孟凡奎

摘 要：目前，汽車作為便利的代步工具，已成為人們生活的重要一部分。隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，人們對于交通工具的要求越來越高，對于汽車制造業(yè)也提出了更高的要求，旋壓技術(shù)逐漸在汽車零件制造成形中熟練應(yīng)用，以提升國內(nèi)汽車生產(chǎn)質(zhì)量，滿足人們的需求。文章將對旋壓技術(shù)及其原理進(jìn)行簡要分析，進(jìn)而討論旋壓技術(shù)在汽車零件制造成形過程中的實(shí)際應(yīng)用，為旋壓技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域得推廣提供借鑒。

關(guān)鍵詞：旋壓技術(shù)；汽車；零件制造；應(yīng)用

1 前言

當(dāng)前社會(huì)之中，汽車對于人們的重要性是不言而喻的，所以汽車零件在人們的日常生活之中也是經(jīng)常被接觸的。但是一些汽車零件制造過程之中的技術(shù)就不是那么的被人們所了解，本文旨在闡述旋壓技術(shù)在汽車零件制造的過程之中的應(yīng)用。希望能夠給予大家一些新的啟發(fā)。

2 旋壓技術(shù)概述

隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)的發(fā)展，我國汽車保有量急劇增加，到2015年已達(dá)到6800萬輛左右，汽車制造業(yè)成為我國制造業(yè)發(fā)展的重要支柱。同時(shí)，為緊跟經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，我國對汽車制造業(yè)提出了更高的要求，要求不斷提高汽車及其零部件的制造水平，提升國產(chǎn)汽車的質(zhì)量。而旋壓技術(shù)，這種無切削的加工工藝，不僅能夠保證汽車零部件在制造成形中保持較高的強(qiáng)度，同時(shí)能夠保證成形零部件壁厚均勻，零件符合標(biāo)準(zhǔn)化程度，特別適用于性能好、檔次高的各類機(jī)動(dòng)車輛的零部件加工制造。

日本是首個(gè)研制出旋壓機(jī)床并將旋壓技術(shù)廣泛應(yīng)用到汽車排氣管等零部件的生產(chǎn)實(shí)踐中的國家。隨后各國開始對旋壓成形技術(shù)進(jìn)行探索研究，2004年，德國開發(fā)研制出非圓形零部件的數(shù)控旋壓成形技術(shù)，成功用于橢圓形零部件的制造中；美國開發(fā)出第一臺(tái)非圓形截面零部件的全數(shù)控旋壓機(jī)床。旋壓技術(shù)不斷地發(fā)展，從單一形狀零部件加工逐漸發(fā)展為幾何形復(fù)雜化零部件的精準(zhǔn)制造成形。在汽車制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

金屬旋壓成形技術(shù)，即旋壓技術(shù)，是一種通過旋轉(zhuǎn)將受力從點(diǎn)傳遞到線、面，并結(jié)合一定方向的受力，使金屬塊件延受力方向均勻變形的先進(jìn)工藝。旋壓技術(shù)主要利用金屬材料的塑性變形和流動(dòng)變形性能處理的一種復(fù)雜過程。因此，只有具有一定塑性變形或流動(dòng)性的金屬材料才能夠使用旋壓技術(shù)處理成形。目前，我國所采用的旋壓成形技術(shù)是強(qiáng)力旋壓和普通旋壓相結(jié)合的處理技術(shù)。

2.1 旋壓技術(shù)的主要裝備

旋壓技術(shù)應(yīng)用裝備主要包括整形與整修模具、旋輪與芯模兩大部分。

整形與整修模具是指對于金屬材料的處理過程中的形狀處理及修整的模具。旋壓技術(shù)能夠通過整形模具對金屬毛胚進(jìn)行固定，確定材料軸度及平面度，以保證零部件加工質(zhì)量以及零件尺寸的精度；能夠通過整修模具，對旋壓初處理后的部件邊緣進(jìn)行精確修整，保證零部件的平整程度。

旋輪與芯模是指旋轉(zhuǎn)部件的主要組成設(shè)備，是保證旋壓技術(shù)精度的關(guān)鍵。旋輪能夠決定旋壓皮帶輪的尺寸以及輪槽的形狀。另外，因?yàn)樾龎簷C(jī)床在工作時(shí)，會(huì)與金屬毛胚接觸受到較大的摩擦力，從而產(chǎn)生較高溫度，造成機(jī)械旋輪損傷。因此，為保證旋壓機(jī)床正常運(yùn)行，需要保證旋壓材料具有較高的強(qiáng)度、硬度、韌性和耐磨性。

