一种复杂型面管材的加工成型方法与流程

1.本发明涉及管材成型工艺技术领域，尤其涉及一种复杂型面管材的加工成型方法。

背景技术：

2.由于航空航天工业越来越紧迫的轻量化需求，对构件大型化、薄壁化、整体化的要求越来越高。在结构刚度和强度满足要求的情况下，构件厚度不断降低，大直径薄壁铝合金长管件在飞机及航天器上的应用不断扩大。
3.随着航空航天工业的发展，目标管材形状日益复杂，利用人工使上下模具直接整体压制时会出现局部失稳褶皱等缺陷。目前采用压力机局部多次下压的方法进行加工，然而该方法加工效率低、一致性差、型面精度不可控，如何保证大直径薄壁管材的高效高质量是困扰该类产品制造的难题。
4.由于大直径弯曲管材在压制过程中，整体模具在下压过程中，由于大直径管材会失稳，而且管材整体性能不均，导致预制过程中产生失稳，无法达到控制所需管材产品一致性。然而，目前采用油压机进行逐个位置下压，然后试模，不仅加工效率低，一致性也无法保证。
5.此外，由于弯曲管材的型面复杂且多样，管材不同的型面对应不同的模具，因此需要高频更换模具以适应不同型面的管材需求，而现有技术中的模具是整体更换，费时费力。

技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种复杂型面管材的加工成型方法，用以解决现有技术中管材成型过程中成型一致性差、工序复杂且不便于更换模具的问题。
7.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一种复杂型面管材的加工成型方法，包括如下步骤：
9.步骤1：将辊轧前的管坯料进行预处理，使其处于能够辊轧成型的状态；
10.步骤2：上拉上模具；
11.步骤3：将辊轧前的管坯料放入上模具与下模具之间的空隙内，并下降所述上模具；
12.步骤4：同时驱动第一主动轴和第二主动轴，使上模具和下模具旋转；
13.步骤5：获得辊轧后的管坯料，并将其从复杂型面管材成型装置中取出。
14.进一步地，所述步骤2中，驱动驱动缸，使轴承支座上行。
15.进一步地，所述步骤2中，第一滚动轴带动第一主动轴同步上行。
16.进一步地，所述步骤2中，所述第一滚动轴通过与其啮合的第一齿条带动所述第一主动轴同步上行运动，使所述第一主动轴在滑动槽中滑动上行。
17.进一步地，所述步骤2中，所述第一主动轴带动所述弹性组件中的第一固定件上行，使弹性件拉伸。
18.进一步地，所述步骤2中，所述第一滚动轴通过连杆带动所述第一主动轴同步上行。
19.进一步地，所述步骤3中，驱动驱动缸，使轴承支座下行。
20.进一步地，所述步骤3中，第一主动轴复位。
21.进一步地，驱动所述第一主动轴和所述第二主动轴反向同速转动。
22.进一步地，所述上模具和下模具滚动，对所述辊轧前的管坯料进行辊轧成型。
23.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
24.(1)本发明将待成型管材放置于上下模具之间，通过上下模具之间的相对滚动，辊轧压制出特定型面的弯曲管材。该方法能够连续不断的为管材进行持续性压制，从而避免管材多次下压不均匀，导致不同凸起相互干涉而起皱、破裂等风险，达到连续有序变形，从而解决该类金属管材现有成形方法(如多次机械加工)的一致性差、工序复杂等问题，实现复杂管材零件的精密成型。
25.(2)本发明上模具与下模具的模具边缘部相互接触，使得辊轧前的管坯料被限制于上模具与下模具压制部内，从而使得上模具、下模具与辊轧前的管坯料之间为线接触，即采用局部加载原理，在管坯料上连续分步骤加工凹陷结构，降低了大型筒体与模具接触面积，提高了垂直于管材下压方向的流动能力，使得管材更易横向流动，即使用较小载荷渐进式制备出一定型面的管材，对设备吨位要求较低，降低成本并且节约了能耗。
26.(3)采用本发明的上模具和下模具可以局部或整体拆卸，快速实现模具的更换。针对不同规格以及不同型面需求的管材形变，只需更换一个或多个受力压块即可，提高了生产效率。此外，对不同区域模具损坏，只需更换受损受力压块即可，从而有效地降低了模具生产成本。
