薄壁金屬圓筒體的生產設備的製作方法

2023-11-11 06:56:22 2

專利名稱：：薄壁金屬圓筒體的生產設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種薄壁金屬圓筒體的生產設備。
背景技術：
：通常，作為光學膜製造、納米壓印、大小型電子呈像式印表機用、高精度印刷的輥，多使用壁厚為0.030.3mm範圍的聚苯乙烯膜、聚醯亞胺膜製造。此外還有，在鍍鎳中進行電鍍，採用從母體上抽出在圓筒形母體上析出了鎳金屬的電鑄品的鎳電鑄法製作。上述用途的輥，因為在連續進行加熱、加壓、冷卻、剝離等處理的工序中使用，所以希望具有良好的熱傳導性、耐熱性，另外，因作為旋轉體使用，所以還需要出色的疲勞強度、剛性。但是，若採用聚苯乙烯、聚醯亞胺一類的樹脂材料作為輥體時，輥體的熱傳導性差，而採用鎳電鑄產品作為輥體，雖然其熱傳導性出色，但在20(TC以上的溫度下會引起熱脆化。所以在列印設備行業，採用上述兩種材料製成的輥體逐漸退出市場，取而代之的是採用薄壁金屬圓筒體製成的輥體。而對於薄壁金屬圓筒體，傳統的加工設備是採用旋壓加工機，旋壓加工中，把鋁、不鏽鋼、鎳、鈦、銅或不鏽鋼和銅的金屬包層材等作為材料，利用旋壓部件繞芯軸旋轉的同時做軸線移動實現塑性加工，採用這種薄壁金屬圓筒體可製成發揮具有金屬出色的熱摶導性、耐熱性、疲勞強度、剛性的輥。但該加工方式還是存在明顯的缺點，經旋壓加工製得的薄壁金屬圓筒體在其表面上會產生大量的螺旋條紋，嚴重影響薄壁金屬圓筒體的表面平整度，這種質量的產品不符合列印設備極高的表面平整度耍求。而且對於加工厚度只有0.lmm以下的圓筒體而言，加工出的產品的直線度較差，壁厚不均勻。
發明內容本發明的目的是為了克服上述現有技術的缺點，提供一種可生產出高質量薄壁金屬圓筒體的生產設備。為實現上述目的，本發明提供的技術方案為薄壁金屬圓筒體的生產設備，包括有機架，從機架的一端至另一端依次設有芯軸、旋壓部件和捋加工衝模，旋壓部件繞芯軸旋轉，芯軸與旋壓部件和捋加工衝模成滑動配合，芯軸內加工有延伸至芯軸工作端的環回通道，環回通道與冷卻媒質供應裝置連接，捋加工衝模內設置加熱元件。捋加工衝模的入模角度為5度9.5度。對芯軸冷卻溫度控制在_7°C2(TC，對捋加工衝模的加熱溫度控制在70°C200°C。捋加工衝模壓向芯軸的加工速度為101000mm/sec。旋壓部件對應芯軸的外周以120度的間隔配置三個。採用上述技術方案後，先利用旋壓加工生產出薄壁金屬圓筒預製品，再經差溫拉伸捋加工，把薄壁金屬圓筒體表面上的螺旋條紋去掉，同時可以把產品的直線度和壁厚重新修正，差溫拉伸捋加工過程，對芯軸進行冷卻，對捋加工衝模進行加熱，可有效抑制因捋加工而導致的馬氏體相變，提高金屬素材的可塑性。圖1為本發明旋壓加工設備在進行旋壓加工過程的結構示意圖；圖2為本發明旋壓加工設備的捋加工衝模的結構圖；圖3為本發明旋壓加工設備進行完旋壓加工後進行差溫捋加工前的示意圖；圖4為本發明旋壓加工設備進行差溫捋加工時的結構示意圖；圖5為傳統再拉伸捋加工模具的結構圖；圖6為試驗材料SUS304的機械性能與溫度依賴性的關係圖；圖7為溫度與0.2%耐力的各向異性的關係圖；圖8為初級拉伸成形品壁厚測量位置的示意圖；圖9為對應圖4所示測量位置的初級拉伸成形品壁厚分布示意圖；圖10為對應圖4所示測量位置的各樣品加工誘起馬氏體變量的示意圖；圖11為再拉伸率為60%、初級拉伸率分別為2.6禾P2.0的壁厚分布對照圖；圖12為再拉伸率為55%、初級拉伸率分別為2.6禾P2.0的壁厚分布對照圖；圖13為初級拉伸成型品作退火處理後的加工誘起馬氏體相變量示意圖；圖14材料因再拉伸捋加工誘起的馬氏體相變量的示意圖；圖15為高溫範圍內差溫拉深加工溫度與應力的關係圖。