一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法
【专利摘要】一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。该扁挤压筒由外筒(401)、中筒(402)、软金属层(403)和内筒(404)构成；外筒(401)和中筒(402)采用过盈装配；在内筒(404)与中筒(402)之间包含了一层变厚度的软金属层(403)；两端采用过盈配合将软金属层(403)封闭在密闭的型腔内。其制造方法为：外筒(401)、中筒(402)采用锻造或环轧制坯，大型车床配作加工，并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配；在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层，确保软金属浇铸的致密性；浇铸完成后采用数控机床加工内筒(404)的内部型腔，采用配作加工加工内筒的外径，满足两端密封部位过盈量的要求。本发明提供的扁挤压筒可有效提高整个扁挤压筒寿命。
【专利说明】一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法
【技术领域】
[0001]本项发明属于塑性成型领域，特别涉及一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。
【背景技术】
[0002]随着交通运输业与航天航空业的迅速发展，大型宽幅、薄壁、且具有复杂结构的轻合金型材在轨道车辆、飞机等领域的需求量不断增大。采用扁挤压筒不但可提升宽幅构件挤压工艺和产品质量，也减少了挤压机的吨位。因此，许多研究者提出不同结构的扁挤压筒。
[0003]如图1为现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图，它由外筒101、中筒102、内筒103组成。工作中，在内筒内壁圆弧过渡处，即图中圈出部位，会产生较大的应力集中，造成内筒破坏，大大降低使用寿命。
[0004]如图2为专利ZL01256641.1提出的局部预压力结构扁挤压筒，它由外筒201、中筒202、内筒203组成。其特征是内筒与中筒之间的过盈装配接触面为局部接触，从而减小圆弧过渡处，即图中圈出部位的应力集中；但内筒有一部分与中筒不接触，造成该部位刚度降低，工作时会产生较大的位移，在周期性的加载条件下，很容易引起疲劳破坏，降低使用寿命O
[0005]如图3为专利W02010/145087A1提出的内筒为镶块结构的扁挤压筒，它由外筒301、中筒302、内筒303、上镶块304、下镶块305以及沉头螺栓306组成。上、下镶块由沉头螺栓固定在内筒圆环上，把集中内应力较均匀地传递给内筒圆环，从而降低危险断面的应力峰值；但由于由于加工误差以及高温、高压、高摩擦等的恶劣工作环境，两镶块的会产生间隙，工作是被挤压金属会填满缝隙，损坏镶块及中筒，同时内筒螺纹处也会产生应力集中，在周期性的加载情况下，也较易造成破坏。
[0006]上述扁挤压筒结构都不可避免在过渡圆角处的应力集中；在高温高压服役环境下，内筒平均应力水平已经接近屈服应力，由于应力集成的影响，局部应力很高，易超出许用应力，导致内筒在短时间内开裂。目前，上述扁挤压筒服役寿命难以满足工业需求。
【发明内容】
[0007]本发明专利目的就是克服上述背景中扁挤压筒的应力集中现象，提出一种消除内筒应力集中的扁挤压筒，提高扁挤压筒的寿命。
[0008]本项发明是一种消除内筒应力集中的扁挤压筒及制造方法。本发明所提出的扁挤压筒结构如图4所示。该扁挤压筒由外筒401、中筒402、软金属层403和内筒404构成；夕卜筒401和中筒402采用过盈装配；在内筒404与中筒402之间包含了一层变厚度的软金属层403 ;两端采用过盈配合将软金属层403封闭在密闭的型腔内，如图5所示。
[0009]本发明所提出的扁挤压筒的制造方法为:外筒401、中筒402可采用锻造或环轧制坯，大型车床配作加工，满足过盈量的精度要求，并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配；内筒404也采用锻造或环轧制坯，采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工，保证壁厚满足设计要求；在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层，确保软金属浇铸的致密性；浇铸完成后采用数控机床加工内筒404的内部型腔，采用配作加工加工内筒的外径，满足两端密封部位过盈量的要求。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0011]本发明提供的扁挤压筒，采用变截面的软金属层，在高温环境下具有良好的流动性，当内筒承受挤压载荷时，内筒变形导致软金属层产生静水压力，由于静水压力与内部挤压力平衡，挤压筒内筒的应力集中得到明显消除，其应力水平也大大降低；而中筒402、外筒401在静水压力的作用下，也不会产生应力集中。因此，本发明提供的扁挤压筒可有效提高整个扁挤压筒寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是现有技术中内筒为整体结构的扁挤压筒示意图