27.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
28.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
29.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
30.图1为本发明复杂型面管材成型装置一个实施例的结构示意图；
31.图2为本发明复杂型面管材成型装置一个实施例的正视图；
32.图3为本发明复杂型面管材成型装置一个实施例的侧视图；
33.图4为本发明复杂型面管材成型装置一个实施例的成型过程图；
34.图5为本发明图1中b处的细节放大图；
35.图6为本发明复杂型面管材成型装置另一个实施例的结构示意图；
36.图7为本发明复杂型面管材成型装置的上模具和下模具的侧视图；
37.图8为本发明复杂型面管材成型装置的上模具和下模具的正视图；
38.图9为本发明图7中a-a面剖视图；
39.图10为本发明复杂型面管材成型装置的上模具/下模具的结构示意图；
40.图11为本发明复杂型面管材成型装置的上模具/下模具的爆炸图；
41.图12为本发明复杂型面管材成型装置的受力压块的结构示意图；
42.图13为本发明复杂型面管材的加工成型方法的流程图。
43.附图标记：
44.1-上模具；101-模具压制部；102-模具边缘部；103-凸起部；104-轮毂；105-支撑柱；1051-限位凸台；106-受力压块；1061-导向柱；1062-导向槽；1063-连接部；107-紧固件；
45.2-下模具；3-辊轧前的管坯料；4-辊轧后的管坯料；5-机架；6-轴承支撑座；7-驱动缸；8-第一滚动轴；9-第二滚动轴；
46.10-第一主动轴；11-第二主动轴；111-滑动槽；112-弹性组件；1121-第一固定件；1122-第二固定件；1123-弹性件；113-连杆；12-第一齿条；13-第二齿条。
具体实施方式
47.以下结合具体实施例对一种复杂型面管材的加工成型方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
48.实施例1
49.本发明的一个具体实施例，公开了一种复杂型面管材的加工成型方法，如图13所示，具体步骤包括：
50.步骤1：将辊轧前的管坯料3进行预处理，使其处于能够辊轧成型的状态。
51.步骤2：上拉上模具1。
52.步骤21：如图1-图4所示，驱动驱动缸7，使轴承支座6上行。
53.驱动驱动缸7，轴承支座6在驱动缸7的驱动下，轴承支座6通过第一滚动轴8带动上模具1同步上行，使得上模具1远离下模具2运动，直到上模具1和下模具2之间的距离大于辊轧前的管坯料3的直径，使得上模具1和下模具2之间能够放置辊轧前的管坯料3。
54.步骤22：第一滚动轴8带动第一主动轴10同步上行运动。
55.第一滚动轴8通过与起啮合的第一齿条12带动第一主动轴10同步上行运动，使得第一主动轴10在滑动槽111中滑动上行。
56.步骤221：弹性组件112做功。
57.本发明的一个实施例，如图5所示，第一主动轴10带动弹性组件112中的第一固定件1121上行，使得弹性件1123拉伸。
58.第一主动轴10能够沿着滑动槽111进行限位滑动，在弹性件1123的拉伸下，使得第一主动轴10上的第一固定件1121能够一直处于向下拉伸的状态，以保证齿条11的张紧。
59.步骤222：第一滚动轴8通过连杆13带动第一主动轴10同步上行运动。
60.本发明的另一个实施例，如图6所示，第一滚动轴8和第一主动轴10通过连杆113使得第一滚动轴8和第一主动轴10之间的距离固定，同时通过滑动槽111限制连杆113的倾斜角度，从而使得第一滚动轴8上行时带动第一主动轴10一起同步上行，不发生角度偏转。
61.步骤3：将辊轧前的管坯料3放入上模具1与下模具2之间的空隙内，并下降上模具1。
62.步骤31：驱动驱动缸7，使轴承支座6下行。
