一种带有内螺旋曲面的细长筒零件扭转成形法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及材料加工领域，特别是一种带有内螺旋曲面筒形零件的塑性成形方 法。
【背景技术】：
[0002] 在装备制造领域，如图1所示的带有内螺旋曲面的细长筒形零件具有特殊的加工 难度。从技术原理来说，这种带有内螺旋曲面零件的加工技术大致可以分为两大类。
[0003] 其一是机械加工法，主要包括数控切削、数控镗削、数控刨削、拉削加工等等。机械 加工法的共同缺点是加工效率非常低下，而且仅适用于加工内孔直径大、长度较小且切削 量也小的工件。而对于诸如螺杆栗定子等细长型、切削量大的内螺旋筒形零件，无论采用何 种机械加工方法，都需要特殊的细长刀杆，这种刀杆刚性差，稳定性不好，加工过程易产生 振动，加工精度无法保证，甚至使得加工工艺无法实现。
[0004] 其二是电解加工方法。电解加工方案来源于军工企业制造枪炮膛线的加工。电解 加工可以获得较高的加工精度和较好的表面质量。电解加工过程中"刀具"和工件不接触， 不存在机械切削力，不会产生残余应力和变形，能以简单的进给运动一次加工出复杂的型 腔、型面和型孔。但电解属于耗能高而效率低的加工技术，加工一个通常规格的螺杆栗内螺 旋定子套，即便采用上万安培的电解加工设备，也需要耗时30-40多小时，因此该项技术不 易得到市场推广。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是提供一种降低生产成本，提高生产效率的带有内螺旋面的细长 筒零件扭转成形法。
[0006] 本发明是通过以下步骤的实现的：
[0007] (1)制坯:通过挤压加工将厚壁圆截面管材制成异形截面的直筒形坯料，与产品内 螺旋曲面对应的坯料部位，用挤压加工制出与坯料轴线平行的凸筋，如图2所示。制出的坯 料的截面形状与产成品的截面相适应，带有凸筋的截面为异型截面；
[0008] (2)加热:对步骤（1)制成的坯料，采用感应加热的方法，分段加热到所用材料的温 成形温度或热成形温度，被加热段的外壁与内部温度应一致，每次坯料加热长度为坯料外 径的2-3倍；
[0009] (3)扭转:在专用扭转成形机上对异形截面直长筒形坯料的被加热段进行扭转操 作，被加热段坯料上的凸筋扭转成为内螺旋曲面，在扭转过程中，需使同一横截面上的各几 何元素的角位移具有相同的数值，精确控制扭转角的大小，即可获得所需尺寸的内螺旋曲 面的螺旋角，螺旋角是指圆柱面上螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐 角，螺旋角与变形区长度及扭转角之间的关系满足下式：
[0011 ]式中，β一一内螺旋曲面的螺旋升角；
[0012] Η--坯料上每个扭转工步沿轴向的变形区长度；
[0013] Θ一一每个扭转工步所需要的扭转角(弧度）；
[0014] d一一为螺内螺旋曲面中径(mm);
[0015] (4)依次重复步骤(2)和步骤(3)，直到全部坯料成形完毕；
[0016] (5)精整:在挤压制坯及扭转工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得 加工的内螺旋曲面满足设计要求，结合产成品的精度要求，确定是否需要此精整工序。
[0017] 本发明的有益效果在于:可以大大降低带有内螺旋曲面的细长筒形件电解加工法 及机械加工法的生产成本，提高其生产效率，为具有上述结构特征的产品制造提供一个更 经济、更有效的生产方法。
【附图说明】
[0018] 图1为带有内螺旋曲面的细长筒形件剖面图；
[0019] 图2为挤压加工后带有凸筋的毛坯剖面图矩；
[0020] 图3为本发明实施例1中的截面尺寸示意图；
[0021 ]图4为本发明实施例2中的截面尺寸示意图。
【具体实施方式】 [0022] 实施例1
[0023]某油田6头螺杆栗定子有效长度为3150mm，螺旋角为38°，截面尺寸如图3所示，材 料为42CrMo合金钢，本案例是通过以下步骤实现的：
[0024] (1)制坯:通过挤压加工将有效长度为3150mm的6头螺杆栗定子制成异性截面的直 筒形坯料，与产品内螺旋曲面对应的坯料部位，制出与坯料轴线平行的凸筋，制出的坯料的 截面形状与产品的截面相适应；
