圓筒或圓錐筒加強(qiáng)筋成形方法與加工技巧

沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所 史獻(xiàn)營(yíng)

分析幾類圓筒與圓錐類筒加強(qiáng)筋的成形難點(diǎn)及易出現(xiàn)問題，介紹了圓筒與圓錐筒加強(qiáng)筋的成形及加工方法，對(duì)加工中設(shè)備選用、工裝設(shè)計(jì)原則做了重點(diǎn)敘述，對(duì)各類圓筒與圓錐筒加強(qiáng)筋的加工具有普遍的借鑒作用。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)件有很多薄壁圓筒或圓錐筒形零件，為增強(qiáng)圓筒強(qiáng)度，需在圓筒或圓錐筒上用電阻焊焊上加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋直徑一般在400～1100mm之間，厚度為0.8～2mm，大多數(shù)加強(qiáng)筋根據(jù)試驗(yàn)條件選用材料是高溫合金、不銹鋼或低碳鋼板，加強(qiáng)筋材料塑性較好有利于加強(qiáng)筋成形。加強(qiáng)筋形狀與尺寸各不相同，加工方法也各有不同，不同加工方法對(duì)加強(qiáng)筋的成形質(zhì)量、加工效率、加工成本有不同影響。

1. 加強(qiáng)筋類型

圓筒與圓錐筒加強(qiáng)筋的截面類型一般有圓形與方形，如圖1所示。有時(shí)為增加強(qiáng)度設(shè)計(jì)成雙圓形或雙方形加強(qiáng)筋，如圖1a、圖1d所示。直徑尺寸是加強(qiáng)筋的重要尺寸，加強(qiáng)筋徑向深度根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算給出，一般在25mm以內(nèi)。加強(qiáng)筋所用板材有20鋼、1Cr18Ni9Ti、 06Cr19Ni10、高溫合金等，其塑性一般都較好，易于成形。高溫合金板材強(qiáng)度較高，但塑性也較好，一般高溫合金加強(qiáng)筋板料厚度為1～1.5mm。

圖 1

2. 圓筒圓錐筒加強(qiáng)筋成形

圓筒與圓錐筒加強(qiáng)筋的成形都要設(shè)計(jì)工裝，加工中避免加強(qiáng)筋起皺或裂紋。圓筒或圓錐筒加強(qiáng)筋一般有4種成形方法：①在圓周向分成3段或4段，設(shè)計(jì)模具壓形，焊接成圓校形后再機(jī)加工完成，成本高，需設(shè)計(jì)模具且模具較大，適用大批量生產(chǎn)。②脹形分為機(jī)械脹形與液壓脹形，無論是機(jī)械脹形或液壓脹形都要設(shè)計(jì)較復(fù)雜成形模具，同樣適用于大批量生產(chǎn)，且有些加強(qiáng)筋材料強(qiáng)度高或板料較厚液壓脹形難于實(shí)現(xiàn)。③用專用旋壓機(jī)床設(shè)計(jì)模具旋壓成形，此種成形方法質(zhì)量較差，成本高。④在非對(duì)稱三輥彎曲機(jī)上滾壓彎曲成形，要設(shè)計(jì)滾輪，成本低，易于實(shí)現(xiàn)，且圓筒、圓錐筒加強(qiáng)筋一般為單件生產(chǎn)，單件生產(chǎn)加強(qiáng)筋特別適合彎曲滾壓成形。

