技术领域
[0001] 本
发明涉及金属材料加工成形技术领域，特别涉及一种回转体零件
拉深成形方法及装置。
背景技术
[0002]
压力容器作为承载一定压力的密闭设备，对气密性及耐压性有严格的要求，常见的压力容器包括金属压力容器、非金属压力容器以及金属
内衬复合材料压力容器等。金属内衬复合材料压力容器常见的结构为薄壁回转体，薄壁回转体中的厚壁小体积结构主要采用整体
机械加工半件再
焊接成形的方法，薄壁大体积结构主要采用旋压或者拉深成型再焊接成形的方法。
[0003] 不锈
钢以其优良的抗
腐蚀性能、抗高温
氧化性以及高强度而成为金属内衬的常见材料。但
不锈钢材料
弹性模量较大，旋压成形回弹较大，
精度难以保证，因此不锈钢薄壁大体积回转体零件主要采用拉深成形的方法。由于不锈钢材料硬化指数较高，深拉深过程中不锈钢材料加工硬化严重、塑性降低等现象显著，因此金属内衬复合材料压力容器在拉深过程中极易出现拉裂、起皱以及划伤等
缺陷。
发明内容
[0004] 本发明
实施例通过提供一种回转体零件拉深成形方法及装置，解决了
现有技术中金属薄壁回转体零件在拉深过程中易出现拉裂、起皱以及划伤等缺陷的技术问题，实现了金属薄壁回转体零件的一次性拉深成形，且成形后的金属薄壁回转体零件的合格率高。
[0005] 本发明实施例提供了一种回转体零件拉深成形装置，所述装置用于将坯料加工为所述回转体零件，所述装置包括：上组合模、凸模、凹模、凹模框、下模、导柱、导套、顶杆及顶料板。所述凸模与所述上组合模的下端固定连接，所述凹模设置在所述凹模框内，所述下模设置在所述凹模的下方，所述凹模与所述下模固定连接；所述凹模设置在所述凸模的下方，所述凸模与所述凹模的轴线重合，所述凸模与所述凹模相配合；所述凸模及所述凹模上开设有通气孔，所述通气孔用于在对所述坯料进行拉深时，对所述坯料的上下方进行排气。
[0006] 所述顶杆设置在所述顶料板的上方，所述顶杆的下端与所述顶料板连接，所述顶杆的上端穿过所述下模与所述凹模框固定连接。所述坯料固定在所述凹模框的上端，所述坯料的中心设置在所述凸模及所述凹模的轴线上。
[0007] 所述导套的一端与所述上组合模固定连接，所述导柱的一端与所述下模固定连接，所述导柱的另一端穿插在所述导套的另一端内，所述导柱能够在所述导套内滑动，实现所述凸模与所述凹模合模。
[0008] 进一步地，所述凸模及所述凹模的
热处理硬度大于HRC60。
[0009] 进一步地，所述凸模与所述凹模合模后，所述凸模与所述凹模之间的最小间隙为kδ+δmax，所述δ为所述坯料的公称厚度，所述δmax为所述坯料的最大厚度，所述k为所述坯料的间隙系数。
[0010] 进一步地，所述凸模及所述凹模表面进行
抛光处理。
[0011] 本发明实施例还提供了一种回转体零件拉深成形方法，包括：坯料制作、坯料
定位、坯料拉深、坯料
退火、模具保压及机械加工。
[0012] 所述坯料制作包括：将所述坯料加工成圆形，在所述坯料的外缘上开设止皱缺口。
[0013] 所述坯料定位包括：将所述坯料的外侧限定在凹模框的上端，将所述坯料的中心设置在凸模及凹模的轴线上。
[0014] 所述坯料拉深包括：采用10～15t的顶起力向上顶起顶料板，使上组合模及所述凹模框夹紧所述坯料；采用20～25t的下压力推动所述上组合模向下运动，控制所述上组合模的运动速度为5～10mm/s，对所述坯料进行拉深。每进行一次所述坯料拉深过程将所述坯料拉深30～50mm，每次所述坯料拉深过程结束后，控制所述上组合模抬起，使所述凸模与所述凹模分离，卸载所述下压力，然后对所述坯料进行下一次所述坯料拉深过程。
[0015] 所述坯料退火包括：当所述坯料的拉深高度达到0.5H0时，取出所述坯料并对所述坯料进行退火处理，所述H0为所述回转体零件的设计高度H与所述坯料的直段高度余量h之和。
[0016] 所述模具保压包括：对已完成退火处理的所述坯料再进行所述坯料拉深过程，直至将所述坯料拉深为回转体零件时，控制所述凸模与所述凹模合模，保压2～3min后取出所述回转体零件；经过所述模具保压过程后取出的所述回转体零件具有防皱
法兰边及直段高度余量h。
[0017] 所述机械加工包括：检测所述回转体零件的垂直度及轮廓度，控制所述回转体零件的垂直度及轮廓度小于0.3，采用机械加工的方法去除所述防皱法兰边及所述直段高度余量h。
[0018] 进一步地，所述坯料定位过程中，采用圆柱销对所述坯料进行定位。
[0019] 进一步地，所述坯料制作过程中，控制所述止皱缺口沿所述坯料的外缘均匀分布。
[0020] 进一步地，在所述坯料定位过程前，还包括：涂
润滑剂，在所述凸模及所述凹模的表面均匀涂抹所述润滑剂。
[0021] 进一步地，所述润滑剂为机油或氯化石
蜡油。
[0022] 本发明实施例提供的一种或多种技术方案，至少具备以下有益效果或优点：
