数控旋压成形工艺应用实例

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数控旋压成形工艺应用实例

山东鲁南机床有限公司 （滕州 277500） 王绍存 王传河 汪玉伟 宋允臣

旋压加工成形技术是利用旋轮对旋转中的金属毛坯（板料、筒形件或锥形件）逐点施以压力，使之变形，金属材料晶粒重新排列，以获得所需形状、尺寸、强度要求的零件的加工方法。它综合了挤压、拉伸、轧制、弯曲和滚压等工艺特点，特别适合薄壁、回转体零件的成形加工。旋压工艺基本分为普通旋压和强力旋压两种，该工艺是真正无切削绿色环保的工艺。

1. 强力旋压

强力旋压的正旋律原理：强力旋压时必须先预留出旋轮与芯模之间间隙Δ，也就是需确定经旋压后零件的壁厚，这遵循一个基本原理——旋压变形之正弦律。以平板强旋圆锥形件（见图1）为例。

凸凹曲线，该轨迹方式的运用能降低材料的减薄率，使变薄均匀，实现平稳旋压。

实际在数控旋压设备运用时，考虑数控系统的经济性选型，将分段圆弧代替渐开线，辅以直线过渡，再配合适当的往返点及相应的旋压参数，可以较便利地旋压出合格的产品（编程时可以借助CAD 找正程序点）。曲母线零件普旋工艺示意如图2所示。

图 1

旋压后工件的壁厚t f ，与毛坯原始厚度t 0和锥形件的半锥角α之间的关系符合正弦律，即

t f = t 0sin α

式中，t f 为旋压后工件的壁厚；t 0为毛坯原始厚度；α为工件的半锥角。

2. 普旋工艺

普旋工艺的原理：依据正旋率的计算分多道次旋压，采用正反渐开线组合运用，即所谓的贝齐埃

图 2

以下典型工艺均在我公司P X K350A 数控旋压机床上完成，单轮旋压，配置广州数控系统GSK980TDa 。

3. 自动单循环强力旋压

通常如图1中α＞15°的锥体能在一道次中旋

制，能产生较大的材料变薄成形，获得底厚边薄的产品。

根据旋压工艺及数控系统功能，建立如图3所示的工件坐标系，选择轴中心线为X 轴原点，模具端面Z 轴原点，编辑程序如下：

O0030

N0000 T0101； （换第一只R 5mm 旋轮）N0005 G00 X300 Z45；（定位至安全位置）N0010 M10；（顶紧尾顶）

N0020 M3 S600；（开主轴，转速600r/min ）

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O0034

N0000 T0303；（换第三只R 10mm 旋轮）N0005 G00 X300 Z-109；（定位至安全位置）N0010 M13；（胀紧胀胎） N0020 M10；（顶紧尾顶）

N0030 M3 S600；（开主轴，转速600r/min ）N0040 M98 P1006；[旋压进刀段（调子程序）]N0050 G01 X140 Z-85.4；（一次缩锥旋压）N0060 Z-15 S610；（一次缩径旋压加工）N0070 G00 X150 Z-85.4；（回位至二旋位置）…（省略：二至七次旋压程序）

N0300 G00 X106 Z-42.2；（回位至八旋位置）N0310 G01 X96；（八次旋压加工准备）N0320 X90 Z-36.3；（八次缩锥旋压）N0330 Z-1 S645；（八次缩径旋压加工）N0340 M98 P1006；[总旋压进刀段（调子程序）]N0350 G01 X81 Z-28.5 F280；（总旋压缩锥拉光）N0360 Z0 S650；（总旋压缩径旋压收尾）N0370 M5；（关主轴）

N0380 G00 X300 Z-109；（回位至安全位置）N0390 M11；（尾顶退）N0400 M12；（收缩胀胎）N0410 M30；（程序结束）

在上述程序中，由于进刀段是同样的，可用一个子程序以减少程序录入：

O1006 旋压子程序名

N0010 G00 X180 Z-109；（子程序靠近工件） N0020 G01 X149 F400；（子程序旋压加工准备）N0030 Z-99；（子程序旋压加工起步）

N0040 G02 X144.6 Z-89.9 R20；（子程序旋压加工肩弧）N0050 M99；（子程序结束）

在开始正式批量旋压前，必需要做的工作如下：

Z 轴对刀：以胀胎模锥头端面（A 面）为基准面用手轮方式对刀，设定Z 0。X 轴对刀：以胀胎模锥头外圆面（B 面）为基准面用手轮方式对刀，

图3 锥形件强旋的编程示意图

图4 旋压催化器首端的涨胎模工艺

图5 旋压催化器末端的三爪夹紧工艺

N0030 G00 X130 Z5； （靠近工件 ）

N0040 G01 X105.2 Z2.5 F300；（强旋加工起步）N0050 G01 X240.4 Z-94.5； （强旋加工结束）N0060 G01 X300；（拉直边）N0070 M5；（关主轴）

