形件的筋高之和小于或等于组合芯模3的厚度。

[0035] 具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式用来成形带复杂纵横内筋筒形构件。带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置包括：紧固螺钉1、上端盖2、组合芯模3、横向芯模4、纵向芯模5、紧固环6、基座7。

[0036] 在使用实施例时，带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的安装具体步骤如下：

[0037] 第一步：将基座7竖直放置，紧固环6安装在基座7上，紧固环6带凹槽面朝上；

[0038] 第二步：将主动芯模3-1、被动芯模3-2、纵向芯模5的内侧凸台依次插入紧固环6的凹槽中，完成第一层组合芯模和纵向芯模的安装；

[0039] 第三步：将各瓣横向芯模4的内侧凸台依次插入紧固环6的凹槽中，完成第一层横向芯模4的安装；

[0040] 第四步：重复第二步和第三步的安装，完成全部组合芯模3，横向芯模4和纵向芯模5的安装；

[0041] 第五步：将底部带圆环的坯料套在芯模上，盖上上端盖2，通过紧固螺钉1固定，完成带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置及待加工坯料的安装，通过螺钉将该芯模装置安装到旋压机主轴上。

[0042] 在使用本发明时，带复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置的脱模具体步骤如下：

[0043] 第一步：在旋压结束后，拧下基座7与旋压机主轴的紧固螺钉，拆下带旋压件的复杂纵横内筋筒形构件旋压成形芯模装置；

[0044] 第二步：拧下上端盖2顶部紧固螺钉1，取下上端盖2；

[0045] 第三步：将连接紧固环6和基座7的紧固螺钉1拧开，将旋压件连同上端盖2、组合芯模3、横向芯模4和纵向芯模5一起从基座7上取出；

[0046] 第四步：从下到上分层按照主动芯模3-1、被动芯模3-2、纵向芯模5、横向芯模4的顺序依次拆下，其中主动芯模3-1、被动芯模3-2先沿轴向运动然后沿径向运动拆下，取出带复杂纵横内筋筒形旋压件。

[0047] 通过以上步骤，可顺利完成带高复杂纵横内筋构件旋压成形装置的安装及旋压结束后带高复杂纵横内筋构件的脱模。

[0048] 具体实施方式二：结合图6说明本实施方式，本实施方式用来成形带单一横向内筋筒形构件。带单一横向内筋筒形构件旋压成形芯模装置包括：紧固螺钉1、上端盖2、组合芯模3、横向芯模4、紧固环6、基座7。带单一横向内筋筒形构件旋压成形芯模装置的具体安装于拆卸步骤，除不安装和拆卸纵向内筋5外，与具体实施方式一相同；

[0049] 具体实施方式三：结合图7说明本实施方式，本实施方式用来成形带单一纵向内筋筒形构件。带单一纵向内筋筒形构件旋压成形芯模装置包括：紧固螺钉1、上端盖2、组合芯模3、纵向芯模5、紧固环6、基座7。带单一横向内筋筒形构件旋压成形芯模装置的具体安装于拆卸步骤，除不安装和拆卸横向芯模4外，与具体实施方式一相同；

[0050] 具体实施方式四：结合图8说明本实施方式，本实施方式用来成形不带内筋筒形构件。不带内筋筒形构件旋压成形芯模装置包括：紧固螺钉1、上端盖2、组合芯模3、紧固环6、基座7。不带内筋筒形构件旋压成形芯模装置的具体安装于拆卸步骤，除不安装和拆卸横向内筋4和纵向内筋5外，与具体实施方式一相同。