[0013]其中:101外筒、102中筒、103内筒
[0014]图2是现有技术中局部预压力结构扁挤压筒示意图
[0015]其中:201外筒、202中筒、203内筒
[0016]图3是现有技术中内筒为镶块结构的扁挤压筒示意图
[0017]其中:.304上镶块、305下镶块、306连接螺钉
[0018]图4是本发明的扁挤压筒实施例示意图
[0019]其中:401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层
[0020]图5是本发明的扁挤压筒端部密封结构1/4模型图
[0021]其中:401外筒、402中筒、403内筒、404软金属层。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更清楚表达，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0023]本发明所提出的扁挤压筒实施例不意图如图4和图5所不。由外筒401、中筒402、软金属层403、内筒构成404 ;外筒401和中筒402采用过盈装配；在内筒404与中筒402之间包含了一层变厚度的软金属层403 ;两端采用过盈配合将软金属层403封闭在密闭的型腔内，如图5中标不部分。
[0024]其制造过程如下:外筒401、中筒402可采用锻造或环轧制坯，大型车床配作加工，满足过盈量的精度要求，并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配；内筒404也采用锻造或环轧制坯，采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工，保证壁厚满足设计要求；在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层，确保软金属浇铸的致密性；浇铸完成后采用数控机床加工内筒404的内部型腔，采用配作加工加工内筒的外径，满足两端密封部位过盈量的要求。
[0025]本发明的扁挤压筒服役在高温环境，在高温下软金属层的屈服应力降低、流动性提高，在工作载荷的作用下产生近似静水压力，在科学合理设计内筒404壁厚和各层筒之间过盈量，可使过渡圆角处的应力集中现象得到消除，可以大大提高扁挤压筒的服役寿命。[0026]需要进一步说明的是，本发明实例提供的扁挤压筒不局限于具体尺寸，以及各层筒和软金属层厚度，不限制具体软金属层材料物理化学特性，可以根据理论研究和实际生产需要进行改变尺寸大小、制造方法和各层金属材料；此外，两端密封形式也可以采用不同结构。
[0027]以上所述，仅是本发明的一个实施例而已，不是对本发明作任何限制。任何熟悉本领域的技术人员，可以根据上述原理，对本发明进行修改、修饰或者结构变化产生等效实例；因此，任何未脱离本发明所采用的原理和技术方案的内筒，均属于本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.一种消除内筒应力集中的组合式扁挤压筒，由外筒(401)、中筒(402)、软金属层(403)、内筒构成(404);其特征是:内筒(404)采用变壁厚扁筒；内筒(404)和中筒(402)之间的型腔中浇铸低熔点的软金属层(403)，两端采用过盈配合将软金属层(403)封闭在密闭的型腔内；外筒和中筒之间采用过盈装配；所有结构参数均可根据理论分析进行优化；在挤压过程中，所采用变截面的软金属层(403)，在高温环境下具有良好的流动性，当内筒承受挤压载荷时，内筒变形导致软金属层产生静水压力，由于静水压力与内部挤压力平衡，挤压筒内筒的应力集中得到明显消除，其应力水平也大大降低；而中筒(402)、外筒(404)在静水压力的作用下，也不会产生应力集中。
2.权利要求1所述的一种消除内筒应力集中的组合式扁挤压筒的制造方法，其特征是:外筒(401)、中筒(402)采用锻造或环轧制坯，大型车床配作加工，满足过盈量的精度要求，并采用热装工艺完成外筒和中筒的装配；内筒(404)采用锻造或环轧制坯，采用数控机床加工对内筒外部轮廓均进行粗加工，保证壁厚满足设计要求；在内筒上步所加工的型腔中浇铸软金属层，确保软金属浇铸的致密性；浇铸完成后采用数控机床加工内筒(404)的内部型腔,采用配作加工加工内筒的外径,满足两端密封部位过盈量的要求。
【文档编号】B21C27/00GK103934299SQ201410184918
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年5月5日 优先权日:2014年5月5日
【发明者】罗远新, 王勇勤, 严兴春, 马玲, 张飞, 刘志芳 申请人:重庆大学