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1、(10)申请公布号 CN 102198466 A (43)申请公布日 2011.09.28 CN 102198466 A *CN102198466A* (21)申请号 201110100947.6 (22)申请日 2011.04.21 B21D 22/14(2006.01) (71)申请人 胡景春 地址 163316 黑龙江省大庆市发区出口加工 区大庆中旋科技有限公司转 (72)发明人 胡景春 (74)专利代理机构 大庆市远东专利商标事务所 23202 代理人 马洪发 (54) 发明名称 封头无胎冷旋压一步成形的装置及方法 (57) 摘要 本发明的涉及封头无胎冷旋压一步成形的装 置及方法。 旋。
2、压装置， 是由主轴、 液压顶紧轴、 旋压 辊、 成型辊和圆弧调节臂构成。主轴的下端支撑 于机座上、 上端动配合装有托盘， 主轴与驱动马达 相机械联接， 与主轴同轴心的上方的机架顶梁上 垂向设有液压顶紧轴， 在液压顶紧轴与主轴的托 盘之间轴线夹紧圆板坯料。在机架侧柱的上部联 接旋压辊横向液压臂、 其上端与旋压辊纵向液压 臂的尾端呈折角相固定联接， 旋压辊纵向液压臂 的下端动配合联接了旋压辊 ； 在机架侧柱的中部 联接了成型辊液压臂、 其顶端动配合联接了成型 辊， 圆弧调节臂的下端与主轴的根部机座动配合 联接、 上端通过由驱动马达驱动的位移机构与成 型辊液压臂相铰接。本发明能使变形状态大为改 善，。
3、 增强板坯支承， 抑制了折皱向板坯中心伸展， 并为最终消除折皱起到了极为重要作用。在相互 变形力作用下， 弹性变形量大为减小， 而塑形变形 量增加， 使总的旋压道次减少。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 CN 102198470 A1/1 页 2 1. 封头无胎冷旋压一步成形的装置， 是由主轴 （1） 、 液压顶紧轴 （2） 、 旋压辊 （3） 、 成型 辊 （4） 、 圆弧调节臂 （5） 构成， 其特征在于主轴 （1） 的下端支撑于机座 （6） 上、 上端动配合装 有托盘 （7） ， 主轴 。
4、（1） 与驱动马达 （8） 相机械联接， 与主轴 （1） 同轴心的上方的机架顶梁 （9） 上垂向设有液压顶紧轴 （2） ， 在液压顶紧轴 （2） 与主轴 （1） 的托盘 （7） 之间轴线夹紧圆板坯 料 （10） ； 在机架侧柱的上部联接旋压辊横向液压臂 （12） 、 其上端与旋压辊纵向液压臂 （13） 的尾端呈折角相固定联接， 旋压辊纵向液压臂 （13） 的下端动配合联接了旋压辊 （3） ； 在机架 侧柱 （11） 的中部联接了成型辊液压臂 （14） 、 其顶端动配合联接了成型辊 （4） ， 圆弧调节臂 （5） 的下端与主轴 （1） 的根部机座 （6） 动配合联接、 上端通过由驱动马达 （15。
5、） 驱动的位移 机构 （16） 与成型辊液压臂 （14） 相铰接。 2. 如权利要求 1 所述的封头无胎一步成形的装置， 其特征在于成形辊 （4） 的形状与大 小、 圆弧调节臂 （5） 和成型辊液压臂 （14） 的移动铰接的位置均与圆板坯料 （10） 工件的加工 尺寸相关联。 3. 封头无胎冷旋压一步成形的方法， 是通过下列过程实现的， 圆板坯料 （10） 由液压顶 紧轴 （2） 和主轴 （1） 的托盘 （7） 同轴心定位夹持， 由主轴 （1） 下部的马达 （8） 驱动主轴 （1） ， 带动板坯旋转 ； 旋压辊 （3） 在液压臂的施压下与成型辊 （4） 保持一定的间隙和错位距， 并按 加工封头。
