一种组合脉冲径向加载连续成形装备系统

本技术涉及自动化锻造，特别涉及一种组合脉冲径向加载连续成形装备系统。

背景技术：

1、径向锻造是实现不同截面形状的长轴类壳体、管材、棒材等构件缩径/缩口成形的重要方法。

2、现行的径向锻造其原理是利用径向锻造锤头模具对坯料进行径向局部加载，随后成形过程中坯料沿轴向进给，局部变形区连续转移，实现构件局部加载整体成形。但现有技术和成形装备存在两大瓶颈问题：一是大尺寸、大长径比等极端复合结构特征的构件成形过程中不同位置的应力/应变状态有所不同，采用单组锤头径向等量加载导致坯料径向应变沿轴向分布差异显著，需采用组合阵列式锤头进行加载。然而常规径向锻造设备不具备组合脉冲径向加载功能，难以对组合锤头协同匹配运动进行精确控制。二是组合脉冲径向加载过程中不同轴向位置工作载荷分布与常规径向锻造相比差异显著，现有的传统装备难以满足使用需求、保证加载精度，难以适用于大尺寸、大长径比、大径厚比、等径/非等径、等壁厚/非等壁厚等复杂结构的构件。

3、因此，亟需开发适用于组合脉冲径向加载的成形装备系统。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种组合脉冲径向加载连续成形装备系统，以解决现有技术中存在的无法自动化地精准锻造出复杂结构，锻造的结构件在不同加载区域存在径向加工不均衡的问题本技术的实施例可以通过以下技术方案实现：

2、一种组合脉冲径向加载连续成形装备系统，包括：

3、送料单元、加载单元、工件载体单元及驱动单元；

4、所述送料单元用于沿轴向持续进给坯料至工件载体单元内；

5、所述工件载体单元用于对加载单元朝向坯料的径向加载路径进行限位；

6、所述加载单元用于对工件载体单元内的坯料进行往复脉冲式径向局部加载，当所述加载单元的各个工作面处于与坯料的径向距离最小的位置时，位于同一级的各个工作面沿周向形成坯料在该处的外形轮廓尺寸；

7、所述驱动单元驱动所述工件载体沿其轴向转动，以带动其内设的所述加载单元各的工作面沿径向往复位移以进行加载。

8、进一步地，所述加载单元包括沿坯料的轴向进给方向依次分布的至少两级锤头组合，其中，每一级锤头组合均包含至少两个沿周向分布并能够沿径向往复运动的锤头，且每个锤头具有朝向坯料轴线的工作面；

9、当任意一级锤头组合所包含的各个锤头处于与坯料轴线的径向距离最小的位置时，其工作面沿周向形成坯料在该级锤头组合处的外形轮廓尺寸。

10、进一步地，各级锤头组合所包含的锤头的数量不等或相等，当各级锤头组合所包含的锤头的数量相等时，任意一级锤头组合所包含的各个锤头的周向分布和与其相邻的锤头组合所包含的各个锤头的周向分布相同或形成交错。

11、进一步地，各级锤头组合所包含的各个锤头的周向分布随级数的增加向同一旋转方向偏转。

12、进一步地，各级锤头组合的所述外形轮廓尺寸的轴向截面沿所述坯料的轴向进给方向连续地或阶梯式地收缩。

13、进一步地，各级锤头组合中的锤头的轴向长度的上限随其工作面的径向尺寸变化率的增加而增大。

14、进一步地，所述锤头沿径向往复运动的距离随其工作面的径向尺寸变化率的增加而减小；

15、和/或所述锤头沿径向往复运动的频率随其工作面的径向尺寸变化率的增加而增加。

16、进一步地，各级锤头组合中的锤头沿径向往复运动的距离和/或频率相同和/或不同。

17、进一步地，所述锤头包括锤头滑块、锤头件、扭簧和垫片，所述锤头件朝向所述环形卡盘的进料孔的一面为工作面，所述锤头滑块背向所述进料孔的一面为驱动面，所述锤头滑块和锤头件通过扭簧沿所述环形卡盘的径向弹性连接，所述垫片设置于所述锤头滑块和所述锤头件的连接面之间。

18、进一步地，所述工件载体单元包括至少两个环形卡盘，相邻的两个环形卡盘沿轴向一体式连接，或沿轴向分体式连接，分体式连接的各个所述环形卡盘沿周向同步地转动，一体式连接的所述环形卡盘用于容置不超过两级锤头组合。

19、进一步地，所述环形卡盘包括进料孔和至少两个引导槽；

20、所述进料孔位于所述环形卡盘的中心轴处，用于容置沿轴向进给的坯料；

21、至少两个的所述引导槽沿所述环形卡盘的周向分布并沿径向贯通其内外壁，各个所述引导槽内分别容置有所述锤头，所述锤头的至少一部分延伸进入所述引导槽，且另一端的至少一部分沿径向突出所述环形卡盘的外壁，并通过弹性复位件与所述环形卡盘连接。

