專利名稱：雙面輾壓成形設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
雙面輾壓成形設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種成形設(shè)備，具體是涉及一種雙面輾壓成形設(shè)備一 雙面輾壓成形機(jī)。
背景技術(shù)：
該雙面輾壓成形設(shè)備用于成形各類回轉(zhuǎn)體形零件，特別是盤(pán)形零 件。該設(shè)備的最典形的應(yīng)用是燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤(pán)的成形。渦輪盤(pán)是燃?xì)?輪機(jī)的核心部件，在高溫、高壓環(huán)境下工作，因此對(duì)其微觀組織和機(jī) 械性能有極高要求。傳統(tǒng)的渦輪盤(pán)成形設(shè)備是按照整體鍛造工藝設(shè)計(jì) 的大型壓力機(jī)或鍛錘，這類設(shè)備主要由機(jī)架、可以上下運(yùn)動(dòng)的滑塊、 下工作臺(tái)面、模具和動(dòng)力源組成。上模固定在滑塊下面，下模固定在 工作臺(tái)上。采用整體鍛造工藝工作時(shí)，待成形坯料放在下模型腔中， 動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)滑塊向下運(yùn)動(dòng)使上下模閉合、坯料變形填滿模具型腔，達(dá) 到所要求的形狀。按模具溫度劃分，可分為普通模鍛、熱模鍛、等溫 鍛。當(dāng)前最普及的是普通模鍛，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些廠家開(kāi)始研究和使用熱模鍛工藝；由于等溫鍛模具制造困難和成本過(guò)高，當(dāng)前比較普及的 是鈦合金渦輪盤(pán)等溫鍛，而高溫合金渦輪盤(pán)的等溫鍛只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó) 家使用。上述成形工藝都屬于整體鍛造，其顯著特征是需要大型高強(qiáng)度材 料模具和大噸位壓力機(jī)，所有渦輪盤(pán)的生產(chǎn)批量都很小，所以模具成 本所占比重極高。按傳統(tǒng)方法估算，成形載荷與盤(pán)徑平方成正比，因 此大型渦輪盤(pán)成形載荷隨盤(pán)徑增加急劇上升，并且隨著鍛件精度增高， (預(yù)留機(jī)加工量減小)，所需載荷也急劇增加。例如俄羅斯鍛造直徑 1250mm高溫合金渦輪盤(pán)用7. 5萬(wàn)噸水壓機(jī)，國(guó)內(nèi)雖然用3萬(wàn)噸水壓機(jī) 或100噸米對(duì)擊錘也鍛出了這種渦輪盤(pán)，但是尺寸精度較低，過(guò)量的 機(jī)加工會(huì)降低鍛件的性能。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述大型渦輪盤(pán)成形的技術(shù)困難，本實(shí)用新型提供一種 雙面輾壓成形設(shè)備。使用該設(shè)備成形大型渦輪盤(pán)，坯料形狀簡(jiǎn)單，不 需要模具，成形載荷低，無(wú)盤(pán)件尺寸限制，成形件精度高性能好。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是按照雙面輾壓 局部成形方法進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)制造。具體的技術(shù)措施是該雙面輾壓成形i殳備由機(jī)械、加熱和電控三部分組成。其中機(jī)械 部分包括機(jī)架、拖板、可轉(zhuǎn)動(dòng)主軸、標(biāo)準(zhǔn)形狀輾壓工具以及驅(qū)動(dòng)輾壓 工具進(jìn)給和轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)、絲杠與及絲杠螺母組合，主軸被可轉(zhuǎn)動(dòng)地水 平安裝在機(jī)架上，主軸可以與一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸連接或者不連接；待成 形盤(pán)件固定在主軸上可隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；2對(duì)輾壓工具布置在盤(pán)件兩 側(cè)，每個(gè)輾壓工具軸線都與主軸中心線處于同一個(gè)水平面內(nèi)，與盤(pán)件 表面形成一個(gè)可以調(diào)整的夾角，輾壓工具頭部與盤(pán)件表面接觸，尾部 與電機(jī)軸相連，并被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在一個(gè)可繞其豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平 臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的豎直軸固定在一個(gè)可水平運(yùn)動(dòng)的托板上，該托板通 過(guò)兩組互相垂直的絲杠-絲杠螺母組合固定在機(jī)架上?？