一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒及制造方法
【專利摘要】一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒及制造方法。該扁擠壓筒由外筒(401)、中筒(402)、軟金屬層(403)和內(nèi)筒(404)構(gòu)成；外筒(401)和中筒(402)采用過盈裝配；在內(nèi)筒(404)與中筒(402)之間包含了一層變厚度的軟金屬層(403)；兩端采用過盈配合將軟金屬層(403)封閉在密閉的型腔內(nèi)。其制造方法為：外筒(401)、中筒(402)采用鍛造或環(huán)軋制坯，大型車床配作加工，并采用熱裝工藝完成外筒和中筒的裝配；在內(nèi)筒上步所加工的型腔中澆鑄軟金屬層，確保軟金屬澆鑄的致密性；澆鑄完成后采用數(shù)控機床加工內(nèi)筒(404)的內(nèi)部型腔，采用配作加工加工內(nèi)筒的外徑，滿足兩端密封部位過盈量的要求。本發(fā)明提供的扁擠壓筒可有效提高整個扁擠壓筒壽命。
【專利說明】一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本項發(fā)明屬于塑性成型領(lǐng)域，特別涉及一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著交通運輸業(yè)與航天航空業(yè)的迅速發(fā)展，大型寬幅、薄壁、且具有復雜結(jié)構(gòu)的輕合金型材在軌道車輛、飛機等領(lǐng)域的需求量不斷增大。采用扁擠壓筒不但可提升寬幅構(gòu)件擠壓工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，也減少了擠壓機的噸位。因此，許多研究者提出不同結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒。
[0003]如圖1為現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)筒為整體結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒示意圖，它由外筒101、中筒102、內(nèi)筒103組成。工作中，在內(nèi)筒內(nèi)壁圓弧過渡處，即圖中圈出部位，會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，造成內(nèi)筒破壞，大大降低使用壽命。
[0004]如圖2為專利ZL01256641.1提出的局部預壓力結(jié)構(gòu)扁擠壓筒，它由外筒201、中筒202、內(nèi)筒203組成。其特征是內(nèi)筒與中筒之間的過盈裝配接觸面為局部接觸，從而減小圓弧過渡處，即圖中圈出部位的應(yīng)力集中；但內(nèi)筒有一部分與中筒不接觸，造成該部位剛度降低，工作時會產(chǎn)生較大的位移，在周期性的加載條件下，很容易引起疲勞破壞，降低使用壽命O
[0005]如圖3為專利W02010/145087A1提出的內(nèi)筒為鑲塊結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒，它由外筒301、中筒302、內(nèi)筒303、上鑲塊304、下鑲塊305以及沉頭螺栓306組成。上、下鑲塊由沉頭螺栓固定在內(nèi)筒圓環(huán)上，把集中內(nèi)應(yīng)力較均勻地傳遞給內(nèi)筒圓環(huán)，從而降低危險斷面的應(yīng)力峰值；但由于由于加工誤差以及高溫、高壓、高摩擦等的惡劣工作環(huán)境，兩鑲塊的會產(chǎn)生間隙，工作是被擠壓金屬會填滿縫隙，損壞鑲塊及中筒，同時內(nèi)筒螺紋處也會產(chǎn)生應(yīng)力集中，在周期性的加載情況下，也較易造成破壞。
[0006]上述扁擠壓筒結(jié)構(gòu)都不可避免在過渡圓角處的應(yīng)力集中；在高溫高壓服役環(huán)境下，內(nèi)筒平均應(yīng)力水平已經(jīng)接近屈服應(yīng)力，由于應(yīng)力集成的影響，局部應(yīng)力很高，易超出許用應(yīng)力，導致內(nèi)筒在短時間內(nèi)開裂。目前，上述扁擠壓筒服役壽命難以滿足工業(yè)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明專利目的就是克服上述背景中扁擠壓筒的應(yīng)力集中現(xiàn)象，提出一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒，提高扁擠壓筒的壽命。
[0008]本項發(fā)明是一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的扁擠壓筒及制造方法。本發(fā)明所提出的扁擠壓筒結(jié)構(gòu)如圖4所示。該扁擠壓筒由外筒401、中筒402、軟金屬層403和內(nèi)筒404構(gòu)成；夕卜筒401和中筒402采用過盈裝配；在內(nèi)筒404與中筒402之間包含了一層變厚度的軟金屬層403 ;兩端采用過盈配合將軟金屬層403封閉在密閉的型腔內(nèi)，如圖5所示。
[0009]本發(fā)明所提出的扁擠壓筒的制造方法為:外筒401、中筒402可采用鍛造或環(huán)軋制坯，大型車床配作加工，滿足過盈量的精度要求，并采用熱裝工藝完成外筒和中筒的裝配；內(nèi)筒404也采用鍛造或環(huán)軋制坯，采用數(shù)控機床加工對內(nèi)筒外部輪廓均進行粗加工，保證壁厚滿足設(shè)計要求；在內(nèi)筒上步所加工的型腔中澆鑄軟金屬層，確保軟金屬澆鑄的致密性；澆鑄完成后采用數(shù)控機床加工內(nèi)筒404的內(nèi)部型腔，采用配作加工加工內(nèi)筒的外徑，滿足兩端密封部位過盈量的要求。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0011]本發(fā)明提供的扁擠壓筒，采用變截面的軟金屬層，在高溫環(huán)境下具有良好的流動性，當內(nèi)筒承受擠壓載荷時，內(nèi)筒變形導致軟金屬層產(chǎn)生靜水壓力，由于靜水壓力與內(nèi)部擠壓力平衡，擠壓筒內(nèi)筒的應(yīng)力集中得到明顯消除，其應(yīng)力水平也大大降低；而中筒402、外筒401在靜水壓力的作用下，也不會產(chǎn)生應(yīng)力集中。因此，本發(fā)明提供的扁擠壓筒可有效提高整個扁擠壓筒壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)筒為整體結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒示意圖