22、进一步地，所述引导槽内设置有滑槽，所述滑槽由第一结构和第二结构构成，所述第二结构连接于所述第一结构的端部，且沿所述环形卡盘的周向向外延伸，所述第一结构容置于所述引导槽内，所述第二结构限位于所述环形卡盘的外壁和所述锤头沿径向突出的部分之间，所述弹性复位件通过所述第二结构与所述锤头连接。

23、进一步地，所述环形卡盘还包括凹槽，所述凹槽沿所述环形卡盘的周向设置于所述环形卡盘的外壁，且与所述引导槽贯通；

24、所述第二结构、所述驱动面的端部均设限位于所述凹槽内，且当所述锤头处于与坯料轴线的径向距离最小的位置时，所述环形卡盘的外壁与所述驱动面平滑过渡。

25、进一步地，每一个凹槽内均至少设置有两个容置盲孔，至少两个的所述容置盲孔设置于所述引导槽的两侧，且一端与所述凹槽贯通，所述弹性复位件容置于所述容置盲孔内。

26、进一步地，所述工件载体单元还包括至少一个滚柱式驱动装置，所述滚柱式驱动装置2包覆于所述环形卡盘的外部，且所述滚柱式驱动装置的各个滚柱与所述环形卡盘的外壁接触，并与所述锤头沿径向突出的部分接触，所述环形卡盘与所述滚柱式驱动装置相对转动，进而带动所述锤头于所述引导槽沿径向位移；

27、所述驱动单元与所述环形卡盘或所述滚柱式驱动装置连接，所述驱动单元用于驱动所述环形卡盘与所述滚柱式驱动装置中的各个滚柱进行周向的相对运动。

28、进一步地，所述锤头沿径向突出所述环形卡盘外壁的一端设置有驱动面，所述驱动面背向所述工作面，且呈顶中部高、两端低的弧面设置，所述驱动面与所述滚柱式驱动装置中的滚柱相配合。

29、进一步地，所述滚柱式驱动装置与各级所述锤头组合对应地设置，且每个滚柱式驱动装置的滚柱的直径或者数量由其对应的锤头组合中各个工作面的径向尺寸变化率确定，通过调节每个滚柱式驱动装置的滚柱的直径或者数量，进而调节各个工作面的径向加载量。

30、进一步地，还包括芯棒单元，所述送料单元、所述芯棒单元分别设置于所述工件载体单元的两端，且与所述工件载体单元同轴向设置，所述芯棒单元夹持的芯棒抵靠于坯料朝向其给进方向的端面。

31、进一步地，坯料的外形轮廓尺寸范围为ф10～ф500mm，轴向长度最大为3m，成形后构件的形状包括等径/变径的回转体/非回转体。

32、本技术的实施例提供的一种组合脉冲径向加载连续成形装备系统至少具有以下有益效果：

33、装备系统包括驱动单元、加载单元、工件载体单元、送料单元、芯棒单元、加热模块。主要功能为驱动径向加载单元中的轴向分级的锤头组合，对坯料进行脉冲径向局部加载成形，加载过程中坯料沿轴向连续进给，实现高效高性能缩口/缩径成形。其中，驱动单元可控制径向加载单元转速，基于多组并列滚柱式驱动装置的结构设计，可调节不同轴向位置处锤头组合的加载频率、工作行程；送料单元提供坯料径向夹紧力和轴向进给力，芯棒用于约束构件内孔的形状尺寸。本发明可适用于各种等径/非等径、等壁厚/非等壁厚、对称/非对称截面形状的管件、壳体或棒材。

34、本技术可改变壳体减径增厚变形模式，使坯料变形区最大压应力方向从轴向变为径向，有效抑制失稳起皱缺陷，同时离散控制壳体结构的整体加载变形成形过程(即传统整体式加载过程中坯料由于结构差异大导致各部分变形不协调，通过局部小变形量加载均匀累积，可以把传统的整体加载变形均匀离散)，促进均匀变形，可显著提高壳体成形性，尤其对大尺寸、大长径比、大径厚比、变径/变壁厚等复杂结构的壳体有显著优势。

35、在此基础上，通过使用沿轴向连续设置的至少两级锤头组合中的各个锤头对所述持续进给中的坯料进行脉冲式径向局部加载，结合各个锤头工作面的轴向/周向分布(轴向宽度/间距、周向分布/角度关系等)协同优化，分级调控不同变形位置的径向加载量及加载频率，可以精准控制局部稳定成形及变形区连续转移，实现壳体整体连续成形。