[0025] (2)加热:对步骤(1)制成的坯料，采用感应加热的方法，分段加热到所用材料的热 成形温度1000°-1200°，被加热段的外壁与内部温度应一致，每次坯料加热长度不少于 350mm；
[0026] (3)扭转:在专用扭转成形机上对异形截面直长筒形坯料的被加热段进行扭转操 作，被加热段坯料上的凸筋扭转成为内螺旋曲，扭转角度按照下式计算：
[0028]式中，β为内螺旋曲面的螺旋角，β为46°，H为坯料上每个扭转工步沿轴向的变形区 长度，Η为350mm，d为螺内螺旋曲面中径，d为142mm，得到每个扭转工步所需要的扭转角Θ为 3.88 弧度（222.24°);
[0029] (4)依次重复9次步骤(2)和步骤(3)，完成该螺杆栗定子内螺旋曲面的成形。
[0030] 实施例2
[0031]油田用某型号4头螺杆栗定子有效长度为3840mm，螺旋角为46°，截面尺寸如图4所 示，材料为42Crito合金钢。本案例是通过以下步骤的实现的：
[0032] (1)制坯:通过挤压加工将有效长度为3840mm直筒形坯料，在与产品内螺旋曲面对 应的坯料部位，制出与坯料轴线平行的凸筋，制出的坯料的截面形状与产品的截面相适应；
[0033] (2)加热:对步骤（1)制成的坯料，采用感应加热的方法，分段加热到1000° -1200°， 被加热段的外壁与内部温度应一致，每次坯料加热长度为坯料外径的320mm;
[0034] (3)扭转:在扭转成形机上对异形截面直长筒形坯料的被加热段进行扭转操作，被 加热段坯料上的凸筋扭转成为内螺旋曲面，扭转角按照下式计算：
[0036]式中，β为内螺旋曲面的螺旋角，β为46°，H为坯料上每个扭转工步沿轴向的变形区 长度，Η为320mm，d为螺内螺旋曲面中径，d为122mm，得到每个扭转工步所需要的扭转角Θ为 5.43 弧度（311.24°);
[0037] (4)依次重复12次步骤(2)和步骤(3)完成该螺杆栗定子内螺旋曲面的成形。
【主权项】
1. 一种带有内螺旋曲面的细长筒零件扭转成形法，其特征在于:本发明是通过以下步 骤的实现：（1)制坯:通过挤压加工将厚壁圆截面管材制成异形截面的直筒形坯料，与产成 品内螺旋曲面对应的坯料部位，用挤压加工制出与坯料轴线平行的凸筋，如图2所示，制出 的坯料的截面形状与产成品的截面相适应，带有凸筋的截面为异型截面；（2)加热:对步骤 (1)制成的坯料，采用感应加热的方法，分段加热到所用材料的温成形温度或热成形温度， 被加热段的外壁与内部温度应一致，每次坯料加热长度为坯料外径的2-3倍；（3)扭转:在专 用扭转成形机上对异形截面直长筒形坯料的被加热段进行扭转操作，被加热段坯料上的凸 筋扭转成为内螺旋曲面，在扭转过程中，需使同一横截面上的各几何元素的角位移具有相 同的数值，精确控制扭转角的大小，即可获得所需尺寸的内螺旋曲面的螺旋角，螺旋角是指 圆柱面上螺旋线的切线与通过切点的圆柱面直母线之间所夹的锐角，螺旋角与变形区长度 及扭转角之间的关系满足下式：式中，β-一内螺旋曲面的螺旋升角； Η一一坯料上每个扭转工步沿轴向的变形区长度； Θ-一每个扭转工步所需要的扭转角(弧度）； d--为螺内螺旋曲面中径(mm); (4)依次重复步骤(2)和步骤(3)，直到全部坯料成形完毕；（5)精整:在挤压制坯及扭转 工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得加工的内螺旋曲面满足设计要求，结合 产成品的精度要求，确定是否需要此精整工序。
【专利摘要】一种带有内螺旋面的细长筒零件扭转成形法，(1)制坯：通过挤压加工将厚壁圆截面管材制成异形截面的直筒形坯料；(2)加热：对步骤(1)制成的坯料，采用感应加热的方法，分段加热到所用材料的温成形温度或热成形温度，(3)扭转：在专用扭转成形机上对异形截面直长筒形坯料的被加热段进行扭转操作，被加热段坯料上的凸筋扭转成为内螺旋曲面；(4)依次重复步骤(2)和步骤(3)，直到全部坯料成形完毕；(5)精整：在挤压制坯及扭转工步后，采用微量塑性加工或者微量切削加工，使得加工的内螺旋曲面满足设计要求，结合产成品的精度要求，确定是否需要此精整工序。本发明大大降低成本，提高其生产效率。
【IPC分类】B21D11/14, B21D37/16
【公开号】CN105710180
【申请号】CN201610255091
【发明人】李纬民, 唐景林, 黄谢
【申请人】燕山大学