6、要求的弧面曲线轨迹由内向外边缘运行 ； 进行逐道次地前述运行， 并同步地与主 轴升降的贴膜调节， 即可使圆板坯料 （10） 成型为封头。 权 利 要 求 书 CN 102198466 A CN 102198470 A1/5 页 3 封头无胎冷旋压一步成形的装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及旋压装置， 尤其是涉及到一种封头无胎冷旋压一步成形的装置及方 法。 背景技术 0002 目前国内旋压设备研发较以前有了较大进步， 但高精度数控旋压设备， 特别是能 加工封头类回转体零件的大型数控旋压机在国内尚属空白。 然而国内军工、 风机、 化工设备 制造业以及出口加工企业大量零部件需进行高精度的旋压。
7、加工， 且现有的数控旋压机均为 两步实现成型， 其过程为先在压鼓机上压鼓预成形， 然后在翻边机上翻边， 需要二台设备， 并且工序繁杂， 效率低。 发明内容 0003 本发明旨在于克服现有技术的不足， 提供了一种封头无胎冷旋压一步成形的装置 及方法。 0004 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的装置， 是由主轴、 液压顶紧轴、 旋压辊、 成型 辊和圆弧调节臂构成。 主轴的下端支撑于机座上、 上端动配合装有托盘， 主轴与驱动马达相 机械联接， 与主轴同轴心的上方的机架顶梁上垂向设有液压顶紧轴， 在液压顶紧轴与主轴 的托盘之间轴线夹紧圆板坯料。在机架侧柱的上部联接旋压辊横向液压臂、 其上端与旋压 辊纵。
8、向液压臂的尾端呈折角相固定联接， 旋压辊纵向液压臂的下端动配合联接了旋压辊 ； 在机架侧柱的中部联接了成型辊液压臂、 其顶端动配合联接了成型辊， 圆弧调节臂的下端 与主轴的根部机座动配合联接、 上端通过由驱动马达驱动的位移机构与成型辊液压臂相铰 接。 0005 作为本发明的进一步改进， 所述的成形辊的形状与大小、 圆弧调节臂和成型辊液 压臂的移动铰接的位置均与圆板坯料工件的加工尺寸相关联。 0006 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的方法， 是将圆板坯料由液压顶紧轴和主轴的 托盘同轴心定位夹持， 由主轴下部的马达驱动主轴， 带动板坯旋转 ； 旋压辊在液压臂的施压 下与成型辊保持一定的间隙和错位距。
9、， 并按加工封头要求的弧面曲线轨迹由内向外边缘运 行 ； 进行逐道次地前述运行， 并同步地与主轴升降的贴膜调节， 即可使圆板坯料成型为封 头。 0007 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的装置， 具有如下优点 ： 一、 使变形状态大为改 善， 增强板坯支承， 抑制了折皱向板坯中心伸展， 并为最终消除折皱起到了极为重要作用。 二、 在相互变形力作用下， 弹性变形量大为减小， 而塑形变形量增加， 使总的旋压道次减少。 三、 由于旋制过程中恰当地调节主轴下降值， 使曲率增大， 旋后的实际封头形状精度更加接 近标准封头形状精度。四、 成型辊采用伺服阀控制， 保证与旋压辊在板坯接触点的速度同 步。五、 旋。
10、压过程中不使得板料失稳起皱。 说 明 书 CN 102198466 A CN 102198470 A2/5 页 4 附图说明 0008 说明书附图是本发明封头无胎冷旋压一步成形的装置的结构示意图。 具体实施方式 0009 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的装置， 是由主轴 1、 液压顶紧轴 2、 旋压辊 3、 成型辊 4、 圆弧调节臂 5 构成。主轴 1 的下端支撑于机座 6 上、 上端动配合装有托盘 7， 主轴 1 与驱动马达 8 相机械联接， 与主轴 1 同轴心的上方的机架顶梁 9 上垂向设有液压顶紧轴 2， 在液压顶紧轴 2 与主轴 1 的托盘 7 之间轴线夹紧圆板坯料 10 ； 在机架侧。
