一種帶有內(nèi)螺旋曲面的細長筒零件扭轉(zhuǎn)成形法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及材料加工領(lǐng)域，特別是一種帶有內(nèi)螺旋曲面筒形零件的塑性成形方 法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在裝備制造領(lǐng)域，如圖1所示的帶有內(nèi)螺旋曲面的細長筒形零件具有特殊的加工 難度。從技術(shù)原理來說，這種帶有內(nèi)螺旋曲面零件的加工技術(shù)大致可以分為兩大類。
[0003] 其一是機械加工法，主要包括數(shù)控切削、數(shù)控鏜削、數(shù)控刨削、拉削加工等等。機械 加工法的共同缺點是加工效率非常低下，而且僅適用于加工內(nèi)孔直徑大、長度較小且切削 量也小的工件。而對于諸如螺桿栗定子等細長型、切削量大的內(nèi)螺旋筒形零件，無論采用何 種機械加工方法，都需要特殊的細長刀桿，這種刀桿剛性差，穩(wěn)定性不好，加工過程易產(chǎn)生 振動，加工精度無法保證，甚至使得加工工藝無法實現(xiàn)。
[0004] 其二是電解加工方法。電解加工方案來源于軍工企業(yè)制造槍炮膛線的加工。電解 加工可以獲得較高的加工精度和較好的表面質(zhì)量。電解加工過程中"刀具"和工件不接觸， 不存在機械切削力，不會產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，能以簡單的進給運動一次加工出復(fù)雜的型 腔、型面和型孔。但電解屬于耗能高而效率低的加工技術(shù)，加工一個通常規(guī)格的螺桿栗內(nèi)螺 旋定子套，即便采用上萬安培的電解加工設(shè)備，也需要耗時30-40多小時，因此該項技術(shù)不 易得到市場推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是提供一種降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率的帶有內(nèi)螺旋面的細長 筒零件扭轉(zhuǎn)成形法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下步驟的實現(xiàn)的：
[0007] (1)制坯:通過擠壓加工將厚壁圓截面管材制成異形截面的直筒形坯料，與產(chǎn)品內(nèi) 螺旋曲面對應(yīng)的坯料部位，用擠壓加工制出與坯料軸線平行的凸筋，如圖2所示。制出的坯 料的截面形狀與產(chǎn)成品的截面相適應(yīng)，帶有凸筋的截面為異型截面；
[0008] (2)加熱:對步驟（1)制成的坯料，采用感應(yīng)加熱的方法，分段加熱到所用材料的溫 成形溫度或熱成形溫度，被加熱段的外壁與內(nèi)部溫度應(yīng)一致，每次坯料加熱長度為坯料外 徑的2-3倍；
[0009] (3)扭轉(zhuǎn):在專用扭轉(zhuǎn)成形機上對異形截面直長筒形坯料的被加熱段進行扭轉(zhuǎn)操 作，被加熱段坯料上的凸筋扭轉(zhuǎn)成為內(nèi)螺旋曲面，在扭轉(zhuǎn)過程中，需使同一橫截面上的各幾 何元素的角位移具有相同的數(shù)值，精確控制扭轉(zhuǎn)角的大小，即可獲得所需尺寸的內(nèi)螺旋曲 面的螺旋角，螺旋角是指圓柱面上螺旋線的切線與通過切點的圓柱面直母線之間所夾的銳 角，螺旋角與變形區(qū)長度及扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系滿足下式：

[0011 ]式中，β一一內(nèi)螺旋曲面的螺旋升角；
[0012] Η--坯料上每個扭轉(zhuǎn)工步沿軸向的變形區(qū)長度；
[0013] Θ一一每個扭轉(zhuǎn)工步所需要的扭轉(zhuǎn)角(弧度）；
