一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法
阅读说明：本技术 一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法 (Local loading integral forming method for special-shaped section rib cylindrical part ) 是由 詹梅 雷煜东 高鹏飞 马飞 樊晓光 刘德博 王渭平 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明属于塑性加工技术领域,具体公开了一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法,为旋压芯模旋转带动筒形坯料转动,流动旋压旋轮对筒形坯料先径向进给再轴向进给,在未变形区域继续径向进给再轴向进给,至筒形坯料所有区域完成变形,流动旋压旋轮换为异型截面筋旋挤旋轮,对不等厚筒形坯料的厚壁区轴向挤压成形得到异型截面筋,异型截面筋旋挤旋轮换回流动旋压旋轮,对不等厚筒形坯料的薄壁区先径向进给再轴向进给,对不等厚筒形坯料的薄壁区减薄,获得异型截面筋筒形件。本发明减小了挤压荷载,提高了工艺柔性,使得大直径薄壁的异型截面筋筒形件整体成形,而且工序简单,操作方便。本发明适用于异型截面筋筒形件的整体成形。(The invention belongs to the technical field of plastic processing, and particularly discloses a local loading integral forming method of a special-shaped gluten cutting cylindrical piece. The invention reduces the extrusion load, improves the process flexibility, integrally forms the large-diameter thin-wall special-shaped gluten cutting cylindrical piece, and has simple working procedures and convenient operation. The invention is suitable for integral forming of the special-shaped section rib cylindrical piece.)
技术领域
本发明属于塑性加工技术领域，具体地说是一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法。
背景技术
重型运载火箭和空间飞行器等航空航天装备作为国家国际竞争的制高点，是国家科技水平的重要标志，这就要求这些高端装备要具有大运力、远射程、低能耗、长寿命的特点，进而，其关键构件也要具有高性能、高可靠性、轻量化和高功效的特点，因此，采用轻质高强材料，加工为复杂、薄壁、整体化、轻量化的跨尺度复杂结构成为必然的选择。具有异型截面筋的高强铝合金筒形件就是其中一类典型的代表，其外部设计有异型截面筋，能大幅提高该类构件的强度和刚度，并减轻构件重量。但是，大直径薄壁异型截面筋筒形件筒体的大直径和薄壁，以及局部极端复杂型面的结构复合，使得传统塑性成形工艺难以协同二者变形而整体成形。大直径薄壁异型截面筋筒形件整体成形的困难有三方面：一是如何实现大直径薄壁极端尺寸筒体成形，即“成筒”难题；二是如何成形出异型截面筋局部极端复杂结构，即“成筋”难题；三是如何使筋、筒两种不同极端复杂结构的变形协调，即“筋筒结构的变形协调”问题。
现有的机械铣削纯机加工通过减材虽然可以实现整体制造，但是机械加工去除量大、周期长、材料利用率低，而且铣削会切断金属流线并产生复杂残余应力，导致形状畸变与微裂纹，进而影响构件服役性能。分块成形蒙皮和桁条、隔框、型材等部块再铆接/焊接的组装制造方法非整体成形，还带来铆钉/焊缝的无效增重和局部应力集中导致的服役隐患，并且存在工序多、流程长等问题。由此可见，现有铣削纯机加和分块成形+铆/焊接组装制造方法均无法满足大直径薄壁异型筋筒跨尺度构件的高性能高效整体成形需求。若采用传统的整体加载成形内外筋结构，不但存在成形载荷大等问题，更缺乏调控筋与筒变形的工艺柔性，而且受模具结构与脱模限制，成形这些极端复杂结构的难度非常大甚至不可能。例如，锻造、轧制、摆辗等工艺，其适合加工筋板构件，但难以适用于筋筒/环类构件的成形；而采用挤压成形整体加载方式，其塑性成形工艺主要涉及到的都是矩形、梯形等较简单的规则截面筋结构，还难以拓展应用于异型截面筋复杂结构的成形。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，以实现大直径薄壁异型截面筋筒形件的整体成形。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：
