旋压技术

3.毛坯的设计计算
一般的锥形件的毛坯计算
强力旋压锥形件，工件减薄量要严格遵守正旋律
计算：t= t0Sina 圆板毛坯的直径D0计算： D0=D理+ ∆
D理Βιβλιοθήκη Baidu—旋压件直径理论计算值，mm； ∆ ——工艺余量，mm；
4.旋压过程工艺参数选择
1）减薄率 减薄率是变形区的一个主要工艺参数（直接影响到旋压力的大小和 旋压精度的好坏）。 2）主轴转速 在一定条件下，提高转速，可以改变零件表面光洁度并提高生产 率。 3）芯模和旋轮的间隙 芯模和旋轮的间隙可由旋压道次规范或正旋律决定，它直接影响工 艺过程的零件精度和表面光洁度。
② 变薄旋压过程和其他塑性变形过程一样，是位错运动过程。 位错的不断移动与消失又产生了新位错，使变形过程得以继 续。随着旋压减薄率增大，位错数量增大，位错的密度增加， 位错之间相互缠结形成胞状结构，从而使不能移动的位错数 量增加，造成材料强度增加、塑性下降，即应变强化。随着 减薄率的增大，点阵畸变逐渐趋向于饱和，旋压强化过程也 趋向于极限。
⑧ 旋压硬材料时可以使用硬质合金旋轮。 ⑨ 旋轮和芯模的偏摆小，因为它影响表面精整。 ⑩ 使用平面旋轮消除预旋轮的旋压痕迹。
⑪ 为了降低工件内表面的粗糙度，与它相接触的芯模部分最好不进行润滑， 让毛坯与芯模直接接触而得到精整并强制压光。
4）工件扭转的影响及其防止的方法：
① 旋轮圆角半径小则扭转角小。
六、旋压件的质量控制
1）金相组织
• 变薄旋压件的坯料在旋轮压力作用下产生塑性变形时，晶粒内部 在一定的滑移面上沿一定的方向产生滑移，由此引起晶粒形状的 畸形变，旋压变形或经热处理使金相组织均匀致密。
• 室温变薄旋压时，晶粒被压扁毛拉长，在旋压方向形成纤维组织。 旋压工件壁厚变形不是均匀的压缩，而是由外向内逐渐加强，当 旋压减薄率大于40%时，壁厚变形组织的均匀性基本一致。随着 减薄率的增加，工件晶粒细化加剧，同时材料中的夹杂物形态被 破碎或拉长，减轻了对材料强度的不良影响。
民用制造：炊具，照明器材，通风设备，汽车零件，消防， 医疗等器械。
二、金属旋压工艺
1.旋压工艺方案和选择
1）旋压方式的选择
主要是从成型件的形状、毛坯尺寸、工艺特点等方面加以考虑。对于筒 形件，一般指采用正旋压或反旋压。对于锥形件和曲母线形件，一般指 剪切旋压或普通旋压，或指剪切旋压和普通旋压联合方式。此外，无论 强力旋压还是普通旋压都有内旋压和外旋压之分。
3）尺寸精度：
• 旋压件的直径精度有内径与外径之分，壁厚精度有壁厚差之别。 壁厚偏差是壁厚的实际尺寸相对于基本尺寸的差别，壁厚差是壁 厚实际尺寸之间的差值，它与壁厚的基本尺寸无直接关系。
• 影响旋压件尺寸精度的主要因素：
①简单的小规格工件尺寸精度容易提高，反之则降低。 ②坯料椭圆度与壁厚差小，则有利于保证尺寸精度。 ③芯模与旋轮加工尺寸精确，是旋压高精度产品的基础。 ④有效控制合理工艺参数，工件收径贴模可获取高精度产品。 ⑤主轴偏摆小和导轨间隙小，设备的精度与状态良好，旋压产品精度高。 ⑥芯模与主轴良好配合，旋轮轴间隙合理，有助于旋压件尺寸精度的提高。
① 对板坯进行旋压时，应放慢旋轮的进给速度和拖板的进给速度。 ② 加大毛坯转速。 ③ 在旋轮的反面加反推辊，使其和旋轮一起夹住毛坯，从而减缓 每转的弯曲变形。 ① 旋压之前可以使用卷边装置将毛坯的边缘卷边，以提高其抗皱 能力。 ① 减小旋轮的圆角半径。 ② 在可能的情况下，一般采用较厚的板坯。因为起皱的容易度与 板厚的平方成反比。 ① 多道次拉深旋压时，旋轮都不要旋到毛坯的外缘为止，而应在 中途转移到下一道次。凸缘宽度小时容易起皱，因此若不妨碍最好 在每一道次都留一点凸缘的情况下进行成形。
4）表面质量：
① 工件外表面粗糙度是由旋轮的工作型面和旋压工艺参数形成的。具有较长的 压光带和较大工作圆角半径的轮旋轮，减少进给率，提高模具转速，均可以提高 旋压件外表面质量。 ① 旋轮圆角半径和进给率是影响工件外表面粗糙度的主要工艺因素；提高外表 面质量还考虑如下措施： 1、防止机床振动和爬行； 2、以上旋轮前产生隆起失稳妥 3、加强润滑及减小旋轮成形角（工作角）