[0023] 1、本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凹模设置在凸模的下方，可保证坯料的压边力均匀分布，防止坯料在拉深的过程中起皱。凸模及凹模上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料进行拉深时，对坯料的上下方进行排气，防止拉深过程中气压增大而影响拉深
质量。顶料板不仅是在回转体零件成形时使用，在卸料时相当于卸料装置，用于成形后取出回转体零件。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凸模及凹模的表面进行抛光处理，减小了摩擦阻力，热处理提高了凸模及凹模的
耐磨性。
[0024] 2、本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，将坯料加工成圆形，圆形坯料在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，保证了坯料的周向余量均匀。坯料留有一定的直段高度余量h及压边量，防止拉深过程中边部产生缺陷，保证了回转体零件的成形质量。在坯料的外缘开设止皱缺口，可保证拉深时坯料收缩不干涉，防止
挤压形成褶皱而划伤回转体零件及模具表面。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模抬起，使凸模与凹模分离，卸载下压力，然后进行进行下一次坯料拉升过程，分次进行坯料拉深过程，能够释放坯料在拉深过程中产生的局部
应力及
能量，防止坯料褶皱或拉裂。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，当坯料的拉深高度达到0.5H0时，对坯料进行退火处理，此时退火处理效果最佳，既能满足退火要求，又能满足后续工艺要求。
附图说明
[0025] 图1为本发明实施例提供的回转体零件结构示意图；
[0026] 图2为本发明实施例提供的坯料结构示意图；
[0027] 图3为本发明实施例提供的的回转体零件拉深成形装置结构示意图；
[0028] 图4为本发明实施例提供的顶杆及顶料板结构示意图；
[0029] 图5为本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法
流程图。
具体实施方式
[0030] 本发明实施例通过提供一种回转体零件拉深成形方法及装置，解决了现有技术中金属薄壁回转体零件在拉深过程中易出现拉裂、起皱以及划伤等缺陷的技术问题，实现了金属薄壁回转体零件的一次性拉深成形，且成形后的金属薄壁回转体零件的合格率高。
[0031] 参见图1～图4，本发明实施例提供了一种回转体零件拉深成形装置，该装置用于将坯料2加工为回转体零件1，加工成形的回转体零件1的最薄壁厚要求大于0.8mm。本发明实施例提供的回转体零件拉深装置包括：上组合模4、凸模7、凹模8、凹模框11、下模9、导柱5、导套6、顶杆12及顶料板13。
[0032] 参见图1～图4，坯料2(如不锈钢坯料)在拉深过程中，坯料2与拉深模(包括凸模7及凹模8)之间易产生粘接瘤，因此拉深模需要选择抗粘合性强且耐磨的材料；本发明实施例中，上组合模4、凹模框11及下模9采用普通钢材，凸模7及凹模8采用
合金或Cr12MoV，凸模7及凹模8的表面进行渗氮及抛光处理，且凸模7及凹模8的热处理硬度大于HRC60。
[0033] 参见图1～图4，凸模7与上组合模4的下端固定连接，凹模8设置在凹模框11内，下模9设置在凹模8的下方，凹模8的下端与下模9的上端固定连接，凹模8设置在凸模7的下方，凸模7与凹模8的轴线重合，凸模7与凹模8相配合，凹模8设置在凸模7的下方可保证坯料2的压边力均匀分布，防止坯料2在拉深的过程中起皱。顶杆12设置在顶料板13的上方，顶杆12的下端与顶料板13连接，顶杆12的上端穿过下模9与凹模框11固定连接，顶料板13用于与设置在下端的顶起机构连接。顶料板13向上顶升时，带动顶杆12向上顶升，顶杆12带动凹模框11向上顶升，凹模8固定不动。参见图1～图4，坯料2的外缘通过压边结构固定在凹模框11的上端。坯料2的中心设置在凸模7及凹模8的轴线上。
凸模7及凹模8上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料2进行拉深时，对坯料2的上下方进行排气。导套6的一端与上组合模4固定连接，导柱5的一端与下模9固定连接，导柱5的另一端穿插在导套6的另一端内，导柱5能够在导套6内滑动，实现凸模7与凹模8合模。
凸模7与凹模8合模后，凸模7与凹模8之间的最小间隙为kδ+δmax，其中δ为坯料2的公称厚度，δmax为坯料2的最大厚度，k为坯料2的间隙系数；在
制造过程中以凹模8尺寸为准，减小凸模7尺寸以取得最小间隙。由于不锈钢坯料2的塑性高、弹性模量大，拉深模设计时需要考虑回弹量，回转体零件1的实际直径为 D为回转体零件1的目标直径。
[0034] 参见图1～图5，本发明实施例还提供了一种回转体零件拉深成形方法，包括：坯料制作、坯料定位、坯料拉深、坯料退火、模具保压及机械加工等步骤。