63.如图7-图9所示，驱动驱动缸7，轴承支座6在驱动缸7的驱动下，轴承支座6通过第一滚动轴8带动上模具1同步下行，使得上模具1靠近下模具2运动，直到上模具1与下模具2的模具边缘部102相互接触，辊轧前的管坯料3被限制于上模具1与下模具2压制部101内。
64.使得上模具1、下模具2与辊轧前的管坯料3之间为线接触，即采用局部加载原理，在管坯料上连续分步骤加工凹陷结构，降低了大型筒体与模具接触面积，提高了垂直于管材下压方向的流动能力，使得管材更易横向流动，即使用较小载荷渐进式制备出一定型面的管材，对设备吨位要求较低，降低成本并且节约了能耗。
65.步骤32：第一主动轴10复位。
66.第一滚动轴8下行，第一主动轴10同步下行，使第一主动轴10在滑动槽111中滑动下行。
67.步骤321：弹性组件112复位。
68.本发明的一个实施例，第一主动轴10在弹性组件112中的弹性件1123的拉伸下，使得第一主动轴10沿着滑动槽111向下滑动，直至第一齿条12处于张紧状态。
69.步骤322：第一滚动轴8通过连杆13带动第一主动轴10同步下行。
70.本发明的另一个实施例，第一滚动轴8和第一主动轴10通过连杆113使得第一滚动轴8和第一主动轴10之间的距离固定，同时通过滑动槽111限制连杆113的倾斜角度，从而使得第一滚动轴8下行时带动第一主动轴10一起同步下行，不发生角度偏转。
71.步骤4：同时驱动第一主动轴10和第二主动轴11，使上模具1和下模具2旋转。
72.步骤41：第一主动轴10和第二主动轴11反向同速运动。
73.驱动第一驱动电机使第一主动轴10进行旋转运动，从而通过第一齿条12带动第一滚动轴8同步同向旋转，从而使得第一滚动轴8上的上模具1一起进行旋转运动。
74.同时，同步方向驱动第二驱动电机使第二主动轴11进行旋转运动，从而通过第二齿条13带动第二滚动轴9同步同向旋转，从而使得第二滚动轴9上的下模具2一起进行旋转运动。
75.步骤42：上模具1和下模具2滚动，对辊轧前的管坯料3进行辊轧成型。
76.上模具1和下模具2对辊轧前的管坯料3进行辊轧时，通过压制部101的弧形内凹面上的凸起部103对辊轧前的管坯料3的表面进行复杂型面的成型。
77.其中，凸起部103的设置根据目标产物的需求设置有对应的凸起，凸起形状具体尺寸与目标零件的下压深度有关，弧形内凹面至旋转轴中心的距离依据压制完成的管坯料下压位置和深度确定，并根据材料弹性应变引起的回弹给以适当的补偿。
78.步骤5：获得辊轧后的管坯料4，并将其从复杂型面管材成型装置中取出。
79.停止第一驱动电机和第二驱动电机，使上模具1和下模具2停止旋转。
80.驱动驱动缸7，轴承支座6通过第一滚动轴8带动上模具1上行，直至上模具1与下模具2之间的距离大于大辊轧后的管坯料4的直径，取出压制完成的管坯料。完成复杂型面管材的加工成型。
81.使用本实施例的复杂型面管材零件加工成型方法，所成形出的以满足所需复杂型面大直径弯曲管材，从而解决该类金属管材现有成形方法的一致性差、工序复杂等问题，实现复杂构件大直径管材制造的精密成形，满足了轻量化的需求，实现了管材压制的精确控形。该方法比现有传统的加工方法加工效率提高50％，一致性提高100％。
82.步骤6：更换上模具1或/和下模具2，重复步骤1-步骤5进行下一次辊轧成型操作。
83.为了实现上模具1和下模具2的局部快速更换，上模具1和下模具2可以进行局部或整体拆卸，能够快速实现模具的更换。针对不同规格以及不同型面需求的管材变形，只需更换一个或多个受力压块即可，提高了高效率生产方式。此外，对不同区域模具损坏，只需更换受损受力压块即可，从而有效地降低了模具生产成本。
84.步骤61：将上模具1的一个或多个受压块106拆下。
85.将紧固件107从受压块106的连接部1063和支撑柱105的通孔内取出，将受压块106卸下。并根据不同规格以及不同型面需求的管材形变，更换对应的一个或多个受力压块106。
86.该方法不仅提高了生产效率以及作业效率；此外，对不同区域模具损坏，只需更换受损受力压块106即可，有效地降低了模具生产成本以及人工成本。
87.步骤62：将所需的一个或多个受压块106安装于上模具1上。
88.步骤621：受压块106的导向柱1061与相邻受压块106导向槽1062滑动连接。
