旋压成形_罗茨风机

旋压成形：旋压成形技术的未来发展

　　与古代制陶的拉坯工序类似，旋压成形技术，是指通过旋转工件与旋轮接触产生局部而又连续的塑性变形来成形金属空心回转体零件的方法。相对于其他空心轴对称金属零件的成形技术，旋压成形具有设备投入小、工艺成本低、尺寸精度高、表面光洁度好、机械性能高等优点。近些年，旋压技术得到了长足的发展，旋压产品在制造业，特别是汽车和航空航天领域中的应用范围不断增大。目前采用旋压技术生产的产品种类繁多，包括轮毂、导弹壳体、灯罩、阀体、高压屏蔽罩等。

　　当前，市场对于产品的形状、精度和使役性能提出了更高的要求，与其它成形技术一样，旋压对于人工智能的需求程度越来越高，这将推动自动自控型旋压技术的进一步发展。本文结合作者的研究体会，以及一些来自于市场产品的动态，尝试预测未来旋压技术的发展趋势。

　　专用计算机软件预测旋压成形技术

　　由于旋压成形工艺的复杂性，有限元建模中需要考虑复杂的边界条件，且为了得到较为精确的计算结果，一般需要采用隐式非线性求解器、六面体单元及弹塑性材料模型进行仿真建模计算。目前常用的金属成形仿真软件有MARC、ABAQUS、DEFORM和SIMUFACT等。虽然上述软件可以对旋压工艺进行一定程度的仿真模拟，但是，建模的复杂性、材料模型的精确性及计算时间相对过长，限制了软件的实际工程应用。因此，如何进一步降低建模的复杂性、建立能够反映实际材料力学性能的材料模型及加快计算速度，成为未来旋压仿真技术的发展方向。第一，可以进行仿真软件与数控旋压机的接口开发，使软件可以直接读取旋轮的运动轨迹及芯模旋转定义。第二，建立更加符合实际的材料模型，如对于镁、铝、钛等材料可以考虑相变及组织变化对材料总体性能的影响。第三，在不降低计算精度的情况下，进一步提高旋压仿真的计算速度。

　　向复杂回转体转变的成形技术

　　目前一些复杂的回转体零件通常采用旋压与焊接相结合的成形工艺，但其焊缝处的性能较差，容易发生失效。而采用无焊接多工序一体旋压成形工艺可以克服焊缝的缺点，并获得更好的外观和性能。计算机数控系统的出现，使得旋压机可以精确控制旋轮进给路线，进而能够加工形状复杂的工件，如高压屏蔽罩、汽车轮毂等，因而旋压成形技术也由简单回转体成形向复杂回转体产品一体成形转变。

　　高尺寸精度和高性能产品成形技术

　　在旋压变形后，材料的弹性变形会导致金属材料有一定程度的反弹。当利用旋压技术加工大尺寸壁厚产品时，这种材料反弹造成的尺寸增加效应更加明显，往往需要进一步精加工才能达到所需精度的尺寸，这是影响旋压成形尺寸精度的一个重要因素。对此进行改善的途径有：针对不同的材料建立材料成形数据库，提前对材料的尺寸进行补偿；发展高精度的数控旋压装备。目前，采用计算机数字控制（CNC）技术的旋压机是旋压机制造的主流。而今后，数控旋压装备更是朝着高精度、高自动化、多用途的方向发展。

　　高性能新材料的旋压成形技术

　　现代制造业的需求以及旋压装备的发展使得可用于旋压的金属材料种类范围越来越广，除了传统的钢铁和铝合金材料以外，镁合金、钛合金等难成形的新型金属材料也逐渐应用到了旋压成形技术中。这些合金比强度非常高，具有广阔的应用前景。随着航空航天工业以及汽车工业等需求的不断增加，高性能新材料的旋压成形技术需要进一步探究，旋压产品将向更轻、更薄和性能更佳的方向发展。