具體實施例方式本實施例的薄壁金屬圓筒體的生產設備，包括有垂直放置的機架l，從機架1的上端至下端依次設有芯軸2、旋壓部件3和捋加工衝模4，旋壓部件3繞芯軸2旋轉，旋壓部件3和捋加工衝模4可沿芯軸2軸線成上下滑動，芯軸2內加工有延伸至芯軸工作端21的環回通道5，環回通道5與冷卻媒質供應裝置(圖中沒有表達)連接，捋加工衝模4內設置加熱元件6。如圖2所示，捋加工衝模4的入模角度a為5度9.5度。入模角度a比9.5度大的話，會對薄片圓筒產生過大的剪斷力，並破斷。而入模角度a變小的話，對圓筒軀幹的擠壓力變大，有利於防止薄片圓筒的破斷，但是入模角度a不足5度的話，因為與薄片圓筒接觸面積過大，發生烘烤。並且，垂直在工具機表面的力過剩地起作用，工具機和圓筒體難以分離。甚至發生對捋加工衝模4的圓周方向的彈性膨脹，厚度控制困難。對芯軸2冷卻溫度控制在_7°C20°C，對捋加工衝模4的加熱溫度控制在70°C200°C。旋壓部件3對應芯軸2的外周以120度的間隔配置三個，可平行旋壓部件3在加工過程對芯軸2的壓力，防止芯軸2發生彎曲。注意捋加工衝模4壓向芯軸2的加工速度為101000mm/sec。捋加工厚度為0.lmm以下的不鏽鋼圓筒，成型加工的時候，加工速度在101000mm/sec的範圍內進行較為適合。加工速度超過1000mm/sec的話，供給圓筒表面的潤滑劑十足，容易發生烘烤。另外，加工速度不足10mm/sec的話，由於加工時的工具機的振動的影響，變形不均勻，圓筒的軸4方向的厚度變得不均。具體加工過程是往芯軸2上套上圓筒狀素管7，啟動旋壓部件3使其一邊自轉一邊繞芯軸2公轉，同時驅動旋壓部件3沿芯軸2軸線作上升運動，在這個過程，旋壓部件3對圓筒狀素管7壁體進行旋壓塑性加工，如圖1所示，待旋壓部件3對圓筒狀素管7完全旋壓加工完畢後，旋壓部件3停留在圓筒狀素管7的上方，接著，啟動冷卻媒質供應裝置往芯軸2的環回通道5內注入冷卻媒質，如圖3所示，使芯軸2溫度保持在_7°C20°C，而且一直保持這種狀態，捋加工衝模4內的加熱元件6通電發熱，把捋加工衝模4加熱到70°C200°C，然後驅動捋加工衝模4往上移動，使經旋壓加工後的圓筒狀素管7與芯軸2—起進入捋加工衝模4，實現差溫捋加工，如圖4所示，完成後取出工件，把旋壓部件3和捋加工衝模4下降至原位置。下面通過實驗數據詳細介紹差溫加工技術。連續多級捋加工再拉伸有直接再拉伸和逆向再拉伸兩種，在這裡以直接再拉伸為例作說明，製作如圖5所示的模具，該模具包括有衝頭10、衝模20和壓邊30，衝頭10內設有液冷通道40，而衝模20內設有加熱元件50，模具的芯軸肩部半徑為3mm，衝模肩部半徑為4mm，再拉伸率(再拉伸芯軸直徑/初級芯軸直徑X100)為80、70、65、60、55、50以及45%。再拉伸率表示數值越小，製造又窄又深的管材的成型難度越高。試驗材料試驗材料使用SUS304(標稱板厚0.8mm)。