一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，包括以下步骤：
S1、尾顶机构将筒形坯料固定在旋压芯模上，在筒形坯料的两侧设置流动旋压旋轮，旋压芯模旋转，并带动筒形坯料转动；
S2、筒形坯料转动过程中，将流动旋压旋轮移动至待变形区域的起旋位置，流动旋压旋轮对筒形坯料先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量进行轴向进给，形成厚壁区和薄壁区，将流动旋压旋轮旋出并移动至未变形区域；
S3、重复步骤S2至筒形坯料所有区域完成变形，得到不等厚筒形坯料；
S4、将流动旋压旋轮更换为异型截面筋旋挤旋轮，异型截面筋旋挤旋轮对不等厚筒形坯料的厚壁区进行轴向挤压成形，得到异型截面筋；
S5、将异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮，流动旋压旋轮对不等厚筒形坯料的薄壁区先进行径向进给下压至第二预定减薄量，再进行轴向进给，对不等厚筒形坯料的薄壁区进行减薄，获得异型截面筋筒形件。
作为限定：步骤S1中流动旋压旋轮的数量为四个，两个流动旋压旋轮设置在筒形坯料的一侧，另外两个流动旋压旋轮设置在筒形坯料的另一侧。
作为进一步限定：步骤S2中的设置在筒形坯料同一侧的两个流动旋压旋轮的起旋位置分别位于筒形坯料该侧的待变形区域的起始端和末端；设置在筒形坯料同一侧的两个流动旋压旋轮的轴向进给方向相对。
作为另一种限定：步骤S1中流动旋压旋轮的数量为两个，分别设置在筒形坯料两侧。
作为限定：步骤S2中两个流动旋压旋轮的起旋位置分别位于筒形坯料两侧的待变形区域的起始端，流动旋压旋轮对筒形坯料先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量均朝向待变形区域的中部进行轴向进给，再将流动旋压旋轮旋出并移动至待变形区域的末端，流动旋压旋轮对筒形坯料先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量均朝向待变形区域的中部进行轴向进给，形成厚壁区和薄壁区。
作为进一步限定：步骤S4中的异型截面筋旋挤旋轮包括对轮旋轮和异型旋轮，对轮旋轮包括第一对轮旋轮、第二对轮旋轮，异型旋轮包括第一异型旋轮和第二异型旋轮；第一对轮旋轮和第一异型旋轮设置于不等厚筒形坯料的一侧，且位于厚壁区的两端，第二对轮旋轮和第二异型旋轮设置于不等厚筒形坯料的另一侧，且位于厚壁区的两端；异型截面筋旋挤旋轮对不等厚筒形坯料的厚壁区进行轴向挤压的过程具体为第一对轮旋轮和第一异型旋轮以相对的方向进行轴向进给，挤压成形，第二对轮旋轮和第二异型旋轮以相对的方向进行轴向进给，挤压成形。
作为更进一步限定：步骤S5中异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮，流动旋压旋轮个数为四个，两个流动旋压旋轮设置在不等厚筒形坯料的一侧，另外两个流动旋压旋轮设置在不等厚筒形坯料的另一侧，设置在不等厚筒形坯料同一侧的两个流动旋压旋轮的起旋位置分别位于不等厚筒形坯料该侧的厚壁区的两端，且轴向进给方向均朝向薄壁区。
作为再一种限定：步骤S5中异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮，流动旋压旋轮个数为两个，分别设置在不等厚筒形坯料的两侧，两个流动旋压旋轮的起旋位置分别位于不等厚筒形坯料两侧的厚壁区的一端，且轴向进给方向均朝向薄壁区。
作为限定：异型截面筋为T型筋，流动旋压旋轮采用圆弧旋轮；对轮旋轮采用圆柱形旋轮；异型旋轮以与筒形坯料的接触端为下方，异型旋轮的结构从上至下依次为第一圆柱体、第二圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第二圆柱体连接，第二圆柱体和第三圆柱体连接，三个圆柱体的圆形截面直径从小到大依次为第二圆柱体、第三圆柱体、第一圆柱体；对轮旋轮的高度等于异型旋轮第三圆柱体的高度。
作为最后一种限定：异型截面筋为Γ型筋，流动旋压旋轮采用圆弧旋轮；对轮旋轮采用圆柱形旋轮；异型旋轮以与筒形坯料的接触端为下方，异型旋轮的结构从上至下依次为第一圆柱体、第二圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第二圆柱体连接，第二圆柱体和第三圆柱体连接，三个圆柱体的圆形截面直径从小到大依次为第二圆柱体、第三圆柱体、第一圆柱体；对轮旋轮的高度大于或等于异型旋轮的高度。