11、柱的上部联接旋 压辊横向液压臂 12、 其上端与旋压辊纵向液压臂 13 的尾端呈折角相固定联接， 旋压辊纵向 液压臂13的下端动配合联接了旋压辊3 ； 在机架侧柱11的中部联接了成型辊液压臂14、 其 顶端动配合联接了成型辊 4， 圆弧调节臂 5 的下端与主轴 1 的根部机座 6 动配合联接、 上端 通过由驱动马达 15 驱动的位移机构 16 与成型辊液压臂 14 相铰接。 0010 成形辊 4 的形状与大小、 圆弧调节臂 5 和成型辊液压臂 14 的移动铰接的位置均与 圆板坯料 10 工件的加工尺寸相关联。 0011 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的方法， 是在上述的封头无胎一步成型装置上 。
12、通过下列过程实现的， 圆板坯料 10 由液压顶紧轴 2 和主轴 1 的托盘 7 同轴心定位夹持， 由 主轴 1 下部的马达 8 驱动主轴 1， 带动板坯旋转 ； 旋压辊 3 在液压臂的施压下与成型辊 4 保 持一定的间隙和错位距， 并按加工封头要求的弧面曲线轨迹由内向外边缘运行 ； 进行逐道 次地前述运行， 并同步地与主轴升降的贴膜调节， 即可使圆板坯料 10 成型为封头。 0012 本发明的封头无胎冷旋压一步成形的装置的工作原理 ； 圆形板坯由液压顶紧轴和 主轴托盘同轴心定位夹持， 由主轴下部的马达驱动主轴， 带动板坯旋转 ； 旋压辊在液压臂的 施压下与成型辊保持一定的间隙和错位距， 并按加。
13、工封头要求的弧面曲线轨迹由内向外边 缘运行 ； 如此进行几个道次的运行， 并同步地与主轴升降的贴膜调节， 即可使圆形板坯成形 为封头。更换成型辊并调整圆弧机构中心支撑点的位置， 可旋压不同尺寸的封头。 0013 旋压辊的横向运动和纵向运动， 以及成型辊的摆动均采用了液压伺服系统， 以保 证在微型计算机的控制下， 实现各种封头曲线的旋压加工。 0014 下面， 根据旋压机的结构特点， 按照各种封头的曲线建立数学模型， 具体如下。 0015 一、 坐标系及参数 ： 成型辊坐标系 XOY 旋压辊坐标系 X1O1Y1 旋压 r 坐标系 Xn On Yn D封头直径 t封头壁厚 m封头形状系数 R封头大。
14、圆弧半径 R=mD 0旋压初始角 Z主轴检测圈数 V成型辊进给量 / 主轴每转 旋压转角变量 =ZV/2R*360 说 明 书 CN 102198466 A CN 102198470 A3/5 页 5 CO2到 O 点的距离 C=OO2 aA 点到 B 点的距离 a=AB bB 点到 O2点的距离 b= O2B AO2B 三角块到 O2角 =AO2B 0B 点的旋压初始角 0 =0+ d成形辊油缸支点 O3到 O 点的距离 d=OO3 l成形辊油缸伸缩变量 e旋压辊相对成形辊的错距 k修正值 旋 r 时转角变量 = ZV/2rn*360 n旋 r 成形次数。 0016 二、 旋 R 时运动轨迹。
15、 1、 成型辊 ： XOY 坐标系 伸缩量 l: l=lB-l=f1(z) l=(d-XB)2+YB1/2 =d-bsin( 0 + ZV/2R*360) 2+C+bcos( 0 + ZV/2R*360) 21/2 l B=(d-bsin0 ) 2+ (C+bcos 0 ) 21/2 2、 旋压辊 ： X1O1Y1坐标系 X1A1 =（XA1-XO1） cos15 -（YA1-YO1） sin15 =f2(z) Y1A1 =（XA1-XO1） sin15 -（YA1-YO1） cos15 =f3(z) A 点为 X1O1Y1坐标系原点， 即 O1点。 0017 O1点在 XOY 坐标系中的坐标。
16、值为 XO1=Rsin0 YO1=Rcos0+C A 点为 XOY 坐标系中 XA1=(R+t+k)sin0+e*360/2(R+t)+ YA1=(R+t+k)cos0+e*360/2(R+t)+ +C。 0018 三、 旋 r 时运动轨迹 分 n 次旋压 n=1,2,3 每次成型辊位置角度为 2n=21， 22， 23 1、 成型辊位置 ： XOY 坐标系 l=lB-l2n=f1 (z) L2n=(d-XB)2+YB1/2 =d-bsin(0 +2n)2+C+bcos(0 + 2n)21/2 YB=C+bcos(0 + 2n) XB=bsin(0 +2n) 2、 旋压辊运动轨迹 旋压辊 ： 。