試驗材料的拉伸測試通過採用與軋制方向互成0度，45度以及90度方向的JISZ2201的13B號試驗片，利用精密萬能測試機進行測試。測試條件是，初期橫梁速度3mm/min，形變5X以下是10mm/min。測試溫度為2(TC，IO(TC，150°C。機械性能與溫度依賴性如圖6所示。15(TC下的拉伸強度，與2(TC的相比減少大約40%。0.2%耐力，約減少25%。而且斷裂伸長率減少約40%。0.2%耐力的各向異性如圖7所示。圖7顯示，本研究所使用的SUS304，與軋制方向相互成45度方向時的各向異性較弱。再拉伸捋加工中使用的初級拉伸成型品，芯軸直徑小60mm，拉伸比(初期坯料直徑/初級拉伸芯軸直徑)為2.0，2.4以及2.6三種。初級拉伸的成型條件如表l所示。表1初級拉伸成型條件tableseeoriginaldocumentpage6測試方法再拉伸捋加工測試中，對試製出來的圓柱再拉伸的模具給予評價，調查它的加工誘起的馬氏體相變量，以及成形品的板厚和成形品品質。成形性通過無破裂成形的可行再拉伸率進行評價。測試條件是壓邊力為10kN，衝模以及壓邊的溫度為70200°C，芯軸溫度為_720°C。潤滑劑為初級拉伸後，對成形品內外面塗布水溶性衝壓(press)工作油。測試裝置使用油壓塑形加工測試機。加工誘起的馬氏體相變量，運用FerriteScope分析儀進行測測試結果初級拉伸成形品(拉伸比2.6)的壁厚測量位置如圖8所示，壁厚分布如圖9所示。從圖中可以看到，芯軸頭部的板厚減少了。而且因為試驗材料的各向異性的性質，所以芯軸肩部以及法蘭附近的圓周方向的板厚之差較大。這個問題也同樣存在於拉伸比為2.0和2.4的成形品之中。各成形品的加工誘起的馬氏體相變量如圖10所示。圖中顯示作為比較的，在室溫(30°C)下成形成形品的結果。差溫拉伸的成形品是它的芯軸要進行冷卻的。還會降低芯軸肩部的極限板厚，因此芯軸肩部上因加工誘起的馬氏體相變量，拉伸比2.6中約8%，拉伸比2.0中約1%被測量出來。但是能夠確認的是，與室溫成形相比，差溫拉伸成形品能夠大幅度抑制相變量。如圖io，任何一個成形，它們的芯軸肩部的馬氏體相變量都增加了，但是側壁部分大多顯示為0。再拉伸捋加工成型性再拉伸捋加工測試結果如表2所示，在衝模壓邊和芯軸溫度為30°C的情況下，極限再拉伸率為80%。與此相對的，因為升高了衝模以及壓邊溫度，所以成形的極限也提高了。而且，當衝模溫度為12(TC，壓邊溫度為8(TC，芯軸溫度為2(rC時，極限再拉伸率提高到60%。再者，當衝模以及壓邊溫度為20(TC，芯軸溫度為-7t:時，極限再拉伸率變成55^。由此得知，再拉伸捋加工成型性取決於成型溫度條件。另外，本測試的條件沒有受到初級拉伸比的影響。表2再拉伸捋加工測試結果tableseeoriginaldocumentpage7在再拉伸捋加工的過程中，因過度地減少板厚導致芯軸肩部破裂。為了提高容易破裂的芯軸肩部的強度，芯軸肩部的冷卻是很重要的。另外，衝模和壓邊的溫度會影響到材料的流阻。因此，對於提高成型極限，設置較高的衝模以及壓邊溫度是有效的方法。差溫拉伸加工法能夠有利於進行再拉伸捋加工，並且生產出再拉伸率為55%，外形比為3.3(成形高度/(再拉伸芯軸直徑+板材壁厚X2))的非常深的成形品。再拉伸捋加工後成品的品質再拉伸率為60%的壁厚分布如圖ll所示。