N0080 G00 X300 Z45；（回位至安全位置）N0090 M11；（尾顶退）N0100 M30；（程序结束）

4. 普通自动旋压

（1）催化器口部的缩径（收口）自动旋压。对于两端均为敞开式的催化器，其旋压工艺的安排是：在主轴上安装一套特殊设计制造的胀胎模工装。利用顶出器使胀胎模胀紧卷成形的筒形毛坯，如图4所示，进行催化器首端口部缩径（收口）旋压。对于已完成首端口部缩径旋压的催化器，催化

器末端口部的缩径旋压，可利用特制的自定心卡盘夹紧催化器的方法，如图5所示。

根据旋压工艺，建立图4所示的工件坐标系，选轴中心线为X 轴原点，模具端面为Z 轴原点，编辑程序如下：

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2mm，按图7所示工艺路线编辑程序。

二旋（向内收式普旋旋压）：经过首旋加工

后的半成品，翻转一面套入筒形模具中，如图8所

示，仍利用原尾顶

压紧半成品工件，

然而此时在尾顶心

轴增设了一只卷圆

转盘作为卷圆段内

模，二旋旋压完毕

尾顶连同卷圆转盘

带工件一起退出，

取下工件。二旋旋

压工艺的安排是，

先切掉首旋后多余

的边，再进行二旋

旋压。

该转盘与尾顶心轴用圆螺母固定，二旋批量旋

压完毕卸下转盘，方可进行三旋旋压。

选轴中心线为X轴原点（以筒形模外圆面B面为

基准面），筒形模端面（A面）为Z轴原点，按图8

所示工艺路线编辑程序。

三旋（卷圆旋压）：经过上两道旋压加工后的

半成品，仍利用二旋的筒形模具和原尾顶压紧半成

品工件（然而此时应卸下二旋的卷圆转盘），采用

一卷圆旋轮对剩下的1/2卷圆段进行旋压。

如图9所示，选轴中心线为X轴原点（以筒形

模外圆面B面为基

准面），筒形模

端面（A面）为Z

轴原点，利用卷

圆旋轮的端面（a

面）和最大外径

（b面）进行Z轴

和X轴的对刀。设

板料厚度2m m，

按图9所示工艺路

线编辑程序。

同时，该工艺

也可以推广到在

数控车床上小型旋压件的加工。

（收稿日期：20121016）图6 水壶或罐体收口工装设计及旋压路线推荐

压，方能使其成形。图6推荐了水壶或罐体收口旋

压工装设计及旋压路线。

（3）高压开关

屏蔽罩的自动旋压

（强旋与普旋的综

合旋压）。图7所示

的高压开关屏蔽罩

前段为一锥台，后

段为一卷圆。对前

段的锥台可拟采用

强旋一次旋成，而

后段的卷圆则必须分三道旋压：第一道的卷圆1/4

段安排在与锥台一起，强旋后接着普旋列为首旋；

第二道的卷圆1/4段的旋压为向内收式普旋，作为

二旋；而三旋则为一特殊旋压，即采用卷圆旋轮来

完成剩下的1/2卷圆。

首旋（强旋与普旋的综合旋压）：对于如图7

所示将板料用旋压方法旋出的工件，其旋压工艺的

安排是在主轴上安装一套按曲线要求设计制造的芯

模，利用尾顶顶紧毛坯，进行屏蔽罩首道旋压。由

于该工件不允许有中心孔，因此必须利用底边支撑

的对中装置。建立图7所示的工件坐标系，选轴中

心线为X轴原点，芯模端面为Z轴原点，板料厚度

图7 旋压屏蔽罩的首旋工

图8 旋压屏蔽罩的二旋工艺

图9 旋压屏蔽罩的三旋工艺设定X79（锥头外圆面直径+旋轮R10m m×2，即

59mm+20mm）。空车试运行检验所编程序是否与

所加工模具型线吻合，发现Z轴方向偏差－3mm，

应调整对刀基准，重新设定Z－3。

实物试旋加工，发现零件收尾段存在少量反弹

现象，可不用修模，直接修改程序，将程序中总旋

压缩锥拉光N0350语句中G01 X82 Z－28.5 F280改

为G01 X81 Z－28.5 F280（使旋轮往X轴方向多压

入0.5mm）。

（2）水壶或罐体零件的普旋。器皿、容器等

零件常用拉伸旋压式普旋法，通常需要多道次旋