89.将受压块106安装于上模具上，受压块106的导向柱1061嵌入相邻受压块106的导向槽1062内，导向柱1061与导向槽1062滑动连接。
90.该方法通过导向柱1061和导向槽1062给受压块106的安装起到导向作用，避免安装过程中受压块106偏移导致辊轧型面发生变化。
91.步骤622：将受压块106固定于支撑柱105上。
92.受压块106的连接部1063插入支撑柱105的连接端，并使得连接部1063抵住支撑柱105的限位凸台1051进行限位，紧固件107同时穿入连接部1063和支撑柱105的通孔，将连接部1063和支撑柱105进行紧固。
93.值得说明的是，为了保证每个受压块106连接部1063插入支撑柱105连接端距离保持一致，通过支撑柱105的限位凸台1051进行限位，从而使得受压块106与支撑柱105之间的相对位置保持一致性。
94.安装完成后，相邻两个受压块106能够通过导向柱1061和导向槽1062之间的卡合限位，从而避免辊轧过程中受压块106错位现象的发生。
95.实施例2
96.本发明的一个具体实施例，如图1-图3所示，公开了用于实施例1的复杂型面管材成型装置，包括机架5，以及设置于机架5中的上模具1、第一滚动轴8、下模具2、第二滚动轴9以及驱动组件，上模具1外套于第一滚动轴8上，下模具2外套于第二滚动轴9上，第一滚动轴8和第二滚动轴9转动连接于机架5上，驱动组件能够分别驱动第一滚动轴8和第二滚动轴9反向同频转动，从而带动上模具1与下模具2同步运动。
97.实施时，如图4所示，辊轧前的管坯料3伸入到上模具1和下模具2之间，上模具1与下模具2反向同频运动，在上下模具的滚动带动下，辊轧前的管坯料3前行并通过上下模具的辊轧轧制，获得辊轧后的管坯料4(即目标产物)。
98.如图3所示，竖直驱动模块包括轴承支座6和驱动缸7，驱动缸7上端与机架5的内壁固定连接，下端与轴承支座6连接，轴承支座6设置于第一滚动轴8上。
99.进一步的，第一转动驱动模块包括第一主动轴10、第一驱动电机和第一齿条12，第一齿条12与第一主动轴10和第一滚动轴8啮合。第二转动驱动模块包括第二主动轴11、第二
驱动电机和第二齿条13，第二齿条13与第二主动轴11和第二滚动轴9啮合。
100.为了保证第一齿条12一直处于张紧状态，如图5所示，该装置还包括弹性组件112，设置于滑动槽111下方；弹性组件112包括第一固定件1121、第二固定件1122和弹性件1123。
101.其中，第一固定件1121固定连接于第一主动轴10上，第二固定件1122固定连接于机架5上，弹性件1123的一端与第一固定件1121连接，另一端与第二固定件1122连接，且弹性件1123一直处于拉伸状态。
102.本发明的另一个实施例，如图6所示，还可以包括连杆113。连杆113的一端与第一滚动轴8转动连接，另一端与第一主动轴10转动连接。
103.本实施例的上模具1和下模具2的结构相同，如图7-图8所示，均包括模具压制部101和模具边缘部102。压制部101为一个周向设置有弧形内凹面的柱形结构，其横截面的直径从中间到两端一次增加，两个边缘部102设置于压制部101的两端。
104.其中，上模具1的压制部101为一个周向设置有弧形内凹面的柱形结构，其横截面的直径从中间到两端一次增加。
105.进一步的，如图9所示，压制部101的弧形内凹面上设置有凸起部103，凸起部103包括多个凸起。
106.本发明的另一个具体实施例，上模具1和下模具2设置为能够进行局部拆卸更换的结构。具体的，如图10-图11所示，上模具1与下模具2的结构相同，均包括轮毂104、支撑柱105、受力压块106和紧固件107。支撑柱105设置有多个，多个支撑柱105的一端呈发散性均匀周向固定于轮毂104的外侧壁，另一端通过紧固件107与受力压块106可拆卸连接。
107.其中，多个受压块106拼接能够形成实施例1中的上模具，即受压块106为扇形立体结构，外侧设置有弧形内凹面，其横截面的直径从中间到两端一次增加，且受压块106的弧形内凹面上也设置有凸起部103，凸起部103包括多个凸起。