本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：
（1）本发明提供的一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，通过流动旋压对筒形坯料局部减薄和局部增厚，通过异型截面筋旋挤旋轮旋挤出异型截面筋，二者相结合的局部加载成形工艺，减小了挤压荷载，提高了工艺柔性，并经过多道次匹配加载协调变形，使得大直径薄壁的异型截面筋筒形件整体成形，而且工序简单，操作方便；
（2）本发明提供的一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，设置的对轮旋轮和异型旋轮，结构简单，旋挤成筋，操作方便。
本发明适用于异型截面筋筒形件的整体成形。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。
图1为本发明实施例1步骤S1示意图；
图2为本发明实施例1步骤S2示意图；
图3为本发明实施例流动旋压旋轮主视图；
图4为本发明实施例流动旋压旋轮俯视图；
图5为本发明实施例流动旋压旋轮立体图；
图6为本发明实施例对轮旋轮主视图；
图7为本发明实施例对轮旋轮俯视图；
图8为本发明实施例对轮旋轮立体图；
图9为本发明实施例异型旋轮主视图；
图10为本发明实施例异型旋轮俯视图；
图11为本发明实施例异型旋轮立体图；
图12为本发明实施例1异型截面筋筒形件整体成形的过程示意图；
图13为本发明实施例2步骤S1示意图；
图14为本发明实施例2步骤S2示意图；
图15为本发明实施例3异型截面筋筒形件整体成形的过程示意图；
图中：1、尾顶机构；2、筒形坯料；3、芯模；4、流动旋压旋轮； 5、厚壁区；6、薄壁区；7、不等厚筒形坯料；8、第一对轮旋轮；9、第二对轮旋轮；10、第一异型旋轮；11、第二异型旋轮；12、T型筋；13、Γ型筋。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。
实施例1 一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法
一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，包括以下步骤，步骤S1和步骤S2分别如图1和图2所示：
S1、尾顶机构1将筒形坯料2固定在旋压芯模3上，在筒形坯料2的两侧设置流动旋压旋轮4，流动旋压旋轮4的结构如图3-5所示，流动旋压旋轮4的数量为四个，两个流动旋压旋轮4设置在筒形坯料2的一侧，另外两个流动旋压旋轮4设置在筒形坯料2的另一侧，旋压芯模3旋转，并带动筒形坯料2转动；
S2、筒形坯料2转动过程中，将流动旋压旋轮4移动至待变形区域的起旋位置，设置在筒形坯料2同一侧的两个流动旋压旋轮4的起旋位置分别位于筒形坯料2该侧的待变形区域的起始端和末端，流动旋压旋轮4对筒形坯料2先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量进行轴向进给，形成厚壁区5和薄壁区6，设置在筒形坯料2同一侧的两个流动旋压旋轮4的轴向进给方向相对，将流动旋压旋轮4旋出并移动至未变形区域；
S3、重复步骤S2至筒形坯料2所有区域完成变形，得到不等厚筒形坯料7；
S4、将流动旋压旋轮4更换为异型截面筋旋挤旋轮，异型截面筋旋挤旋轮包括对轮旋轮和异型旋轮，对轮旋轮包括第一对轮旋轮8、第二对轮旋轮9，异型旋轮包括第一异型旋轮10和第二异型旋轮11；第一对轮旋轮8和第一异型旋轮10设置于不等厚筒形坯料7的一侧，且位于厚壁区5的两端，第二对轮旋轮9和第二异型旋轮11设置于不等厚筒形坯料7的另一侧，且位于厚壁区5的两端，第一对轮旋轮8和第一异型旋轮10以相对的方向对不等厚筒形坯料7一侧的厚壁区5进行轴向进给，挤压成形，第二对轮旋轮9和第二异型旋轮11以相对的方向对不等厚筒形坯料7另一侧的厚壁区5进行轴向进给，挤压成形，得到异型截面筋；
S5、将异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮4，流动旋压旋轮4数量为四个，两个流动旋压旋轮4设置在不等厚筒形坯料7的一侧，另外两个流动旋压旋轮4设置在不等厚筒形坯料7的另一侧，设置在不等厚筒形坯料7同一侧的两个流动旋压旋轮4的起旋位置分别位于不等厚筒形坯料7该侧的厚壁区5的两端，流动旋压旋轮4对不等厚筒形坯料7的薄壁区6先进行径向进给下压至第二预定减薄量，再进行轴向进给，轴向进给方向均朝向薄壁区6，对不等厚筒形坯料7的薄壁区6进行减薄，获得异型截面筋筒形件。