拷邪逋饩壍?絲杠一端可以與電機(jī)軸連接也可以與手輪連接，相關(guān)電機(jī)通過(guò)導(dǎo)線與數(shù)控模塊連接，與電機(jī)連接表示輾壓工具進(jìn)給為數(shù)字化控制。與手輪 連接則表示輾壓工具進(jìn)給由人工操作。盤(pán)件同側(cè)的兩個(gè)輾壓工具形狀 尺寸相同，其姿態(tài)和位置關(guān)于主軸中心線對(duì)稱，允許盤(pán)件異側(cè)的兩對(duì) 輾壓工具頭部形狀尺寸不同，與盤(pán)件表面的夾角不同，到主軸中心距離不同。加熱部分用于加熱盤(pán)件使其保持在等溫狀態(tài)，它包括加熱爐、控 溫裝置、隔熱與水冷裝置。加熱爐固定在機(jī)架上，盤(pán)件整體、主軸中 心部位和輾壓工具的頭部在加熱爐內(nèi)。隔熱和水冷裝置安裝在輾壓工 具和主軸的端部附近，控溫裝置與機(jī)架并列放置，通過(guò)導(dǎo)線與加熱爐和爐內(nèi)熱電偶相連。電控部分與機(jī)架、控溫裝置并列放置，電控部分 包括所有電機(jī)的電源供給和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字化控制兩個(gè)模塊，它們通 過(guò)導(dǎo)線與電機(jī)相連，數(shù)控模塊包括設(shè)計(jì)和執(zhí)行數(shù)控代碼的計(jì)算機(jī)專用 軟硬件。上述結(jié)構(gòu)特征使得本實(shí)用新型中的輾壓工具有4個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度 沿互相垂直的兩個(gè)水平方向的平動(dòng)，繞豎直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和繞自身軸線的 轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，當(dāng)輾壓工具頭部壓入盤(pán)件表面一定深度以后的自身轉(zhuǎn)動(dòng) 就能造成盤(pán)件的局部輾壓變形。盤(pán)件的轉(zhuǎn)動(dòng)和輾壓工具的進(jìn)給使盤(pán)件 各個(gè)位置都可達(dá)到預(yù)定的輾壓變形。因此本設(shè)備不需要任何模具而是能。這是本實(shí)用新型與傳統(tǒng)渦輪盤(pán)整體成形設(shè)備的本質(zhì)區(qū)別。與傳統(tǒng) 渦輪盤(pán)件成形設(shè)備相比，本實(shí)用新型的有益效果是(l)成形載荷小用F表示成形載荷，則近似有F-cjs，其中a工 件材料熱變形抗力，s為輾壓工具和工件接觸面積，它與輾壓工具形 狀尺寸和壓下有關(guān)，與工件的大小無(wú)關(guān)。即用較低成形載荷就可以實(shí) 現(xiàn)大直徑盤(pán)件的精密成形。從而大大降低了設(shè)備成本。(2) 這是一種無(wú)模成形設(shè)備，因?yàn)槭∪チ四＞叩募庸ぶ圃?，所以極 大地降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期。(3) 工件形狀沒(méi)有負(fù)角限制可實(shí)現(xiàn)更為精密的成形，不僅提高了材 料利用率，還保證了金屬流線的完整，提高了工件的機(jī)械性能。(4) 這是一種柔性成形工件的幾何形狀和微觀組織性能完全由輾 壓工具的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)軌跡決定，使用系列的標(biāo)準(zhǔn)輾壓工具就可以成形 出各種復(fù)雜形狀零件。(5) 通過(guò)調(diào)整輾壓工具運(yùn)動(dòng)可以靈活地控制工件各部位的應(yīng)變路 徑和應(yīng)變速率，進(jìn)而更有效地控制工件內(nèi)部的孩i觀組織和機(jī)械性能。(6)通過(guò)專用計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)生成輾壓工具姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)控制代碼， 實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜零件塑性體積成形全數(shù)字化控制，不僅降低了成形工藝的 設(shè)計(jì)難度，對(duì)提高產(chǎn)品的尺寸精度和機(jī)械性能具有關(guān)鍵的作用。


