一种管筒形工件内接触式旋轧方法

摘要

本发明公开一种管筒形工件内接触式旋轧方法，具体按照如下步骤操作:将要进行加工的管筒形坯料套设在芯模上，使芯模和管筒形坯料中心轴线重合；将环筒形模具开始同向旋转，芯模沿中心轴线方向给进；管筒形坯料进入环筒形模具，对管筒形坯料进行旋轧，将未加工端加工成成品。本发明的环筒形模具旋轧方法采用模具内表面与管筒形工件外表面进行旋轧加工，工作面为环筒形模具的内圆弧环面，与管筒形坯料接触变形区有更大的包角，材料有更小的周向变形和径向变形速率，同时有较大的金属轴向延伸率，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的技术。

权利要求

1.一种管筒形工件内接触式旋轧方法，其特征在于，具体按照如下步骤操作:步骤1、将要进行加工的管筒形坯料(2)套设在芯模(1)上，使所述芯模(1)和管筒形坯料(2)中心轴线重合；

步骤2、将环筒形模具(3)开始旋转，所述芯模(1)沿中心轴线方向给进；所述管筒形坯料(2)进入环筒形模具(3)；所述环筒形模具(3)的环状曲面(31)与所述管筒形坯料(2)外表面接触，且沿所述管筒形坯料(2)径向压入，压入深度形成减薄量Δt；对所述管筒形坯料(2)进行旋轧，将未加工端加工成成品端；

步骤3、将所述管筒形坯料(2)通过所述环筒形模具(3)完成旋轧；

所述步骤2中的旋轧具体为：所述环状曲面(31)与所述管筒形坯料(2)的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯料(2)中心轴线做垂线，以垂足O为原点，所述管筒形坯料(2)中心轴线为x轴建立三维旋轧坐标系；z轴与所述接触最高点形成加工角α；

将所述环筒形模具(3)做空间转动，所述环筒形模具(3)的中心轴线在三维旋轧坐标系的x轴上的投影夹角形成调整角β，在z轴上的投影夹角形成送进角γ。

2.根据权利要求1所述的管筒形工件内接触式旋轧方法，其特征在于，所述环状曲面(31)的最小内径d需满足：d·cosβ与d·cosγ二者中小者大于所述管筒形坯料(2)未加工端外径。

3.根据权利要求1所述的管筒形工件内接触式旋轧方法，其特征在于，所述送进角γ与环筒形模具(3)的转速n、所述环筒形模具(3)与管筒形坯料(2)相对进给线速度v有关，表示为：

4.根据权利要求1所述的管筒形工件内接触式旋轧方法，其特征在于，所述管筒形坯料(2)与环筒形模具(3)沿各自中心轴向同向旋转。

5.根据权利要求1所述的管筒形工件内接触式旋轧方法，其特征在于，所述加工角α的角度为10°‑40°；调整角β的角度为±20°；送进角γ的角度为±5°。

说明书

一种管筒形工件内接触式旋轧方法

技术领域

[0001] 本发明涉及旋压和轧制成型技术领域，尤其涉及一种管筒形工件 内接触式旋轧方法。
技术背景

[0002] 管筒形工件的旋压或者轧制技术一般是通过旋转模具使金属受 力位置由点到线，由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属 材料沿着这一方向变形和流动而形
成设定的形状。现有旋压机和轧机 多为变形模具的外表面与工件外表面接触，其旋轮或轧
辊与管筒形工 件的坯料接触变形区接触包角小，易产生纵向裂纹及表面产生明显波 纹等
缺陷。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种管筒形工件内接触式旋轧方法，以解决 上述现有技术存在的问题，能够实现同时有较大的金属轴向延伸率， 是一种经济、快速成形薄壁回转体
零件的技术。

[0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种管筒 形工件内接触式旋轧方法，具体按照如下步骤操作:

[0005] 步骤1、将要进行加工的管筒形坯料套设在芯模上，使所述芯模 和管筒形坯料中心轴线重合；

[0006] 步骤2、将环筒形模具开始旋转，所述芯模沿中心轴线方向给进； 所述管筒形坯料进入环筒形模具；所述环筒形模具的环状曲面与所述 管筒形坯料外表面接触，且沿所述管
筒形坯料径向压入，压入深度形 成减薄量Δt；对所述管筒形坯料进行旋轧，将未加工端加
工成成品端；