108.如图12所示，受压块106包括导向柱1061和导向槽1062。导向柱1061设置于受压块106的一侧接触面上，导向槽1062设置于受压块106的另一侧接触面上。
109.进一步的，受压块106还包括连接部1063，连接部1063与支撑柱105可拆卸连接。
110.值得说明的是，受压块106安装过程中，为了保证每个受压块106连接部1063插入支撑柱105连接端距离保持一致，支撑柱105包括限位凸台1051，使得连接部1063插入支撑柱105的时候能够通过限位凸台1051进行限位，从而使得受压块106与支撑柱105之间的相对位置保持一致性，同时方便工作人员作业，提高工作效率。
111.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将辊轧前的管坯料(3)进行预处理，使其处于能够辊轧成型的状态；步骤2：上拉上模具(1)；步骤3：将辊轧前的管坯料(3)放入上模具(1)与下模具(2)之间的空隙内，并下降所述上模具(1)；步骤4：同时驱动第一主动轴(10)和第二主动轴(11)，使上模具(1)和下模具(2)旋转；步骤5：获得辊轧后的管坯料(4)，并将其从复杂型面管材成型装置中取出。2.根据权利要求1所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤2中，驱动驱动缸(7)，使轴承支座(6)上行。3.根据权利要求2所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤2中，第一滚动轴(8)带动第一主动轴(10)同步上行。4.根据权利要求3所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤2中，所述第一滚动轴(8)通过与其啮合的第一齿条(12)带动所述第一主动轴(10)同步上行运动，使所述第一主动轴(10)在滑动槽(111)中滑动上行。5.根据权利要求2所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤2中，所述第一主动轴(10)带动所述弹性组件(112)中的第一固定件(1121)上行，使弹性件(1123)拉伸。6.根据权利要求5所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤2中，所述第一滚动轴(8)通过连杆(13)带动所述第一主动轴(10)同步上行。7.根据权利要求1所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤3中，驱动驱动缸(7)，使轴承支座(6)下行。8.根据权利要求7所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤3中，第一主动轴(10)复位。9.根据权利要求1所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤4中，驱动所述第一主动轴(10)和所述第二主动轴(11)反向同速转动。10.根据权利要求9所述的复杂型面管材的加工成型方法，其特征在于，所述步骤4中，所述上模具(1)和下模具(2)滚动，对所述辊轧前的管坯料(3)进行辊轧成型。

技术总结

本发明涉及一种复杂型面管材的加工成型方法，属于管材成型工艺技术领域，解决现有技术中管材成型过程中成型一致性差、工序复杂且不便于更换模具的问题。一种复杂型面管材的加工成型方法，具体步骤包括：步骤1：将辊轧前的管坯料进行预处理，使其处于能够辊轧成型的状态；步骤2：上拉上模具；步骤3：将辊轧前的管坯料放入上模具与下模具之间的空隙内，并下降所述上模具；步骤4：同时驱动第一主动轴和第二主动轴，使上模具和下模具旋转；步骤5：获得辊轧后的管坯料，并将其从复杂型面管材成型装置中取出。本发明能够连续不断地匀速为管材进行持续性压制，达到连续有序变形，解决了金属管材现有成形方法一致性差、工序复杂等问题。工序复杂等问题。工序复杂等问题。