　　除了以上旋压技术的发展方向之外，近年来还出现了三维非对称零件、非圆横截面零件、齿形零件等新旋压工艺，突破了传统旋压技术用于生产轴对称产品的限制。当前，科技发展日新月异，市场对于复杂旋压产品需求不断增加，需要发展更高自动化、更高效、更高性能和更低成本的数控旋压技术，需要重点研发专用快速旋压仿真软件、开发复杂回转体一体成形技术、以高档数控旋压机床为基础的大尺寸高精度旋压成形技术、新材料的旋压成形技术等。

旋压成形：旋压成形的原理

　　金属旋压是一种金属塑性成形工艺，该工艺能较容易的制作各种旋转对称的薄壁回转件和各种管件，因此也称为回转成型工艺。

　　金属旋压工艺是将被加工的金属毛坯（管坯）套在芯模上，而板坯通过尾顶压在芯模的端部，并与芯模一起随主轴旋转，旋轮沿芯模移动。

　　在旋轮的压力下，利用金属的可塑性，逐点将金属加工成所需要的空心回转体制件。

　　原理图示

　　金属旋压工艺在旋制不同形状的制件时，综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚压等工艺的特点。针对不同毛坯的变形特点，一般可以分为普通旋压和强力旋压两种。

　　● 在旋压过程中，改变毛坯的形状而基本不改变其壁厚者称为普通旋压。

　　● 在旋压过程中，既改变毛坯的形状又改变壁厚者称为强力旋压。

　　普通旋压局限于加工塑性较好和较薄的材料，尺寸准确度不易控制，要求操作者具有较高的技术水平。强力旋压和普通旋压相比较，坯料凸缘部分在加工时不产生收缩变形，因为不会产生起皱现象。旋压机床的机床功率较大，对厚度大的材料也能加工，同时制件的厚度沿母线有规律地变薄，较易控制。

　　1. 金属变形条件好，旋压时由于旋轮与金属接触近乎点接触，因此接触面积小，单位压力高，可达2500~3500MPa以上，因此旋压适于加工高强度难变形的材料，而且，所需总变形力较小，从而使功率消耗大大降低。加工同样大小的制件，旋压机床的吨位只是压力机吨位的1/20左右。

　　2. 制品范围广，根据旋压机的能力可以制作大直径薄壁管材、特殊管材、变断面管材已经以及球形、半球形、椭圆形、曲母线形以及带有阶梯和变化薄厚的几乎所有回转体制件，如火箭、导弹和卫星的鼻锥与壳体；潜水艇渗透密封环和鱼雷外壳，雷达反射镜和探照灯外壳；喷气发动机整流罩和原动机零件；液压缸、压气机外壳和圆筒；涡轮轴、喷管、电视锥、燃烧室椎体以及波纹管；干燥机、搅拌机和洗涤机的转筒；浅盘形、半球形封头、牛奶罐和空芯薄壁的日用品等。

　　3. 材料利用率高，生产成本低，旋压加工与机加工相比，可节约材料20%~50%，最高可达80%，使成本降低30%~70%。

　　4. 制品性能显著提高，在旋压之后材料的组织结构与力学性能均发生变化，晶粒度细小并形成具有纤维状的特征。抗拉强度、屈服强度和硬度都有提高，强度可提高60%~90%，而伸长率则降低。

　　5. 制品表面粗糙度低，尺寸公差小。旋压加工制品的表面粗糙度一般可达3.2~1.6μm，最好的可达0.4~0.2μm，经过多次旋压可达0.1μm。

　　6. 金属旋压一个重要的特点是制作整体无缝的回转体空心件，根本消除了与焊接有关的不连续性、强度降低、脆裂和拉应力集中等弊病。

　　7. 金属旋压与板材冲压相比较，金属旋压能大大简化工艺所使用的装备，一些需要6~7次冲压的制件，旋压一次即可制造出来，且旋压机床比冲压机床价格更便宜。

　　8. 金属旋压法能制作超宽板材，其方法是将旋压的筒形件沿母线方向切开展平。在国内能旋压φ2m筒形件的旋压机不算很大的设备，利用这样的设备很容易制作6m宽的板材，但是采用传统的轧制方法要生产3m宽的板材就需要相当大的轧机。美国用旋压工艺制造出宽7.5m、长9m的超宽板材。