[0035] 步骤10、坯料制作，具体包括：步骤101、将坯料2加工成圆形，控制坯料2的厚度为1.5mm。将坯料2加工为圆形可使坯料2在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，以及保证坯料2的周向余量均匀。为保证回转体零件1的成形质量，坯料2留有一定的直段高度余量h及压边量，直段高度余量h为5～10mm，压边量与所需的压边力相关，压边量的大小为坯料2的直径乘以坯料2的厚度系数K，本发明实施例中，坯料2的厚度为1.5mm，厚度系数K为1.07。步骤102、在坯料2的外缘开设止皱缺口3，且止皱缺口3沿坯料2的外缘均匀分布，止皱缺口3内小外大，内部尖
角采用倒圆角处理。止皱缺口3用于保证拉深时坯料2收缩不干涉，以防挤压形成褶皱而划伤回转体零件1及拉深模表面。
[0036] 步骤20、涂润滑剂，具体为：在凸模7及凹模8的表面均匀涂抹润滑剂。本发明实施例中，润滑剂采用机油或氯化
石蜡油。
[0037] 步骤30、坯料定位，具体为：利用圆柱销对坯料2进行定位，利用压边机构将坯料2的外缘固定在凹模框11的上端，将坯料2的中心设置在凸模7及凹模8的轴线上。
[0038] 步骤40、坯料拉深，具体包括：步骤401、采用10～15t的顶起力向上顶起顶料板13，使上组合模4及凹模框11夹紧坯料2。步骤402、采用20～25t的下压力推动上组合模4向下运动，控制上组合模4的运动速度为5～10mm/s，对坯料2进行拉深。每进行一次坯料拉升过程，将坯料2的高度拉深30～50mm，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模4抬起，使凸模7与凹模8分离，卸载下压力，然后进行下一次坯料拉升过程。
[0039] 步骤50、坯料退火，具体为：当坯料2的拉深高度达到0.5H0时，取出坯料2并对坯料2进行退火处理。其中，H0为回转体零件1的设计高度H与坯料2的直段高度余量h之和；
[0040] 步骤60、模具保压，具体为：对已完成退火处理的坯料2再进行坯料拉深过程，直至将坯料2拉深为回转体零件1时，控制凸模7与凹模8合模后，保压2～3min后取出回转体零件1。经过模具保压过程后取出的回转体零件1具有防皱法兰边及一定的直段高度余量h。
[0041] 步骤70、机械加工，具体为：采用外形检测样板检测回转体零件1的垂直度及轮廓度，控制回转体零件1的垂直度及轮廓度小于0.3，采用机械加工的方法去除防皱法兰边及直段高度余量h。加工时以底面作基准平面，确定回转体零件1的设计高度H，装夹固定后采用线切割去除余量，线切割时高度按照 控制，回转体零件1外形加工到位后用于内衬
对焊。
[0042] 在实施本发明是实施例提供的回转体零件拉深成形方法之前，需要对回转体零件拉深成形装置进行安装以及试运行，保证回转体零件拉深成形装置的正常运行。
[0043] 本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法及装置，至少具备以下有益效果：
[0044] 本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，凹模设置在凸模的下方，可保证坯料的压边力均匀分布，防止坯料在拉深的过程中起皱。凸模及凹模上开设有通气孔，通气孔用于在对坯料进行拉深时，对坯料的上下方进行排气，防止拉深过程中气压增大而影响拉深质量。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形装置，顶料板不仅是在回转体零件成形时使用，在卸料时相当于卸料装置，用于成形后取出回转体零件。凸模及凹模的表面进行抛光处理，减小了摩擦阻力，热处理提高了凸模及凹模的耐磨性。
[0045] 本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，将坯料加工成圆形，圆形坯料在拉深过程中收缩均匀，避免局部起皱，保证了坯料的周向余量均匀。坯料留有一定的直段高度余量h及压边量，防止拉深过程中边部产生缺陷，保证了回转体零件的成形质量。在坯料的外缘开设止皱缺口，可保证拉深时坯料收缩不干涉，防止挤压形成褶皱而划伤回转体零件及模具表面。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，每次坯料拉升过程结束后，控制上组合模抬起，使凸模与凹模分离，卸载下压力，然后进行进行下一次坯料拉升过程，分次进行坯料拉深过程，能够释放坯料在拉深过程中产生的局部应力及能量，防止坯料褶皱或拉裂。本发明实施例提供的回转体零件拉深成形方法，当坯料的拉深高度达到0.5H0时，对坯料进行退火处理，此时退火处理效果最佳，既能满足退火要求，又能满足后续工艺要求。
[0046] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