2.2 旋壓技術(shù)的分類

旋壓技術(shù)有多種分類方式。主要分類方式，即按照零部件的形狀分類。

旋壓技術(shù)可分為軸對稱旋壓和非軸對稱旋壓。軸對稱旋壓是傳統(tǒng)型的一種旋壓技術(shù)，主要包括普通旋壓和強(qiáng)力旋壓。普通旋壓在制造成形過程中，不會(huì)改變零部件的原始形狀、尺寸和性能，只是材料厚度會(huì)發(fā)生微小的變化；強(qiáng)力旋壓在制造成形過程中，對于零部件的原始尺寸、形狀、性能以及零部件的厚度都會(huì)有顯著的改變。軸對稱旋壓還可以根據(jù)金屬部件變形方向與旋輪變形方向的一致性劃分為正旋和反旋兩種旋壓方式。非軸對稱旋壓改變傳統(tǒng)固定金屬材料的方式，旋輪隨機(jī)床設(shè)備主軸旋轉(zhuǎn)，卡機(jī)既可以橫向、縱向運(yùn)動(dòng)也可以偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)非軸對稱零件的加工。非軸對稱旋壓可根據(jù)卡機(jī)運(yùn)動(dòng)方向分為偏心和傾斜兩種旋壓方式。

另外旋壓技術(shù)按照零部件成形的特點(diǎn)可以分為強(qiáng)力旋壓和普通旋壓兩大類。強(qiáng)力旋壓又可以分為流動(dòng)旋壓、剪切旋壓兩大類。按照成形時(shí)的溫度可分為冷旋（室溫旋壓）和熱旋兩大類。

3 旋壓技術(shù)的基本原理

3.1 普通旋壓原理

普通旋壓對零件的局部進(jìn)行加壓處理，并通過連續(xù)的旋轉(zhuǎn)完成零件的制造成形，應(yīng)用范圍非常廣泛。其成形原理主要是對旋轉(zhuǎn)軌跡、旋轉(zhuǎn)圓角半徑、進(jìn)給比等多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的精確確定。

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方面。旋壓運(yùn)動(dòng)可分為直線運(yùn)動(dòng)、曲線運(yùn)動(dòng)、直線與曲線相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)以及圓弧往返運(yùn)動(dòng)。旋壓需要進(jìn)行多道次的旋壓加工，不同道次可采用不同的運(yùn)動(dòng)軌跡相結(jié)合的方式，保證旋壓加工技術(shù)最優(yōu)。一般中間道次可以選擇漸近線等不同曲率的曲線型軌跡；后端線段與局部線段形式需要與成形零件封頭處形狀相符，以保證旋壓技術(shù)的精確。同時(shí)，旋壓道次應(yīng)盡量少，避免零件因多次旋壓發(fā)生開裂等問題，影響零部件質(zhì)量。

旋輪圓角半徑和進(jìn)給比方面。這兩個(gè)參數(shù)是零件壁厚的重要決定因素。當(dāng)旋輪圓角半徑過小或進(jìn)給比過大時(shí)，極易出現(xiàn)零件壁厚過薄或零件損傷等問題。在設(shè)置旋輪圓角半徑和進(jìn)給比這兩個(gè)工藝參數(shù)時(shí)，一般選擇較大的圓角半徑和較小的進(jìn)給比，以保證零部件壁厚。

目前，我國開始對旋壓技術(shù)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，將旋壓變形轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性的物理問題，以此分析計(jì)算金屬毛胚在旋壓道次中的變形，完成三維數(shù)值模擬，保證實(shí)驗(yàn)與實(shí)際情況相符，找到多道次普旋規(guī)律，為零部件的生產(chǎn)加工提供借鑒。

3.2 強(qiáng)力旋壓原理

強(qiáng)力旋壓分為正旋和反旋。其旋壓原理主要是利用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的剛塑形變形對金屬毛胚進(jìn)行縮徑、減壁。

縮徑處理。對于筒形零部件反旋處理時(shí)，旋輪會(huì)對零部件的兩側(cè)施加壓力，從而產(chǎn)生切向收縮變形，不斷加大壓力，當(dāng)部件收縮變形大于切向伸長變形時(shí)，零部件尺寸就會(huì)發(fā)生變化，部件直徑縮小。同時(shí)，當(dāng)零部件強(qiáng)旋時(shí)，由于零部件縮徑，金屬徑向開始延軸向流動(dòng)，零部件將會(huì)在軸向產(chǎn)生伸長變化。

減壁處理。強(qiáng)力旋壓成形的質(zhì)量取決于零部件減壁的程度。就需要利用三維剛塑性有限元法計(jì)算分析零部件正旋或反旋時(shí)產(chǎn)生的壓力，根據(jù)所需零部件的壁厚數(shù)值，確定合理的旋輪圓角邊境、進(jìn)給比等工藝參數(shù)，保證強(qiáng)力旋壓的技術(shù)質(zhì)量。