再拉伸捋加工以後，芯軸肩部的壁厚呈現局部性的降低。而且，初級拉伸過程中，呈現局部性板材壁厚降低的芯軸肩部，跟圖中所顯示的部位一致。但是，這部分的壁厚變動不大。我們認為這種現象是受到加工硬化影響的。由以上得出，初級拉伸過程，芯軸肩部板材壁厚的減少不會對再拉伸捋加工的成型極限產生大的影響。再拉伸後，拉伸比為2.6的側壁壁厚分布均勻。初級拉伸過程中，拉伸比為2.6的芯軸頭部的壁厚降低了很多，所以跟側壁壁厚相差較大。由此得知，初級拉伸的壁厚分布會影響到經再拉伸捋加工後的產品品質。再拉伸率為55%的加工誘起的馬氏體相變量如圖12所示。7拉伸比為2.0的芯軸肩部相變量為5%左右，拉伸比為2.6的是7_17%。產生這種變異的原因是衝模溫度以及壓邊溫度不穩定，必需要審查加熱裝置等等。另外，圖12所顯示的樣品3的馬氏體相變量最大值為7%。加工的馬氏體相變量與開裂有關(一般認為，10%以上馬氏體相變量為開裂危險線2)。由此得知，針對開裂的問題，採取了穩定溫度條件的方法，很大程度上能夠省略最終退火的工序。降低再拉伸捋加工溫度的方法此前，經對差溫再拉伸捋加工成型的研究，能夠把握成型溫度和成型性的關係。如果衝模及壓邊溫度升高了，成型性也會提高，從而獲得55%的極限再拉伸率。然而，必需把衝模跟壓邊的溫度設定在200°C，但同時也希望在實用方面實現低溫化。為了嘗試降低再拉伸捋加工的成型溫度，進行了關於初級拉伸後加工誘起的馬氏體相變量給成型溫度和成型性帶來影響的研究。初級拉伸時也進行差溫拉伸加工，成型後的成品(拉伸比2.0)進行退火。圖13顯示退火後的加工誘起的馬氏體相變量。加工誘起的馬氏體相變量經過退火處理後，變成了0%。同樣的，把拉伸比為2.4以及2.6的成型品進行退火，然後進行再拉伸捋加工測試的結果如表3所示。表3再拉伸成型性(退火後)tableseeoriginaldocumentpage8拉伸比為2.0的再拉伸率為45%，拉伸比為2.4以及2.6的都為50%。另外，在衝模以及壓邊的溫度為15(TC的狀態下就能夠成型。加工誘起的馬氏體相變量給成型性和再拉伸溫度條件帶來的影響如圖14所示。上述的拉伸比為2.0的，不經退火處理直接進行差溫拉伸捋加工的時候，芯軸底部的加工誘起馬氏體相變量為0.5%，芯軸肩部的為0.74%。並且極限再拉伸率為55%，衝模跟壓邊溫度必需為200°C。與此相反的是，經過退火處理能夠提高成型極限，降低成型溫度。由此得知，加工誘起的馬氏體相變量與再拉伸捋加工成型性和再拉伸的溫度條件有關係，能夠抑制初級拉伸後的加工誘起馬氏體相變量，有效地降低了再拉伸捋加工的溫度。差溫拉伸加工法，通過加熱衝模以及壓邊，來降低材料的流阻。通過芯軸冷卻提高容易破裂的芯軸肩部強度，從而提高成型極限。這個溫度範圍就是拉伸強度變化最大的0-10(TC的範圍。所以，不鏽鋼SUS304的拉伸強度，即使處在上述溫度範圍內，也傾向於隨著溫度的上升而逐漸降低。而且因為在9(TC以上的溫度範圍內不會產生馬氏體相變量，所以為了在初級拉伸中抑制馬氏體相變量，把芯軸的溫度設置為80°C，衝模以及壓邊溫度為22t:，嘗試利用高溫度範圍的溫度差來進行拉伸成型。這種做法如圖15所示。成型條件如表4所示，結果如表5所示。在這種溫度範圍內進行加工的時候，原本擁有加工誘起的馬氏體相變量最多的芯軸肩部，它的相變量降為0%。