以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。 圖1是帶有加熱功能的雙面輾壓等溫成形機(jī)； 圖2是室溫條件下雙面輾壓成形機(jī)；圖中l(wèi).主軸，2.工件，3.輾壓工具，4.電機(jī)，5.手輪，6.絲杠， 7.軸承座，8.旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，9.托板，IO.機(jī)架，ll.加熱爐。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方案l:如圖1所示，該方案是一個(gè)數(shù)控等溫雙面輾壓成形 機(jī)方案，它包括機(jī)械、加熱、電控三部分，圖中未示出電控部分。機(jī) 械部分是本實(shí)用新型核心內(nèi)容，也是成形機(jī)的主體，主軸(l)通過(guò)兩 個(gè)軸承座(7)固定在機(jī)架(10)上，主軸沒(méi)有與任何電機(jī)連接。工件(2)固定在主軸(1)上，與主軸一起被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩對(duì)輾壓工具(3) 對(duì)稱布置在工件兩側(cè)，其軸線與主軸中心線處于同一個(gè)水平面內(nèi)，與 盤(pán)件表面夾角等于輾壓工具頭部的半錐角，輾壓工具(3)頭部與工件(2)接觸，尾部穿過(guò)一軸承座(7)與轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸相連，使得輾壓工 具為主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。此軸承座和電機(jī)固定在一個(gè)可繞其豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn) 平臺(tái)(8)上，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)用于調(diào)整輾壓工具與盤(pán)形工件平面的角度，調(diào) 整范圍為23。 -50° 。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的豎直軸固定在一個(gè)可水平運(yùn)動(dòng)的托 板(9)上，該托板通過(guò)兩組互相垂直的絲杠-絲杠螺母組合固定在機(jī)架 (10)上?？刂仆邪逅竭\(yùn)動(dòng)的絲杠外端可以與驅(qū)動(dòng)輾壓工具進(jìn)給的電 機(jī)連接，也可以與手工操作的手輪(5 )連接，當(dāng)與電機(jī)連接時(shí)，輾壓 工具進(jìn)給處于數(shù)控狀態(tài)，當(dāng)與手輪連接時(shí)則處于人工操作狀態(tài)。盤(pán)件 同側(cè)的兩個(gè)輾壓工具形狀尺寸相同，其姿態(tài)和位置關(guān)于主軸中心線對(duì)稱，允許盤(pán)件異側(cè)的兩對(duì)輾壓工具頭部形狀尺寸不同，與盤(pán)件表面的 夾角不同，到主軸中心距離不同。高溫加熱爐(11)固定在機(jī)架(10)上，工件整體、輾壓工具頭部和主軸中間部分被密封在其中。用于控制和檢測(cè)溫度的熱電偶放在 輪中適當(dāng)位置，控溫裝置與機(jī)架并列放置，圖中未示出。電控部分與機(jī)架、控溫裝置并列放置，圖中未示出。電控部分包 括所有電機(jī)電源供給和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字化控制兩個(gè)模塊，這兩個(gè)模塊 通過(guò)電源線和導(dǎo)線與每個(gè)電機(jī)相連。實(shí)施方案2:該實(shí)施方案與實(shí)施方案1差別僅是主軸一端與一 個(gè)電機(jī)相連，每個(gè)輾壓工具的為尾部穿過(guò)軸承座但不與電機(jī)相連，其 結(jié)果是工件為主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，輾壓工具為被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施方案3:該實(shí)施方案與實(shí)施方案1差別僅是主軸一端與一 個(gè)電機(jī)相連，其效果是工件和輾壓工具均為主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)施方案4:如圖2所示，該方案是一個(gè)室溫條件下的手動(dòng)雙面 輾壓成形機(jī)。它與實(shí)施方案1的差別在于去掉了加熱部分，控制托 板水平運(yùn)動(dòng)的所有絲杠都只與手輪連接。這個(gè)實(shí)施方案用于輾壓成形 模擬試驗(yàn)研究。