[0014] d一一為螺內(nèi)螺旋曲面中徑(mm);
[0015] (4)依次重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，直到全部坯料成形完畢；
[0016] (5)精整:在擠壓制坯及扭轉(zhuǎn)工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得 加工的內(nèi)螺旋曲面滿足設(shè)計要求，結(jié)合產(chǎn)成品的精度要求，確定是否需要此精整工序。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于:可以大大降低帶有內(nèi)螺旋曲面的細長筒形件電解加工法 及機械加工法的生產(chǎn)成本，提高其生產(chǎn)效率，為具有上述結(jié)構(gòu)特征的產(chǎn)品制造提供一個更 經(jīng)濟、更有效的生產(chǎn)方法。
【附圖說明】
[0018] 圖1為帶有內(nèi)螺旋曲面的細長筒形件剖面圖；
[0019] 圖2為擠壓加工后帶有凸筋的毛坯剖面圖矩；
[0020] 圖3為本發(fā)明實施例1中的截面尺寸示意圖；
[0021 ]圖4為本發(fā)明實施例2中的截面尺寸示意圖。
【具體實施方式】 [0022] 實施例1
[0023]某油田6頭螺桿栗定子有效長度為3150mm，螺旋角為38°，截面尺寸如圖3所示，材 料為42CrMo合金鋼，本案例是通過以下步驟實現(xiàn)的：
[0024] (1)制坯:通過擠壓加工將有效長度為3150mm的6頭螺桿栗定子制成異性截面的直 筒形坯料，與產(chǎn)品內(nèi)螺旋曲面對應(yīng)的坯料部位，制出與坯料軸線平行的凸筋，制出的坯料的 截面形狀與產(chǎn)品的截面相適應(yīng)；
[0025] (2)加熱:對步驟(1)制成的坯料，采用感應(yīng)加熱的方法，分段加熱到所用材料的熱 成形溫度1000°-1200°，被加熱段的外壁與內(nèi)部溫度應(yīng)一致，每次坯料加熱長度不少于 350mm；
[0026] (3)扭轉(zhuǎn):在專用扭轉(zhuǎn)成形機上對異形截面直長筒形坯料的被加熱段進行扭轉(zhuǎn)操 作，被加熱段坯料上的凸筋扭轉(zhuǎn)成為內(nèi)螺旋曲，扭轉(zhuǎn)角度按照下式計算：

[0028]式中，β為內(nèi)螺旋曲面的螺旋角，β為46°，H為坯料上每個扭轉(zhuǎn)工步沿軸向的變形區(qū) 長度，Η為350mm，d為螺內(nèi)螺旋曲面中徑，d為142mm，得到每個扭轉(zhuǎn)工步所需要的扭轉(zhuǎn)角Θ為 3.88 弧度（222.24°);
[0029] (4)依次重復(fù)9次步驟(2)和步驟(3)，完成該螺桿栗定子內(nèi)螺旋曲面的成形。
[0030] 實施例2
[0031]油田用某型號4頭螺桿栗定子有效長度為3840mm，螺旋角為46°，截面尺寸如圖4所 示，材料為42Crito合金鋼。本案例是通過以下步驟的實現(xiàn)的：
[0032] (1)制坯:通過擠壓加工將有效長度為3840mm直筒形坯料，在與產(chǎn)品內(nèi)螺旋曲面對 應(yīng)的坯料部位，制出與坯料軸線平行的凸筋，制出的坯料的截面形狀與產(chǎn)品的截面相適應(yīng)；
[0033] (2)加熱:對步驟（1)制成的坯料，采用感應(yīng)加熱的方法，分段加熱到1000° -1200°， 被加熱段的外壁與內(nèi)部溫度應(yīng)一致，每次坯料加熱長度為坯料外徑的320mm;
[0034] (3)扭轉(zhuǎn):在扭轉(zhuǎn)成形機上對異形截面直長筒形坯料的被加熱段進行扭轉(zhuǎn)操作，被 加熱段坯料上的凸筋扭轉(zhuǎn)成為內(nèi)螺旋曲面，扭轉(zhuǎn)角按照下式計算：