4 汽車旋壓零部件的制造成形

4.1 排氣管的制造成形

排氣管是汽車尾氣排放的重要部件，由于其形狀的復(fù)雜不規(guī)律性屬于三維的非對稱零件，可以采取非對稱旋壓方式制造成形。一方面，將復(fù)雜部件簡單化，利用沖壓工藝分別制造各組部件，然后以焊接方式完成部件的成形。但是焊接工藝可能因?yàn)榱慵^熱造成產(chǎn)品品質(zhì)發(fā)生變化，降低零件質(zhì)量；同時(shí)，也造成了零件加工工序的復(fù)雜性，最終導(dǎo)致零部件成形難度加大，廢品率增加，金屬原材料大量浪費(fèi)，產(chǎn)品生產(chǎn)成本增加。

另外利用三維非對稱旋壓方式，根據(jù)計(jì)算分析得出的圓角半徑和進(jìn)給比，借助機(jī)床裝備，同時(shí)以偏轉(zhuǎn)、傾斜運(yùn)動(dòng)，對零部件的橫向、縱向分別加壓，保證零部件尺寸、形狀、壁厚滿足使用需求，保證汽車排氣管的制造成形。

4.2 離合器、變速箱組件的制造成形

離合器、變速箱組件是汽車正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要組成部分，其質(zhì)量將決定汽車的整體性能。這部分組件大多屬于齒輪部件，一般傳統(tǒng)的齒輪采用模鍛或塊料的直接切削處理，齒輪加工存在一定難度，在滾齒、熱處理等過程中極易造成金屬塊料的浪費(fèi)。引入旋壓工藝，通過旋壓均勻的處理金屬材料，保證零部件加工流程的通暢，能夠有效地增強(qiáng)部件強(qiáng)度，提高零部件生產(chǎn)效率。

4.3 帶輪轂傳動(dòng)零件的制造成形

旋壓技術(shù)的關(guān)鍵原理即旋轉(zhuǎn)，皮帶輪和傳動(dòng)軸是其重要部件，而輪轂是轉(zhuǎn)動(dòng)軸的關(guān)鍵部件。輪轂的制造需要精確的尺寸和形狀，首先選取金屬棒在機(jī)床上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削得到初步成形的部件，然后將其放置在傳送裝置上，采取旋壓成形的方式對部件進(jìn)行再處理，最終形成滿足要求的輪轂。

4.4 氣瓶的制造成形

氣瓶是降低汽車尾氣，保證大氣環(huán)境的重要裝置。特別是在可持續(xù)發(fā)展的今天，人們對于環(huán)境問題更加關(guān)注，也越來越重視汽車尾氣的污染，為了保護(hù)環(huán)境，天然氣電力汽車將成為汽車發(fā)展的重要方向。根據(jù)天然氣的特性，天然氣電力汽車的能源儲(chǔ)備裝置氣瓶，更需要具有較高的耐壓性和氣密性。而傳統(tǒng)的沖壓、焊接方式生產(chǎn)的氣瓶會(huì)因?yàn)楹附涌跉饷苄源蟠蠼档?。旋壓技術(shù)則可以改進(jìn)此缺點(diǎn)，利用熱旋技術(shù)，根據(jù)材料特性采用感應(yīng)燈加熱方式，促進(jìn)零部件成形，從而有效地保證氣瓶的整體性。

4.5 車輪、輪盤和輪輞的制造成形

車輪、輪盤和輪輞的制造成形的關(guān)鍵在于減薄，應(yīng)當(dāng)在對零部件多道次旋壓時(shí)采取從底到口的處理方式，設(shè)置進(jìn)給比，對零部件的壁厚進(jìn)行連續(xù)均勻的減壁，利用旋壓技術(shù)能夠提高車輪、輪盤和輪輞的耐磨強(qiáng)度。

5 結(jié)論

旋壓技術(shù)作為現(xiàn)代汽車零部件制造成形的重要技術(shù)，不僅能夠大幅度改善汽車零部件的質(zhì)量，提升汽車組裝水平，同時(shí)能夠有效地縮短零部件生產(chǎn)制造周期，實(shí)現(xiàn)汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏琴香，阮鋒，任曉龍 .三維非回轉(zhuǎn)體薄壁空心零件的旋壓成形技術(shù) [C].全國第四屆鍛壓年會(huì)論文集 ： 612～ 614.

[2]李繼貞，李志強(qiáng)，余肖放 .我國旋壓技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 [A].第十屆旋壓交流大會(huì)論文 [C] .太原 ：中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)塑性工程分會(huì)旋壓學(xué)術(shù)委員會(huì)，2012.

[3] 申林，等 . 國外金屬旋壓發(fā)展概況 [C] . 第十二屆旋壓技術(shù)交流文集，2012.