（1）截面為方形圓筒加強(qiáng)筋成形方法 截面為方形圓筒加強(qiáng)筋，如圖1b加工工序?yàn)椋合抡归_料→預(yù)成形→滾成圓形→切斷→焊接成圓→校形→脹形→車。計(jì)算展開料，折彎?rùn)C(jī)預(yù)成形按圖1b截面尺寸成形，54mm尺寸成形為64mm。根據(jù)加強(qiáng)筋圖1b的截面形狀設(shè)計(jì)滾輪，如圖2所示。在三輥彎曲機(jī)上滾成圓的直徑大約是850mm+0.4mm +0.2mm。然后用脹胎、脹環(huán)脹形如圖3所示。脹胎作用：①加強(qiáng)筋脹到尺寸F850mm＋0.4mm＋0.2mm。②方便加工。最后在立車上加工軸向尺寸54mm。脹胎是通用工具，鈑金加工中經(jīng)常要用，一般鈑金廠有幾種規(guī)格的脹胎備用。脹胎一般用鑄鐵制造，為兩半圓合成整圓結(jié)構(gòu)，中間用有左右螺紋絲桿聯(lián)接。

（2）截面為圓形圓筒加強(qiáng)筋的成形方法 截面為圓形圓筒加強(qiáng)筋如圖4a所示，加工工序?yàn)椋赫归_下料→折彎?rùn)C(jī)預(yù)成形→滾壓截面→滾成圓形→切斷→焊接成圓→校形→脹形→車。

圖 2

圖 3

這種加強(qiáng)筋的展開料計(jì)算，與截面為方形圓筒加強(qiáng)筋相同。圖4a加強(qiáng)筋軸向展開為85mm加10mm后為95mm。關(guān)鍵是折彎?rùn)C(jī)預(yù)成形設(shè)計(jì)，折彎預(yù)成形原則是有利于圖4a加強(qiáng)筋成形，根據(jù)多年加工經(jīng)驗(yàn)折彎?rùn)C(jī)預(yù)成形如圖4b的形狀較好，圖4b截面涂黑部分展開長(zhǎng)度要等于或小于加強(qiáng)筋圖4a涂黑部分展開長(zhǎng)度，圖4b截面涂黑部分90o角設(shè)計(jì)完全是為了方便成形，圖4a加強(qiáng)筋預(yù)成形角度一般在90o～60o之間，小于90o會(huì)更好，如果設(shè)計(jì)到為0o，那么與加強(qiáng)筋圖4a就完全一樣了，但是在折彎?rùn)C(jī)上成形需要特殊設(shè)計(jì)上壓刃與下型槽?？傊?，圖4b截面形狀是根據(jù)加強(qiáng)筋截面形狀與折彎?rùn)C(jī)壓刃情況決定，預(yù)成形截面一定要有利于滾壓成加強(qiáng)筋截面。

用三輥彎曲機(jī)滾壓成加強(qiáng)筋截面形狀，如圖5所示，上面可調(diào)滾輪是正對(duì)下面主動(dòng)滾輪，它們是成形主體。此時(shí)下面可調(diào)滾輪只起導(dǎo)向作用。上下滾輪設(shè)計(jì)時(shí)，滾輪形狀與加強(qiáng)筋的截面形狀相同。滾完加強(qiáng)筋截面形狀之后，再調(diào)節(jié)彎曲機(jī)下面的可調(diào)滾輪，滾壓成圓直徑尺寸大約為850mm。之后加工方法與截面方形圓筒加強(qiáng)筋相同。