[0036]式中，β為內(nèi)螺旋曲面的螺旋角，β為46°，H為坯料上每個扭轉(zhuǎn)工步沿軸向的變形區(qū) 長度，Η為320mm，d為螺內(nèi)螺旋曲面中徑，d為122mm，得到每個扭轉(zhuǎn)工步所需要的扭轉(zhuǎn)角Θ為 5.43 弧度（311.24°);
[0037] (4)依次重復(fù)12次步驟(2)和步驟(3)完成該螺桿栗定子內(nèi)螺旋曲面的成形。
【主權(quán)項】
1. 一種帶有內(nèi)螺旋曲面的細長筒零件扭轉(zhuǎn)成形法，其特征在于:本發(fā)明是通過以下步 驟的實現(xiàn)：（1)制坯:通過擠壓加工將厚壁圓截面管材制成異形截面的直筒形坯料，與產(chǎn)成 品內(nèi)螺旋曲面對應(yīng)的坯料部位，用擠壓加工制出與坯料軸線平行的凸筋，如圖2所示，制出 的坯料的截面形狀與產(chǎn)成品的截面相適應(yīng)，帶有凸筋的截面為異型截面；（2)加熱:對步驟 (1)制成的坯料，采用感應(yīng)加熱的方法，分段加熱到所用材料的溫成形溫度或熱成形溫度， 被加熱段的外壁與內(nèi)部溫度應(yīng)一致，每次坯料加熱長度為坯料外徑的2-3倍；（3)扭轉(zhuǎn):在專 用扭轉(zhuǎn)成形機上對異形截面直長筒形坯料的被加熱段進行扭轉(zhuǎn)操作，被加熱段坯料上的凸 筋扭轉(zhuǎn)成為內(nèi)螺旋曲面，在扭轉(zhuǎn)過程中，需使同一橫截面上的各幾何元素的角位移具有相 同的數(shù)值，精確控制扭轉(zhuǎn)角的大小，即可獲得所需尺寸的內(nèi)螺旋曲面的螺旋角，螺旋角是指 圓柱面上螺旋線的切線與通過切點的圓柱面直母線之間所夾的銳角，螺旋角與變形區(qū)長度 及扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系滿足下式：式中，β-一內(nèi)螺旋曲面的螺旋升角； Η一一坯料上每個扭轉(zhuǎn)工步沿軸向的變形區(qū)長度； Θ-一每個扭轉(zhuǎn)工步所需要的扭轉(zhuǎn)角(弧度）； d--為螺內(nèi)螺旋曲面中徑(mm); (4)依次重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，直到全部坯料成形完畢；（5)精整:在擠壓制坯及扭轉(zhuǎn) 工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得加工的內(nèi)螺旋曲面滿足設(shè)計要求，結(jié)合 產(chǎn)成品的精度要求，確定是否需要此精整工序。
【專利摘要】一種帶有內(nèi)螺旋面的細長筒零件扭轉(zhuǎn)成形法，(1)制坯：通過擠壓加工將厚壁圓截面管材制成異形截面的直筒形坯料；(2)加熱：對步驟(1)制成的坯料，采用感應(yīng)加熱的方法，分段加熱到所用材料的溫成形溫度或熱成形溫度，(3)扭轉(zhuǎn)：在專用扭轉(zhuǎn)成形機上對異形截面直長筒形坯料的被加熱段進行扭轉(zhuǎn)操作，被加熱段坯料上的凸筋扭轉(zhuǎn)成為內(nèi)螺旋曲面；(4)依次重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，直到全部坯料成形完畢；(5)精整：在擠壓制坯及扭轉(zhuǎn)工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得加工的內(nèi)螺旋曲面滿足設(shè)計要求，結(jié)合產(chǎn)成品的精度要求，確定是否需要此精整工序。本發(fā)明大大降低成本，提高其生產(chǎn)效率。
【IPC分類】B21D11/14, B21D37/16
【公開號】CN105710180
【申請?zhí)枴緾N201610255091
【發(fā)明人】李緯民, 唐景林, 黃謝
【申請人】燕山大學(xué)