外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备及制造方法

本发明涉及的是一种金属塑性加工领域的技术，具体是一种外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备及制造方法。

背景技术：

1、随着航空航天领域的发展，对带筋薄壁筒形件的高强度、高性能需求不断提升。当通过整体成形方法来制造筋条高宽比更大、材料强度更高的带筋构件时，室温成形会出现设备吨位不足、材料塑性变形困难等问题，因此需要热能场辅助带筋构件的成形，目前常见的加热方式有激光加热、高频感应加热、火焰喷枪加热、红外加热等方式。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术结构限制，无法在展成旋挤工艺中对筒坯进行加热，导致只能够对硬度低、强度低的材料进行加工的不足，提出一种外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备及制造方法，通过弧形红外加热方式，在不干涉辊轮加工的前提下，实现对筒坯的加热及温度控制，改善材料的塑性流动性，同时通过水平方向与垂直方向的运动装置，实现对不同尺寸构件的灵活加热，并且利用小进给量多道次的加工特点，实现高硬度材料外交叉筋薄壁筒体的制造，提升带外筋薄壁筒体的筋条高宽比。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，包括：依次设置于旋压机机体上的运动模块和成形模块，以及与运动模块相连的加热模块，其中：运动模块控制加热模块对筒坯的加热位置的调整，旋压机机体驱动成形模块进行热展成旋挤工艺。

4、所述的运动模块包括：设备固定装置、活动设置于其上的水平运动装置以及设置于水平运动装置上的垂直运动装置，其中：垂直运动装置与加热模块相连。

5、所述的设备固定装置包括：后支架、后横梁、加固横梁、导轨、固定卡扣、前横梁、斜支撑、前支架和调节底座，其中：后横梁、加固横梁、前横梁分别与双导轨垂直连接对导轨进行加固，导轨通过固定卡扣与旋压机机体相连；后支架和前支架竖直设置并与导轨相连。

6、所述的水平运动装置包括：移动平台、把手、导轨小车、锁定模块和限位块，其中：两个导轨小车分别设置于移动平台的两侧，导轨小车活动设置于导轨内部，带动加热模块进行水平运动；锁定模块设置于导轨小车下方以锁定导轨小车的位置；限位块设置于导轨的顶端以限制导轨小车的最大位移距离。

7、所述的垂直运动装置包括：分别设置于移动平台上下两侧的电动推杆的垂直滑轨，其中：电动推杆机身与配合，推杆与加热模块中的u型板配合，实现加热模块的垂直运动；四根垂直滑轨与移动平台配合，辅助加热模块的垂直运动，保证运动的稳定性。

8、所述的加热模块包括：加热外壳、沿弧形设置于加热外壳内部的红外加热灯管和变压器、设置于加热外壳上方的散热风扇，其中：加热外壳两侧设有用于与u型板下方配合的连接板，u型板上方与推杆相连。

9、所述的成形模块包括：依次设置的芯模、主齿轮、限位齿圈和尾顶，以及以两侧分布方式分别设置于主齿轮和限位齿圈两侧的一对带有传动齿轮的刀具单元，其中：限位齿圈、尾顶分别与待处理筒坯的上、下端接触并对其进行轴向约束，芯模与待处理筒坯过盈配合并对其进行径向约束。

10、所述的刀具单元包括：刀具底座、刀架、刀具轴以及设置于刀具轴上的传动齿轮和辊轮，其中：传动齿轮与主齿轮啮合，通过主齿轮以ω1的角速度主动旋转带动传动齿轮与辊轮以ω2的角速度转动，其满足其中：z1为带筋构件设计齿数，z2为辊轮的设计齿数。

11、本发明涉及一种基于上述设备的外筋薄壁筒体热展成旋挤制造方法，首先通过限位齿圈和尾顶对筒坯的轴向与周向进行约束，通过芯模对筒坯的径向进行部分约束；调节水平运动装置与垂直运动装置使得加热模块运动至筒坯正上方后，启动旋压机控制刀架远离筒坯，并让筒坯进行自转，同时设置加热温度，以红外方式对筒坯进行预热；最后调节加热模块的输出功率以持续对筒坯进行保温，同时控制旋压机，平衡加工过程的侧向力，另一侧辊轮朝筒坯中心径向运动，对筒坯进行塑性加工，制造出带外交叉筋的薄壁筒形件。

12、所述的热展成旋挤，具体包括：

13、步骤1、调节控制箱，操纵水平运动装置与垂直运动装置，使得加热模块的空间位置位于筒坯正上方对筒坯的1/4进行加热。

14、步骤2、启动旋压机控制辊轮远离筒坯的同时主齿轮与传动齿轮保持啮合状态；令芯模带动筒坯进行自转，同时设置加热模块的目标加热温度，以红外方式对筒坯进行预热。

15、步骤3、调节加热模块的输出功率，以持续对筒坯进行保温，同时控制旋压机，并平衡加工过程的侧向力，另一侧刀架按照程序以预期速度朝筒坯中心径向运动，通过辊轮对筒坯进行塑性加工，制造出带外交叉筋的薄壁筒形件。