　　9. 在旋压过程中，由于被旋压坯料近似逐点变形，因此，其中任何夹渣、夹层、裂纹、砂眼等缺陷很容易暴露出来。这样，旋压过程也附带起到了对制品检验的作用。

　　10. 坯料来源广，可采用空心的冲压件、挤压件、铸件、焊接件、机加工的锻件和轧制件以及圆板作坯料，并且能旋压钛、钼、钨、钽、铌一类难变形的金属及其合金。

　　1. 除去圆筒形、圆锥形、椭圆形等薄壁回转体零件外，其他复杂形状零件用旋压法生产往往不经济或难以加工，而且旋压的坯料厚度不能太大。

　　2. 金属旋工艺的批量有一定的限制，过大过小都不划算。以中小批量较为有利。批量为50~5000件时，采用旋压工艺是划算的。批量在1000见以下时，旋压件较冲压件的成本便宜，超过1000件，旋压件比冲压件贵。

　　1. 导弹、火箭、宇宙航行

　　2. 航空工业

　　3. 兵器生产

　　4. 民用工业

　　资料来源：

　　1. 旋压成形技术，日本塑性加工学会编著，机械工业出版社。

　　2. 旋压成形工艺，张涛编著，化学工业出版社。

旋压成形：旋压成形的基本方式-扩径旋压-2.1.3

　　旋压成形的基本方式-扩径旋压-2.1.3

　　利用旋压工具使空心回转体容器或管状毛坯进行局部（中部或端部）直径增大的旋压成形方法，称为扩径旋压（扩旋）

　　根据工件扩径程序的大小，可分为若干道次完成。扩径道次的确定原则是：依据工件的材料性能，使得其在扩径中，产生的应力小于材料的抗拉强度。如果材料有加工硬化趋向，道次要少，且每道次扩径量尽可能大，否则由于硬化严重，而无法成形，或者进行中间热处理才能满足成形的要求。

　　根据芯模形式，常见有以下两种扩旋法。

　　（1） 用外芯模的扩旋法

　　此种旋压法的芯模设计成空心的，其底部（非扩径成形的部位）与毛坯未扩口的形状和尺寸相适应，以便支承和夹紧毛坯。要扩径的部位芯模形状和尺寸是按工件要求来设计的。这种外芯模适用于回转体空心件、管形件等的扩径成形。

　　（2） 用支承滚轮扩径法

　　此种方法就是用工作型面与需扩径的工件形状相同的支撑辊替外芯模。特点是其工具成本较低，在形状相同时，可用一套工具生产出不同直径尺寸的工件。

　　扩旋所使用的预成形坯，即可由拉深旋压、强力旋压等方法提供，也可用冲压拉深、卷焊管材等方法提供。

　　原文出自：

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　　旋压皮带轮种类旋轮架在轴向、旋轮在径向力的共同作用下，对坯料表面实施逐点连续塑性变形。在车床尾顶支架的位置上，设计成与主轴同一轴线的尾顶液压缸，液压缸对套在芯模(轴)上的坯料端面施加轴向推力。旋压配件基座选材为铝合金，其板厚2mm，铝在电化序位中处于较负的位置，并且他对氧有着极其高的亲和力，这两个因素造成了铝及铝合金在电镀上的困难。铝及铝合金表面氧化膜在碱液中除掉后，遇到空气中的氧时很快形成新的氧化膜，这层氧化膜严重影响了电镀层与基体的结合力。

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　　在进行数控旋压加工的时候对于模具是有一定要求的，到底数控旋压加工厂家对模具的要求主要有哪些呢？能够提前对这个方面都有确定之后，这样在生产之前就要提前的做好总体上的准备，从而真正的保障自己生产出来的产品都是非常好的。

　　数控旋压加工厂家在对金属旋压加工的时候是需要有一个模具的，在整个加工的过程中会是一个把模具不断填满的过程。这个时候对于模具自然也是有一定要求的，提前对这个方面实际的要求都有适当的了解，才可以确保整个生产加工是顺利的。

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