17、X1O1Y1坐标系中 X1A2 =（XA2 -XO1） cos15 -（YA2 -YO1） sin15 =f2 (z) Y1A2 =（XA2 -XO1） sin15 -（YA2 -YO1） cos15 =f3 (z) 说 明 书 CN 102198466 A CN 102198470 A4/5 页 6 A2 点为 XOY 坐标系中 XA2 =(R+t+k)sin(0+2n ) YA2 =(R+t+k)cos(0+2n )+C 注 :a,b 尺寸按成型辊调整机构计算。 0019 四、 主轴升降 主轴下降 值， 设定 M1M0M2三点仍近似一个圆。 0020 M1（x1,y1） =M1（0,bg-。
18、） 取 M0（x0,y0） =M0（0.41Dg， 1-（0.41） 2D g 1/2） 为封头成形后大 R 和小 r 的相切点。 0021 则 M2（x2,y2） =M2(0.41Dg+S,Dg-（0.41Dg+S） 21/2) 因为封头直径 Dg， 错位距 S， 在给定不同的 值即可得出因主轴下降 值后引起大 R 和小r相切处的大R的曲率K ； 考虑回弹理论计算曲率K1， 旋制后实际测量曲率K2和标准封 头此处曲率 K0=4.167*10-4 的比较。 0022 当 =0 时， K=K0， 随 增加 K 相应地增加， 这事由于 K 增加， 克服回弹的影响， 使 封头得以改善。 0023 五。
19、、 错位距 错位距根据材质和板厚规格进行确定。一般多按板厚 （36） S0来选取。 （S0为板坯实 测厚度） 。当板坯材料厚度大和强度高时， 错位距取较大值 ； 反之取较小值。 0024 六、 辊隙 其值可按下式计算 ： S=S0-K（f1+f2+f3+f4） 式中 S实际给定的辊隙值， mm S0实测板坯的厚度值， mm f1上下梁受力后的弹性变形量， mm（f1按旋压各点的弹性变形的平均值 f平均 进行计算， 即 f1=f平均 为 R,r 修正系数， 一般取 0.751） f2旋压辊机构受力后的弹性变形量， mm（f2按旋压各点的弹性变形的平均值 f平均 进行计算， 即 f2= f平均 为。
20、悬伸长度修正系数， 一般取 1.01.35 ） f3成型辊机构受力后的弹性变形量， mm（计算时按简单梁计） f4圆弧机构受力弹性变形量， mm（计算时按抱杆弹性变形量计） K考虑板厚、 材质不同的修正系数， K=1.01.50（板坯厚、 材料强度高、 硬度高， 取较大值 ； 反之取较小值） 。 0025 七、 旋压力 如果 S=A.（A 为塑性变形的宽度） 则 PX=2dt2 若考虑材料在旋压过程中到的加工硬化， 可将 换成真实应力 S。那么上式为 ： PX=2dt2S。 0026 八、 道次 基本参数 Dg=R ； r=0.15D。大 R 部需要 12 道次 ； 小 r 部需要 35 道次。
21、。 0027 九、 板坯的下料 1、 蝶形封头的数学表达式 ： 说 明 书 CN 102198466 A CN 102198470 A5/5 页 7 Dd=C1DgDg/(Dg-2.2h） 21/3 2、 椭圆封头的数学表达式 ： DT=C2DgDg/(Dg-2.0h） 21/3 式中 Dg封头公称直径 h封头直边长度 C1 蝶 形 封 头 修 正 系 数 ； 对 于 A3,20g 取 C1=1.137 ； 16MR， 1Cr18Ni9Ti, 取 C1=1.1415 C2 椭 圆 封 头 修 正 系 数 ； 对 于 A3,20g 取 C1=1.1573 ； 16MR， 1Cr18Ni9Ti, 取 C1=1.164。 说 明 书 CN 102198466 A CN 102198470 A1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102198466 A 。