本实施例中的异型截面筋为T型筋12，流动旋压旋轮4采用圆弧旋轮；对轮旋轮采用圆柱形旋轮，结构如图6-8所示；异型旋轮的结构如图9-11所示，异型旋轮以与筒形坯料2的接触端为下方，异型旋轮的结构从上至下依次为第一圆柱体、第二圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第二圆柱体连接，第二圆柱体和第三圆柱体连接，三个圆柱体的圆形截面直径从小到大依次为第二圆柱体、第三圆柱体、第一圆柱体；对轮旋轮的高度等于异型旋轮第三圆柱体的高度。
本实施例的异型截面筋筒形件整体成形的过程示意图如图12所示。
实施例2 一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法
一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法，包括以下步骤，步骤S1和步骤S2分别如图13和图14所示：
S1、尾顶机构1将筒形坯料2固定在旋压芯模3上，在筒形坯料2的两侧设置流动旋压旋轮4，流动旋压旋轮4的结构如图3-5所示，流动旋压旋轮4的数量为两个，分别设置在筒形坯料2两侧，旋压芯模3旋转，并带动筒形坯料2转动；
S2、筒形坯料2转动过程中，将流动旋压旋轮4移动至待变形区域的起旋位置，两个流动旋压旋轮4的起旋位置分别位于筒形坯料2两侧的待变形区域的起始端，流动旋压旋轮4对筒形坯料2先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量均朝向待变形区域的中部进行轴向进给，再将流动旋压旋轮4旋出并移动至待变形区域的末端，流动旋压旋轮4对筒形坯料2先进行径向进给下压至第一预定减薄量，再根据预定的轴向进给量均朝向待变形区域的中部进行轴向进给，形成厚壁区5和薄壁区6，将流动旋压旋轮4旋出并移动至未变形区域；
S3、重复步骤S2至筒形坯料2所有区域完成变形，得到不等厚筒形坯料7；
S4、将流动旋压旋轮4更换为异型截面筋旋挤旋轮，异型截面筋旋挤旋轮包括对轮旋轮和异型旋轮，对轮旋轮包括第一对轮旋轮8、第二对轮旋轮9，异型旋轮包括第一异型旋轮10和第二异型旋轮11；第一对轮旋轮8和第一异型旋轮10设置于不等厚筒形坯料7的一侧，且位于厚壁区5的两端，第二对轮旋轮9和第二异型旋轮11设置于不等厚筒形坯料7的另一侧，且位于厚壁区5的两端，第一对轮旋轮8和第一异型旋轮10以相对的方向对不等厚筒形坯料7一侧的厚壁区5进行轴向进给，挤压成形，第二对轮旋轮9和第二异型旋轮11以相对的方向对不等厚筒形坯料7另一侧的厚壁区5进行轴向进给，挤压成形，得到异型截面筋；
S5、将异型截面筋旋挤旋轮更换回流动旋压旋轮4，流动旋压旋轮4个数为两个，分别设置在不等厚筒形坯料7的两侧，两个流动旋压旋轮4的起旋位置分别位于不等厚筒形坯料7两侧的厚壁区5的一端，流动旋压旋轮4对不等厚筒形坯料7的薄壁区6先进行径向进给下压至第二预定减薄量，再进行轴向进给，轴向进给方向均朝向薄壁区6，对不等厚筒形坯料7的薄壁区6进行减薄，获得异型截面筋筒形件。
本实施例中的异型截面筋为T型筋12，流动旋压旋轮4采用圆弧旋轮；对轮旋轮采用圆柱形旋轮，结构如图6-8所示；异型旋轮的结构如图9-11所示，异型旋轮以与筒形坯料2的接触端为下方，异型旋轮的结构从上至下依次为第一圆柱体、第二圆柱体和第三圆柱体，第一圆柱体和第二圆柱体连接，第二圆柱体和第三圆柱体连接，三个圆柱体的圆形截面直径从小到大依次为第二圆柱体、第三圆柱体、第一圆柱体；对轮旋轮的高度等于异型旋轮第三圆柱体的高度。
实施例3 一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法
本实施例的主要技术方案与实施例1基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例1中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例1的不同之处为：异型截面筋为Γ型筋13，对轮旋轮的高度大于或等于异型旋轮的高度。本实施例的异型截面筋筒形件整体成形的过程示意图如图15所示。
实施例4 一种异型截面筋筒形件的局部加载整体成形方法
本实施例的主要技术方案与实施例2基本相同，在本实施例中未作解释的特征，采用实施例2中的解释，在此不再进行赘述。本实施例与实施例2的不同之处为：异型截面筋为Γ型筋13，对轮旋轮的高度大于或等于异型旋轮的高度。
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