表4初級拉伸成型條件材質SKD11硬質鉻模曰芯軸直徑40誦芯軸肩部半徑3.8腿具衝模直徑42.lmm衝模肩部半徑3腿成潤滑PTFE潤滑劑型壓邊力50認條拉伸速度5mm/sec表5初級拉伸成型品的芯軸肩部的加工誘起馬氏體相變量衝模溫度IO(TC220°C壓邊溫度IO(TC220°C芯軸溫度0°C80°C相變量1.4%0%這種溫度條件下，沒有進行再拉伸測試。但是跟經過退火處理的樣品一樣，希望能夠提高成形性和降低再拉伸溫度。在模具工程上，希望能夠低溫化處理較難控制溫度的再拉伸工序，並把高溫化處理單一的第1級拉伸工序的方法，作為模具工程中實用性較強的方法。本發明對圓筒狀塑管進行拉伸捋加工，具有以下優點(1)為了運用差溫拉伸技術來達到縮短工序的目的，進行了差溫再拉伸成形測試。9室溫狀態下的極限再拉伸率為80%，與此相對，差溫再拉伸率為55%。結果顯示，能夠削減包括退火工序在內的3個工序。(2)結果顯示，能夠把再拉伸捋加工成型後加工誘起的馬氏體相變量抑制在10%以下，以及能夠省略第3級拉伸以後的退火工序。(3)因為再拉伸捋加工模具的製造上，很難控制模具的溫度，所以研究了降低再拉伸溫度方法。通過提高與以往相比的初級拉伸溫度獲得了和競奪退火處理的樣品一樣的加工誘起的馬氏體相變量。結果顯示，可降低再拉伸捋加工工序中的成型溫度。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之。權利要求薄壁金屬圓筒體的生產設備，包括有機架(1)，其特徵在於從機架(1)的一端至另一端依次設有芯軸(2)、旋壓部件(3)和捋加工衝模(4)，旋壓部件(3)繞芯軸(2)旋轉，芯軸(2)與旋壓部件(3)和捋加工衝模(4)成滑動配合，芯軸(2)內加工有延伸至芯軸工作端(21)的環回通道(5)，環回通道(5)與冷卻媒質供應裝置連接，捋加工衝模(4)內設置加熱元件(6)。2.根據權利要求1所述的薄壁金屬圓筒體的生產設備，其特徵在於捋加工衝模(4)的入模角度為5度9.5度。3.根據權利要求1所述的薄壁金屬圓筒體的生產設備，其特徵在於對芯軸(2)冷卻溫度控制在_7°C2(TC，對捋加工衝模(4)的加熱溫度控制在70°C200°C。4.根據權利要求1所述的薄壁金屬圓筒體的生產設備，其特徵在於捋加工衝模(4)壓向芯軸(2)的加工速度為101000mm/sec。5.根據權利要求1所述的薄壁金屬圓筒體的生產設備，其特徵在於旋壓部件(3)對應芯軸(2)的外周以120度的間隔配置三個。全文摘要本發明公開一種薄壁金屬圓筒體的生產設備，包括有機架，從機架的一端至另一端依次設有芯軸、旋壓部件和捋加工衝模，旋壓部件繞芯軸旋轉，芯軸與旋壓部件和捋加工衝模成滑動配合，芯軸內加工有延伸至芯軸工作端的環回通道，環回通道與冷卻媒質供應裝置連接，捋加工衝模內設置加熱元件。採用上述技術方案後，先利用旋壓加工生產出薄壁金屬圓筒預製品，再經差溫拉伸捋加工，把薄壁金屬圓筒體表面上的螺旋條紋去掉，同時可以把產品的直線度和壁厚重新修正，差溫拉伸捋加工過程，對芯軸進行冷卻，對捋加工衝模進行加熱，可有效抑制因捋加工而導致的馬氏體相變，提高金屬素材的可塑性。文檔編號B21D22/20GK101786125SQ20101013237公開日2010年7月28日申請日期2010年3月23日優先權日2010年3月23日發明者劉江申請人:劉江