權(quán)利要求1.一種雙面輾壓成形設(shè)備，包括機(jī)械、加熱、電控三個(gè)部分，其特征在于，主軸被可轉(zhuǎn)動(dòng)地水平安裝在機(jī)架上，主軸與一個(gè)電機(jī)軸連接或者不連接；待成形盤(pán)件固定在主軸上可隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；2對(duì)輾壓工具布置在盤(pán)件兩側(cè)，每個(gè)輾壓工具軸線都與主軸中心線處于同一個(gè)水平面內(nèi)，與盤(pán)件表面形成一個(gè)可以調(diào)整的夾角，輾壓工具頭部與盤(pán)件表面接觸，尾部與電機(jī)軸相連并被可轉(zhuǎn)動(dòng)地固定在一個(gè)可繞其豎直軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的豎直軸固定在一個(gè)可水平運(yùn)動(dòng)的托板上，該托板通過(guò)兩組互相垂直的絲杠-絲杠螺母組合固定在機(jī)架上，靠近托板外緣的絲杠一端可以與電機(jī)軸連接也可以與手輪連接，相關(guān)電機(jī)通過(guò)導(dǎo)線與數(shù)控模塊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾壓成形設(shè)備，其特征在于，盤(pán)件同側(cè) 的兩個(gè)輾壓工具形狀尺寸相同，其姿態(tài)和位置關(guān)于主軸中心線對(duì)稱。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾壓成形設(shè)備，其特征在于，所述加熱 部分包括 一個(gè)固定在機(jī)架上的高溫加熱爐，所述高溫爐將工件整體、 和兩對(duì)輾壓工具頭部和主軸中部密封在其中，一個(gè)控溫制裝置和多個(gè) 安裝在輾壓工具尾部和主軸端部的隔熱與水冷裝置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾壓成形設(shè)備，其特征在于，所述電控 部分包括所有電機(jī)的電源供給和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字化控制兩個(gè)模塊，它 們通過(guò)導(dǎo)線與電機(jī)相連，數(shù)控模塊包括設(shè)計(jì)和執(zhí)行數(shù)控代碼的計(jì)算機(jī) 專用軟硬件。
專利摘要一種雙面輾壓成形設(shè)備。它包括機(jī)械、加熱、電控三部分。機(jī)械部分包括一個(gè)水平安裝的主軸以及固定在主軸上的盤(pán)形工件，2對(duì)輾壓工具對(duì)稱或不對(duì)稱地布置在盤(pán)件兩側(cè)，每個(gè)輾壓工具軸線都與主軸中心線處于同一個(gè)水平面內(nèi)，與盤(pán)件表面形成一個(gè)夾角，輾壓工具頭部與盤(pán)件表面接觸，尾部與電機(jī)相連，并通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)固定在一個(gè)可水平運(yùn)動(dòng)的托板上，該托板通過(guò)兩組互相垂直的絲杠固定在機(jī)架上，絲杠外端與電機(jī)或手輪連接。加熱部分包括加熱爐、控溫裝置、隔熱與水冷裝置。電控部分包括電機(jī)電源的供給和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字化控制兩個(gè)模塊。使用該成形設(shè)備可以在無(wú)模、等溫條件下實(shí)現(xiàn)大直徑、高性能、復(fù)雜形狀盤(pán)形工件的數(shù)控成形。
文檔編號(hào)B21H1/00GK201172095SQ200720195059
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者劉曉飛, 彤 李, 金泉林 申請(qǐng)人:機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心