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筒形件強力旋壓新技術--浮動芯模法

更新時間:2008-9-1 16:05:22 文章來源:互聯網 點擊:

摘要:提出了一種新的旋壓方法—浮動芯模法。該方法采用的芯模長度尺寸較小,兩端不固定,加工、製造和安裝非常容易。由於該方法是采用旋輪不動,工件做軸向運動,故解決了正旋所帶來的工件扭曲的問題。此法用於加工長管類件,更顯示出它的優越性,對改善管類件的加工具有重要的意義。
關鍵詞:筒形件;強力旋壓;浮動芯模

一、引言

金屬的旋壓成形是現代金屬成形工業的一個重要的分枝。近幾年來,隨著板料成形技術的發展,旋壓工藝也得到了很大的完善。先後出現剪切旋壓、流動旋壓、冷旋、熱旋、差距旋壓、對輪旋壓等新技術。使筒形件、錐形件以及其它軸對稱的零件,基本上都可以用旋壓的方法來加工。

按傳統的方法,對筒形件的加工一般采用芯模旋壓成形。芯模旋壓必須有一根與所旋工件相匹配的芯棒。為了保證所旋工件的質量,芯棒必須有足夠的強度、剛度和表麵質量。這樣芯模的加工製造就非常的困難,有時需要進口,造成芯模的費用特別高。因此芯棒是芯模旋壓中一個至關重要的零件,芯模的好壞,直接影響工件的質量。

傳統的芯模旋壓經常采用正旋和反旋兩種方法,如圖1所示。對於正旋,由於工件存在著扭曲變形問題,旋完後的工件放置一段時間,形狀和尺寸會發生變化,嚴重影響工件的質量。為了解決這一問題,提出了對輪旋壓工藝。就是把傳統的芯棒換成旋輪,采用內外旋輪的結構,這在一定程度上解決了芯棒所帶來的問題。不可否認,對輪旋壓工藝雖然是一種先進的工藝,但內旋輪的安裝,內外旋輪的調整都比較麻煩,在一定程度上限製了此工藝的應用。


圖1

二、浮動芯模旋壓

為了解決芯模旋壓和對輪旋壓所存在的弊端,提出了一種介於芯模旋壓和對輪旋壓之間的工藝,稱為浮動芯模旋壓,如圖2所示。這種方法的原理仍然采用傳統芯模旋壓的理論,工件外徑的成形采用旋輪,內徑采用芯棒,這和傳統的芯模旋壓一樣,但二者之間又有區別,浮動芯模旋壓采用的芯棒長度尺寸比較短,同時在旋壓過程中芯棒是隨變形的進行而在浮動,省去了傳統芯模旋壓中芯棒必須和工件的長度相一致,以及芯棒安裝固定的問題;浮動芯棒比較小,同時又在不停的運動,這和對輪旋壓中的內旋輪的作用很一致,但比內旋輪的安裝要容易的多。所以,浮動旋壓是介於芯模旋壓和對輪旋壓之間的一種工藝。


圖2
(a) 1.導軌 2.毛坯 3.浮動芯模 4.旋輪 5.卡盤
(b) 1.毛坯 2.旋輪 3.浮動芯模 4.卡盤

1.浮動芯模旋壓結構分析

浮動芯模旋壓的結構按工件尺寸的不同分兩種形式:

(1)當工件的直徑尺寸比較大時,相應的芯模直徑也比較大,為了增加芯模的導向性,在芯模的中間加一根導向杆,如圖2所示。由於在旋壓過程中,多數采用三旋輪和多旋輪旋壓,所以芯棒有自動定心作用,中間的導軌僅起到輔助導向的作用。雖然在結構上和傳統的芯模旋壓相似,但這時的導軌和芯模旋壓中的芯棒所起的作用是不同的,這樣導軌的加工製造、安裝比芯模的加工製造、安裝要簡單的多,同時對導軌的強度、剛度以及表麵的精度都要比芯模低的多。

當加工不同直徑的管子時,導軌並不用更換,隻更換相對應的浮動芯模就可以。由於芯模尺寸比較小,加工起來比較容易,可以根據管子的直徑係列,事先做成相應的成係列的不同尺寸的芯模。這些芯模在一定尺寸範圍內其導軌孔的尺寸可以相同,這樣可以減少導軌的數目,通過這樣的處理在加工不同尺寸的工件時,隻需更換芯模就可以,縮短了整個周期。

(2)當加工工件的直徑尺寸較小時,相應的芯模尺寸也比較小,這時芯模不用導向裝置,完全靠自動定心,如圖2b所示,這時所加工工件的長度原則上是不受限製的。

浮動芯模旋壓時,旋輪隻做旋轉運動,並不沿軸向做直線運動;工件毛坯在機床所施加的拉力下做軸向運動。在旋壓過程中,管子的已變形區始終承受一個軸向的拉應力,所以工件不會產生扭曲變形。

2.芯模的受力分析

芯模的受力如圖3所示,在徑向受壓應力Q,Q值主要是由於旋輪擠壓毛坯而引起的,在Q的作用下,毛坯的外徑才能一次比一次小,管子的厚度才能變薄。


圖3

芯模在軸向受摩擦力F1和軸肩所受到旋輪所施加的軸向推力F2,正是由於F2的作用,才能使芯模在旋壓過程中不斷向前運動,保持變形的連續性。而同時F1的作用使芯模和變形區的材料保持緊密的接觸。否則芯模稍微脫離變形區,F2就迅速變為零,在F1的作用下,芯模隻能又回到和變形區相接觸,所以芯模不會向前脫離變形區;隨著旋輪與芯模軸肩距離的減小,F2會迅速增大,而F1的值不變,當F2>F1時,芯模就相對毛坯向前運動,直到F1=F2為止,所以芯模也不會被旋輪越過。這樣浮動芯模旋壓才能穩定的進行下去。

三、結論

(1)浮動旋壓方法從根本上解決了傳統芯模旋壓由於芯模的加工製造、安裝難,以及費用高的問題。
(2)浮動旋壓由於已變形區始終承受拉應力的作用,所以消除了工件的扭曲等質量問題。




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