[0013]其中:101外筒、102中筒、103內(nèi)筒
[0014]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中局部預壓力結(jié)構(gòu)扁擠壓筒示意圖
[0015]其中:201外筒、202中筒、203內(nèi)筒
[0016]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)筒為鑲塊結(jié)構(gòu)的扁擠壓筒示意圖
[0017]其中:.304上鑲塊、305下鑲塊、306連接螺釘
[0018]圖4是本發(fā)明的扁擠壓筒實施例示意圖
[0019]其中:401外筒、402中筒、403內(nèi)筒、404軟金屬層
[0020]圖5是本發(fā)明的扁擠壓筒端部密封結(jié)構(gòu)1/4模型圖
[0021]其中:401外筒、402中筒、403內(nèi)筒、404軟金屬層。
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更清楚表達，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細說明。
[0023]本發(fā)明所提出的扁擠壓筒實施例不意圖如圖4和圖5所不。由外筒401、中筒402、軟金屬層403、內(nèi)筒構(gòu)成404 ;外筒401和中筒402采用過盈裝配；在內(nèi)筒404與中筒402之間包含了一層變厚度的軟金屬層403 ;兩端采用過盈配合將軟金屬層403封閉在密閉的型腔內(nèi)，如圖5中標不部分。
[0024]其制造過程如下:外筒401、中筒402可采用鍛造或環(huán)軋制坯，大型車床配作加工，滿足過盈量的精度要求，并采用熱裝工藝完成外筒和中筒的裝配；內(nèi)筒404也采用鍛造或環(huán)軋制坯，采用數(shù)控機床加工對內(nèi)筒外部輪廓均進行粗加工，保證壁厚滿足設(shè)計要求；在內(nèi)筒上步所加工的型腔中澆鑄軟金屬層，確保軟金屬澆鑄的致密性；澆鑄完成后采用數(shù)控機床加工內(nèi)筒404的內(nèi)部型腔，采用配作加工加工內(nèi)筒的外徑，滿足兩端密封部位過盈量的要求。
[0025]本發(fā)明的扁擠壓筒服役在高溫環(huán)境，在高溫下軟金屬層的屈服應(yīng)力降低、流動性提高，在工作載荷的作用下產(chǎn)生近似靜水壓力，在科學合理設(shè)計內(nèi)筒404壁厚和各層筒之間過盈量，可使過渡圓角處的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到消除，可以大大提高扁擠壓筒的服役壽命。[0026]需要進一步說明的是，本發(fā)明實例提供的扁擠壓筒不局限于具體尺寸，以及各層筒和軟金屬層厚度，不限制具體軟金屬層材料物理化學特性，可以根據(jù)理論研究和實際生產(chǎn)需要進行改變尺寸大小、制造方法和各層金屬材料；此外，兩端密封形式也可以采用不同結(jié)構(gòu)。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的一個實施例而已，不是對本發(fā)明作任何限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可以根據(jù)上述原理，對本發(fā)明進行修改、修飾或者結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生等效實例；因此，任何未脫離本發(fā)明所采用的原理和技術(shù)方案的內(nèi)筒，均屬于本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的組合式扁擠壓筒，由外筒(401)、中筒(402)、軟金屬層(403)、內(nèi)筒構(gòu)成(404);其特征是:內(nèi)筒(404)采用變壁厚扁筒；內(nèi)筒(404)和中筒(402)之間的型腔中澆鑄低熔點的軟金屬層(403)，兩端采用過盈配合將軟金屬層(403)封閉在密閉的型腔內(nèi)；外筒和中筒之間采用過盈裝配；所有結(jié)構(gòu)參數(shù)均可根據(jù)理論分析進行優(yōu)化；在擠壓過程中，所采用變截面的軟金屬層(403)，在高溫環(huán)境下具有良好的流動性，當內(nèi)筒承受擠壓載荷時，內(nèi)筒變形導致軟金屬層產(chǎn)生靜水壓力，由于靜水壓力與內(nèi)部擠壓力平衡，擠壓筒內(nèi)筒的應(yīng)力集中得到明顯消除，其應(yīng)力水平也大大降低；而中筒(402)、外筒(404)在靜水壓力的作用下，也不會產(chǎn)生應(yīng)力集中。
2.權(quán)利要求1所述的一種消除內(nèi)筒應(yīng)力集中的組合式扁擠壓筒的制造方法，其特征是:外筒(401)、中筒(402)采用鍛造或環(huán)軋制坯，大型車床配作加工，滿足過盈量的精度要求，并采用熱裝工藝完成外筒和中筒的裝配；內(nèi)筒(404)采用鍛造或環(huán)軋制坯，采用數(shù)控機床加工對內(nèi)筒外部輪廓均進行粗加工，保證壁厚滿足設(shè)計要求；在內(nèi)筒上步所加工的型腔中澆鑄軟金屬層，確保軟金屬澆鑄的致密性；澆鑄完成后采用數(shù)控機床加工內(nèi)筒(404)的內(nèi)部型腔,采用配作加工加工內(nèi)筒的外徑,滿足兩端密封部位過盈量的要求。
【文檔編號】B21C27/00GK103934299SQ201410184918
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月5日
【發(fā)明者】羅遠新, 王勇勤, 嚴興春, 馬玲, 張飛, 劉志芳 申請人:重慶大學