16、所述的平衡加工过程的侧向力是指：设置一侧辊轮移至距离尾顶1mm处。

17、技术效果

18、本发明通过水平运动模块与垂直运动模块实现加热模块的空间运动与定位，利用红外加热的形式，保证在不干涉辊轮加工的前提下，能够对不同尺寸筒体进行均匀加热，达到不同指定温度。利用双侧布置刀架的结构形式，令一侧刀架起到平衡侧向力的作用，另一侧刀架起到成形作用，能够令展成旋挤加工过程更加平稳。

19、与现有装置中展成旋挤成形仅通过刀具架与辊轮，在成形初期辊轮与筒坯会发生打滑现象，令一开始的成形过程出现筋条错位的问题相比，本发明通过主齿轮与传动齿轮结构，传动齿轮与辊轮固定于一根轴上，从而保证了主轴与刀具的传动比。

20、与现有装置中轴向约束通过类似尾顶的圆环在筒坯前方顶住筒坯，不仅体积大，而且在成形过程中会出现筒坯相对于芯模转动的现象相比，本发明通过限位齿圈的齿状结构能够保证对筒坯的轴向约束，同时齿状结构卡住了筒坯，防止筒坯在成形过程中相对芯模发生错位转动，能够实现不同筋条类型、尺寸大小的带外交叉筋薄壁筒体的制造，实现外交叉筋薄壁筒体的热展成旋挤成形功能，能够制造高硬度材料带外筋薄壁筒体，提升带外筋薄壁筒体的筋条高宽比。

技术特征：

1.一种外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征在于，包括：依次设置于旋压机机体上的运动模块和成形模块，以及与运动模块相连的加热模块，其中：运动模块控制加热模块对筒坯的加热位置的调整，旋压机机体驱动成形模块进行热展成旋挤工艺；

2.根据权利要求1所述的外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征是，、所述的设备固定装置包括：后支架、后横梁、加固横梁、导轨、固定卡扣、前横梁、斜支撑、前支架和调节底座，其中：后横梁、加固横梁、前横梁分别与双导轨垂直连接对导轨进行加固，导轨通过固定卡扣与旋压机机体相连；后支架和前支架竖直设置并与导轨相连。

3.根据权利要求1所述的外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征是，、所述的水平运动装置包括：移动平台、把手、导轨小车、锁定模块和限位块，其中：两个导轨小车分别设置于移动平台的两侧，导轨小车活动设置于导轨内部，带动加热模块进行水平运动；锁定模块设置于导轨小车下方以锁定导轨小车的位置；限位块设置于导轨的顶端以限制导轨小车的最大位移距离。

4.根据权利要求1所述的外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征是，所述的垂直运动装置包括：分别设置于移动平台上下两侧的电动推杆的垂直滑轨，其中：电动推杆机身与配合，推杆与加热模块中的u型板配合，实现加热模块的垂直运动；四根垂直滑轨与移动平台配合，辅助加热模块的垂直运动，保证运动的稳定性。

5.根据权利要求1所述的外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征是，所述的加热模块包括：加热外壳、沿弧形设置于加热外壳内部的红外加热灯管和变压器、设置于加热外壳上方的散热风扇，其中：加热外壳两侧设有用于与u型板下方配合的连接板，u型板上方与推杆相连。

6.根据权利要求1所述的外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备，其特征是，所述的刀具单元包括：刀具底座、刀架、刀具轴以及设置于刀具轴上的传动齿轮和辊轮，其中：传动齿轮与主齿轮啮合，通过主齿轮以ω1的角速度主动旋转带动传动齿轮与辊轮以ω2的角速度转动，其满足其中：z1为带筋构件设计齿数，z2为辊轮的设计齿数。

7.一种基于权利要求1-6中任一所述设备的外筋薄壁筒体热展成旋挤制造方法，其特征在于，首先通过限位齿圈和尾顶对筒坯的轴向与周向进行约束，通过芯模对筒坯的径向进行部分约束；调节水平运动装置与垂直运动装置使得加热模块运动至筒坯正上方后，启动旋压机控制刀架远离筒坯，并让筒坯进行自转，同时设置加热温度，以红外方式对筒坯进行预热；最后调节加热模块的输出功率以持续对筒坯进行保温，同时控制旋压机，平衡加工过程的侧向力，另一侧辊轮朝筒坯中心径向运动，对筒坯进行塑性加工，制造出带外交叉筋的薄壁筒形件。

8.根据权利要求7所述的外筋薄壁筒体热展成旋挤制造方法，其特征是，所述的热展成旋挤，具体包括：

9.根据权利要求7或8所述的外筋薄壁筒体热展成旋挤制造方法，其特征是，所述的平衡加工过程的侧向力是指：设置一侧辊轮移至距离尾顶1mm处。

技术总结一种外交叉筋薄壁筒体热展成旋挤设备及制造方法，包括：依次设置于旋压机机体上的运动模块和成形模块，以及与运动模块相连的加热模块，其中：运动模块控制加热模块对筒坯的加热位置的调整，旋压机机体驱动成形模块进行热展成旋挤工艺。本发明通过弧形红外加热方式，在不干涉辊轮加工的前提下，实现对筒坯的加热及温度控制，改善材料的塑性流动性，同时通过水平方向与垂直方向的运动装置，实现对不同尺寸构件的灵活加热，并且利用小进给量多道次的加工特点，实现高硬度材料外交叉筋薄壁筒体的制造，提升带外筋薄壁筒体的筋条高宽比。技术研发人员：朱正午,赵亦希,欧阳亚文,李双利,于忠奇受保护的技术使用者：上海交通大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10