[0007] 步骤3、将所述管筒形坯料通过所述环筒形模具完成旋轧。

[0008] 优选的，将管筒形坯料与芯模的共同中心轴线设为X1，将所述 环筒形模具的轴线设为X2。

[0009] 优选的，所述环筒形模具为环形旋轮。

[0010] 所述步骤2中的旋轧具体为：所述环状曲面与所述管筒形坯料 的接触面形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向所述管筒形坯 料中心轴线做垂线，以垂足O为原点，所
述管筒形坯料中心轴线为x 轴建立三维旋轧坐标系；z轴与所述接触最高点形成加工角α；

[0011] 将所述环筒形模具做空间转动，所述环筒形模具的中心轴线在三 维旋轧坐标系的x轴上的投影夹角形成调整角β，在z轴上的投影夹 角形成送进角γ。

[0012] 优选的，步骤2在步骤1形成减薄量Δt后可同时进行，不存在 先后顺序。

[0013] 所述环状曲面的最小内径d需满足：d·cosβ与d·cosγ二者中小 者大于所述管筒形坯料未加工端外径。

[0014] 所述送进角γ与环筒形模具的转速n、所述环筒形模具与管筒形 坯料相对进给线速度v有关，表示为：

[0015]

[0016] 所述管筒形坯料与环筒形模具沿各自中心轴向同向旋转。

[0017] 所述加工角α的角度为10°‑40°；调整角β的角度为±20°；送 进角γ的角度为±5°。

[0018] 本发明公开了以下技术效果：1.本发明通过同时或者单独改变减 薄量Δt、调整角β和送进角γ来实现旋轧工艺，并改变加工角。

[0019] 2.通过改变调整角β和送进角γ可以使环筒形模具相对于管筒 形坯料处于斜置状态，环筒形模具与管筒形坯料旋轧变形区包角范围 可调，并产生一个有助于金属材料流
动的轴向分速度和推力，从而提 高金属流动能力，减小了变形阻力和危险截面上的应力；
可避免一般 的外旋轮旋压法常易引起的金属堆积、扩径、管子弯曲、纵向裂纹及 表面上有
明显波纹等缺陷。

[0020] 3.本发明工作状态下管筒形坯料与芯模一起相对于环筒形模具 沿管筒形坯料中心线方向轴向进给，环筒形坯料的变形区域为环形旋 轮的内包容面，使材料难于产生周向
附加变形；同时相对于外接触式 的旋轧方式，其接触变形面积增大，旋轧力增大，旋透性增
强。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图仅仅是本发明的一些实
施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些
附图获得其他 的附图。

[0022] 图1是本发明初始状态结构布置示意图。

[0023] 图2是本发明实施例一加工角α示意图。

[0024] 图3是本发明实施例二结构布置示意图。

[0025] 图4是本发明实施例二调整角β在xy平面投影示意图。

[0026] 图5是本发明实施例二送进角γ在yz平面投影示意图。

[0027] 图6是本发明实施例三结构布置示意图。

[0028] 其中，1‑芯模，2‑管筒形坯料，3‑环筒形模具，31‑环状曲面， d1‑环状曲面内径，α‑加工角，β‑调整角，γ‑送进角，X1‑芯模与 管筒形坯料轴线和X2‑第一环筒形模具轴线；

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例， 都属于本发明保护的范围。

[0030] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0031] 本发明提供一种管筒形工件内接触式旋轧方法，具体按照如下步 骤操作:

[0032] 步骤1、将要进行加工的管筒形坯料2套设在芯模1上，使芯模 1和管筒形坯料2中心轴线重合；

[0033] 步骤2、将环筒形模具3开始旋转，芯模1沿中心轴线方向给进； 管筒形坯料2进入环筒形模具3；环筒形模具3的环状曲面31与管 筒形坯料2外表面接触，且沿管筒形坯料2径
向压入，压入深度形成 减薄量Δt；对管筒形坯料2进行旋轧，将未加工端加工成成品端；

[0034] 步骤3、将管筒形坯料2通过环筒形模具3完成旋轧。

[0035] 步骤2中的旋轧具体为：环状曲面31与管筒形坯料2的接触面 形成接触最低点与接触最高点，接触最低点向管筒形坯料2中心轴线 做垂线，以垂足O为原点，管筒形坯料2中
心轴线为x轴建立三维 旋轧坐标系；z轴与接触最高点形成加工角α；