圖 4

圖 5

圖 6

圖 7

（3）截面方形或圓形錐筒加強(qiáng)筋的成形方法 截面方形或圓形錐筒加強(qiáng)筋如圖7所示，加工工序?yàn)椋赫归_下料→滾成圓→焊接成圓→打平焊縫與基面一平→預(yù)滾壓成形→熱處理→再次滾壓成形→截取圓周長(zhǎng)度→焊成加強(qiáng)筋直徑圓→校形→用脹胎脹環(huán)脹形→車。此類加強(qiáng)筋成形關(guān)鍵是滾壓成形，因?yàn)榧訌?qiáng)筋是錐面形，不能用折彎?rùn)C(jī)預(yù)成形方法。如果直接滾壓加強(qiáng)筋由于圓錐兩端線速度不同會(huì)造成跑偏扭曲，解決辦法是對(duì)稱滾形，兩件加強(qiáng)筋一次滾壓成形。加強(qiáng)筋圖6a、圖6b按圖7b、圖7a形式加工，兩件加強(qiáng)筋中間留有6～10mm余量，同時(shí)加強(qiáng)筋軸向兩端也各留有5～10mm余量，軸向展開尺寸按圖7展開，周向展開按加強(qiáng)筋的最大直徑尺寸展開。以加強(qiáng)筋圖6a為例，軸向展開按圖7b長(zhǎng)度是222mm（中性層展開），周向展開長(zhǎng)度如圖6a用F728.53mm展開，F(xiàn)728.53×π，展開料尺寸為2288mm×222mm。按工序滾成F728.53mm×222mm圓筒；之后焊接成圓并打磨焊縫與基面一平。進(jìn)行滾壓成形工序，一般情況下要設(shè)計(jì)2套滾輪進(jìn)行2次滾壓，在完成第一次預(yù)滾壓后對(duì)半成品加強(qiáng)筋進(jìn)行退火處理，之后進(jìn)行第二次滾壓成形。滾壓方式如圖8所示，加強(qiáng)筋截面形狀是靠上面主動(dòng)滾輪與下面可調(diào)主動(dòng)滾輪成形的，滾壓時(shí)彎曲機(jī)轉(zhuǎn)速要調(diào)整到最低轉(zhuǎn)速或手工點(diǎn)動(dòng)。滾壓時(shí)在加強(qiáng)筋與滾輪上涂上潤(rùn)滑油，一般情況下加強(qiáng)筋滾動(dòng)一圈，可調(diào)滾輪要向下調(diào)整0.5～1.5mm，加強(qiáng)筋滾動(dòng)速度在1～1.5r/min，且彎曲機(jī)在滾壓過程中加強(qiáng)筋每滾壓3～5圈后要停止?jié)L壓，查看加強(qiáng)筋滾壓情況后繼續(xù)滾壓，直至滾壓成形為滾輪設(shè)計(jì)的滾壓形狀，完成滾壓的標(biāo)志是可調(diào)主動(dòng)滾輪已不能繼續(xù)往下調(diào)整，在滾壓過程中可調(diào)從動(dòng)滾輪只起輔助成形與導(dǎo)向作用。

3. 滾輪與脹環(huán)的設(shè)計(jì)

圓筒與圓錐加強(qiáng)筋的滾輪可以設(shè)計(jì)為1～2套，根據(jù)加強(qiáng)筋截面形狀決定。第一次滾壓滾輪設(shè)計(jì)原則是為第二次順利滾壓出加強(qiáng)筋截面形狀創(chuàng)造有利條件。第二次滾壓設(shè)計(jì)的滾輪形狀應(yīng)完全與加強(qiáng)筋的截面形狀相同。對(duì)于圓錐筒加強(qiáng)筋要設(shè)計(jì)成對(duì)稱形狀，圖9是為加強(qiáng)筋圖6a設(shè)計(jì)的預(yù)成形圖，它是第一套滾輪設(shè)計(jì)的依據(jù)。圖10a為第一次滾壓設(shè)計(jì)的滾輪。

圖 8

圖 9

圖 10

4. 結(jié)語

圓筒與圓錐筒加強(qiáng)筋成形的難點(diǎn)是：加強(qiáng)筋形狀尺寸多，加工批量小，需要設(shè)計(jì)工裝成形。用模具壓形、脹形，設(shè)計(jì)加工成本很高，加工周期長(zhǎng)。采用在非對(duì)稱三輥彎曲機(jī)上滾壓成形的方法，通過設(shè)計(jì)合適的滾輪進(jìn)行一兩次滾壓，各類型加強(qiáng)筋都可以加工出來，且成本低，加工周期短，加工質(zhì)量能得到保證，非常適合于單件小批量生產(chǎn)。