• 分析在不同温度状态下，不同变形速度对材料变形质量的影响，可为设计制 造旋压设备提供理论依据。
• 随着计算机软、硬件技术的发展，金属弹塑性理论的日趋成熟，利用计算机 模拟旋压成型技术更加完善，可以方便的确定旋压金属流动情况，为旋压成 型理论研究和工艺参数选择提供很好的手段。
二、工艺分类
普通旋压
• 主要是以改变坯料形状，而壁厚尺寸基本不变或改变较少，这类 旋压成形过程称为普通旋压。普通旋压主要是改变板料直径尺寸 来成形工件，是加工薄壁回转体的无切削成形工艺过程，通过旋 轮对转动的金属圆板或预成形坯料作进给运动并旋压成形。
5）工件的形状和尺寸精度
① 在球形、抛物面形以及凸形壳体件成形中，旋压终了处的芯模与工件之间 可能出现间隙，致使工件产生若干形状误差。
② 为了获得准确的形状，必须事先考虑卸件后的弹量，并把它估算搭配芯模 中去，即修正芯模的结构尺寸。
③ 旋轮进给速度选择和调整得适当就能获得高的形状精度。
⑦ 由于工件的形状和成形条件的多样性，对于扭转还不能从定量 上予以说明，只能从成形情况来判断。一种观点是旋轮与毛坯 的接触面积增大，尤其是因为变薄而增加了总接触面积时就增 大了扭转角，旋轮进给速度小时瞬时接触面积小，但总接触面 积增大，所以扭转角增大，当旋轮圆角半径小时则接触面积小， 所以减小了扭转角。
② 若允许使用黏度系数大的润滑油则表面均匀发暗。 ③ 旋轮的工件面最好经过研磨。 ④ 要使工件内表面美观就应将芯模表面加工的光洁，最好是镀硬烙。
⑤ 采用从压预制件时需注意预制形状，尤其是角部圆角大小，因为这影响旋 压表面的质量。
⑥ 旋压铝件或铜件时，用硬质合金压头轻轻推压，这样进行精整是很有效的。
⑦ 以变薄旋压为主成形铝制件时，使用塑料旋轮很有效。但用在多道次拉深 旋压时，需注意表面会留下多道次旋压的痕迹。
旋压技术
一、旋压技术的发展与概述
1.发展简介
• 金属旋压是一种金属塑性成型的加工工艺。 • 旋压成型过程是一个复杂的弹性变形过程，边界接触条件的非线性，使得旋
压成型机理更为复杂。
• 由于旋压机理的复杂性、旋压工件个点的应力，应变分布很不均匀；受诸多 工艺参数的影响、旋压成型工艺也较为复杂。
• 对旋压过程进行数值模拟，定性地分析减薄率、旋轮成型角、 料与磨具间的 摩擦系数对旋压结果的影响；
1）旋压件的缺陷、产生原因
旋压制品产生缺陷的原因和影响精度的因素有如下几个方面： 1、毛坯，包括材料、热处理和硬化程度等条件； 2、旋轮的形状，包括外径D、成形角a和顶端圆角半径等； 3、旋轮的进给比、壁厚减薄率、道次程序以及润滑条件等； 4、成形方式，包括正旋和反旋。
2）成形时采用的措施和注意事项 1）防止起皱的措施：
2）防止壁部断裂的措施：
① 多道次拉深旋压时每一道次的间距p要取得小。 ② 拉深旋压时旋轮进给速度取得太小，否则旋轮就会在毛坯同时
一处施旋多次，从而容易拉薄壁部。
① 变薄施压时旋压进给速度取得太大反而容易断裂，所以必须选 取合适的进给速度。
② 旋轮圆角半径R不要过小。如果t0/ R太大，则在拉深旋压时会 加大旋轮前面形成的环节的阻力而使壁部断裂。
① 旋轮沿毛坯表面的进给量，道次间距∆a，旋轮圆角半径和坯料力学性能，相对 厚比，以及旋轮所走的轨迹设计（对已仿形旋压要进行仿形板型面设计，对于 数控旋压要设计出合理的运行轨迹）。
2）旋轮运动轨迹的计算和作图
① 根据制品表面积和坯料表面积相等的条件，并根据底部圆角半径的筒形件中线 算出毛坯直径D。
② 求出旋压系数
② 剪切旋压时圆锥角越大即壁厚减薄越大则扭转角越大。
③ 旋轮进给速度大则扭转角小。
④ 如果加大尾顶的压力就能使扭转角减小一些。
⑤ 若给旋轮加一个倾角情况就会有所改善。
⑥ 对管材进行筒形变薄旋压时，如果附加一个轴向拉力则可以减 小扭转角，还可以防止因扭转而产生的弯曲，从而能够顺利地 旋制出极薄的管件。