[0036] 将环筒形模具3做空间转动，环筒形模具3的中心轴线在三维旋 轧坐标系的x轴上的投影夹角形成调整角β，在z轴上的投影夹角形 成送进角γ。

[0037] 环状曲面31的最小内径d需满足：d·cosβ与d·cosγ二者中小者 大于管筒形坯料2未加工端外径。

[0038] 送进角γ与环筒形模具3的转速n、环筒形模具3与管筒形坯料 2相对进给线速度v有关，表示为：

[0039]

[0040] 管筒形坯料2与环筒形模具3沿各自中心轴向同向旋转。

[0041] 加工角α的角度为10°‑40°；调整角β的角度为±20°；送进角 γ的角度为±5°。

[0042] 本发明的实施例中，选用芯模1外形尺寸为外径 管筒 形坯料2外形尺寸为外径 壁厚3.5mm，内径 环状 曲面31最小直径 加工角α＝
30°。加工工艺参数为：管筒 形坯料2送进速度v＝2mm/s，环筒形模具3转速n＝100rpm。

[0043] 本发明的实施例一，如图2所示，为初始进给状态，调整角β＝0， 送进角γ＝0；管筒形坯料2内表面套于芯模1外表面， 环状曲面31包容管筒形坯料2外表面并与之形成内接
触。

[0044] 环状曲面31沿管筒形坯料2的径向压入管筒形坯料2的未加工 端坯料的外表面，压入深度形成减薄量Δt，环状曲面31与管筒形坯 料2距离轴线X1最近的接触点设为21，最
远的接触点设为22；以 接触点21向轴线X1做垂线，垂足为O，以O为原点，以轴线X1 为x轴，
建立三维旋轧坐标系，点21与22以点O为顶点形成的角 度为加工角α；

[0045] 在旋轧工作状态，相对初始状态产生以下2个相对变化：1)管 筒形坯料2和芯模1不动，接触点21与与环筒形模具3一起沿着直 线L移动，使减薄量Δt发生变化；2)以接触点
21和22为支撑点， 环筒形模具3做空间转动，其轴线X2与三维旋轧坐标系内的x轴投 影夹
角形成调整角β，在三维旋轧坐标系内的z轴投影夹角形成送进 角γ。上述相对变化过程1)
和2)没有先后顺序。

[0046] 管筒形坯料2经过管筒形模具的旋轧，形成减薄后的成品端的成 品。

[0047] 本发明的实施例二，环筒形模具为环形旋轮；如图4所示，图中， 调整角β＝10°，送进角γ＝0.5°；其中，调整角β与送进角γ同向 转动；环状曲面31压入管筒形坯料2外表面，
压入深度为初始减薄 量Δt＝1.5mm，两者形成内接触状态。芯模1与管筒形坯料2主动绕 
其轴线X1旋转，并沿X1进行轴向进给，如图4所示箭头方向。管筒 形工件坯料2与环形旋轮
内圆弧面31接触后带动环形旋轮3绕轴线 X2旋转。

[0048] 本发明的实施例三，环筒形模具为环形旋轮；如图6所示；图中， 调整角β＝10°，送进角γ1＝0.5°、γ2＝‑0.5°；其中，调整角β与 送进角γ相反转动；环状曲面31压入管筒形
坯料2外表面，压入深 度为初始减薄量Δt＝1.5mm，两者形成内接触状态。芯模1与管筒形 
坯料2沿X1进行轴向进给，如图6所示箭头方向，所述环形旋轮3 主动绕其轴线X2旋转。管坯
2与环形旋轮内圆弧面31接触后带动管 筒形坯料2与芯模1绕其轴线X1旋转。

[0049] 本发明所提供的环筒形模具旋轧方法采用模具内表面与管筒形 工件外表面进行旋轧加工，工作面为环筒形模具的内圆弧环面，与管 筒形坯料接触变形区有更大的包角，
材料有更小的周向变形和径向变 形速率，同时有较大的金属轴向延伸率，是一种经济、快
速成形薄壁 回转体零件的技术。

[0050] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、 “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图
所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元 
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为 对本发明的限制。

[0051] 以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本 发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普 通技术人员对本发明的技术方案做
出的各种变形和改进，均应落入本 发明权利要求书确定的保护范围内。