• 加热变薄旋压时，温度高于合金再结晶温度，在变形过程中将发 生再结晶现象，使材料趋向于恢复原组织状态，材料旋后的组织 变化不显著。
2）力学性能：
① 旋压件金相组织变化的同时，其力学性能也相应地变化。金 属材料变薄旋压后，强度指标提高，由于加工硬化，塑性指 标降低。此外，材料的电阻率增大，热导率和磁导率降低， 内应力使材料抗腐蚀性降低。
6）旋压温度
在加热条件下的强力旋压，会使其工艺过程复杂化，但热旋压已作为强力化旋压 工艺应用范围和解决难成形材料加工的有效措施。强力旋压时的加热温度与普通 冲压时采用的加热温度略同。毛坯越厚加热温度越高，但不要高于材料的再结晶 温度，以防止发生再结晶。
五、旋压道次规范和旋轮运动轨迹
1）影响旋压道次规范因素
• 2）对毛坯的要求
• 1）对毛坯内外层的要求：
① 毛坯内部不得有隔层、夹杂、裂纹和疏松等。 ② 毛坯表面不得有斑痕、加工印记、裂纹和毛刺等缺陷。 ③ 毛坯表面的污垢和鳞皮应除掉，以免压伤制件和弄脏润滑剂。
• 2）对毛坯尺寸精度要求：
① 毛坯壁厚偏差的影响； ② 对毛坯内径偏差； ③ 预制毛坯的椭圆度和毛坯不同部位的不同轴度； ④ 毛坯底部与其轴线不垂直度； ⑤ 毛坯与其芯模间的偏差；
③ 依据旋轮系数m、模具直径d、毛坯厚度t0和所旋材料的性能，通过基本的分析
和计算，或根据经验和相关数据图表等确定旋压道次数k。当道次。大于20~22， 则必。大于20~22，则必须用一个或几个中间芯模进行多工序旋压。 ④ 画出实体芯棒的一半，再沿其端面画出毛坯的一半，然后按夹角a分别为10°、 20° 、30°、40 °、50 °、 60°、70 °的各射线的交点，以及DT/2的数值 近似地画出锥形件半成品直径连续变化的曲线。 DT/2是根据毛坯变形部分面积 相等的原则。
2）毛坯的处理
毛坯的原始状态对旋压件的质量影响很大。
3）旋压设备的选用
为了实施所选定的工艺方案和旋压工艺规范，必须选用适合的旋压机， 并选配合理的工艺装备，以便生产优质产品，获得较高的技术经济效果。
2.毛坯的种类及要求
• 1）毛坯种类：
① 平板坯； ② 由平板坯预成型的毛坯； ③ 经车削的锻造毛坯； ④ 焊接的毛坯； ⑤ 经车削的铸造毛坯； ⑥ 轧制或挤压的管坯； ⑦ 用粉末金法生产的毛坯； ⑧ 用圆锭作为毛坯；
5）残余应力：
旋压变形伴随一定的切向扭曲。由于组织性能、旋压温度、各层金属变形量的不 一致，以及工件内外摩擦的影响，旋压形是不均匀的。
材料在塑性变形时，受旋轮和模具的摩擦作用而改变流动状况，使旋压件沿壁厚 方向产生速度梯度，引起工件内层附加应力，即残余应力。摩擦力越大则残 余应力越大。
七、旋压件的缺陷、产生原因和防止措施
③ 应该从材料性能方面分析是否容易开裂。延伸率小的材料不适 于拉深旋压。
④ 芯模与旋轮的间隙过大则工件内表面呈现梨皮状，有时还导致 壁部断裂，所以间隙应留得适当。
3）表面精整的质量的控制和处理：
① 工件表面出现的旋轮压痕是与旋轮圆角半径和旋轮进给速度有关系的。旋 轮圆角半径大而进给速度小一般能使表面光洁。
变薄旋压
• 坯料形状与壁厚同时改变的旋压成形过程称为变薄旋压，又称为 强力旋压。变薄旋压与普通旋压的区别是变薄旋压属于体积成形 范畴，在变形过程中主要使壁厚减薄而坯料体积不变，成品形状 完全由芯模尺寸决定，成品尺寸精确度取决于工艺参数的合理匹 配。
3.应用领域：
国防建设：航天航空，导弹，火箭，飞机零件，子弹。
4）进给速度
芯模每转一圈时旋轮芯模母线移动的距离称为进给量。与零件的尺寸精度、旋压 力的大小和毛坯的减薄率都有密切关系。进给量较大，有利于旋压件贴膜；其值 较小，有利于提高表面光洁度。
5）旋轮安装角
芯模轴线和旋轮轴线构成的角称为旋轮安装角B。 B值可在0<B<a+(π /2)的范围 内任意选择。通常可取B=a或B=(π / 2)安装角不能过大，以免旋轮前沿过深压入 毛坯和零件过渡区内，是金属流向旋轮前面，从而造成极粗糙的锉齿形表面。消 除这种现象，增加大旋轮圆角半径或减小进给量和减薄率。