李永杰 楊華

摘 要：本文介紹了薄壁深筒銅零件的旋壓成型工藝參數(shù)，詳細(xì)分析了影響旋壓零件質(zhì)量的各方面因素，對(duì)類(lèi)似薄壁深筒零件的旋壓加工起到了借鑒作用。

關(guān)鍵詞：薄壁深筒;旋壓;成型工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.013

1 旋壓成型

旋壓成型是將毛坯固定在旋壓機(jī)的芯模上，由主軸帶動(dòng)芯模和毛坯旋轉(zhuǎn)，依靠主芯模和成型旋輪使毛坯材料產(chǎn)生連續(xù)的，逐點(diǎn)的塑形變形，從而獲得各種形狀的空心旋轉(zhuǎn)體零件。同機(jī)械加工比較，旋壓成型節(jié)約了大量的原材料和加工周期，同沖壓成型比較，減少了多次沖壓拉伸需要的模具和工序，節(jié)約了大量的人力成本和場(chǎng)地成本。同焊接成型比較，旋壓成型可消除縱向焊縫，減少環(huán)形焊縫，提高了產(chǎn)品質(zhì)量性能。旋壓過(guò)程中材料產(chǎn)生晶粒細(xì)化，提高了產(chǎn)品的材料性能。由于旋壓工藝的先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，不僅在航空、航天等金屬精密加工技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位，而且在化工、機(jī)械制造、電子及輕工業(yè)等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

2 深筒薄壁零件旋壓加工

2.1 深筒薄壁零件介紹

下圖1所示零件為薄壁深筒零件，大端直徑Φ340，周邊1.2°斜度，長(zhǎng)為470mm，成型后壁厚為2mm，材料為紫銅。綜合了機(jī)械加工（材料消耗大、有切屑、須做內(nèi)模工裝、加工時(shí)間長(zhǎng)）、沖壓成型、焊接成型（加工工序多、有焊縫、須焊后處理）、旋壓成型等其它加工方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，決定成型工藝使用旋壓成型工藝。

2.2 旋壓加工

（1）毛坯。1）毛坯材料的要求：毛坯表面不得有劃痕，裂紋，銳邊和毛刺，毛坯內(nèi)部不得有隔層、夾渣、裂紋等缺陷。如有上述缺陷，旋壓中毛坯表面和內(nèi)部的缺陷會(huì)被放大，出現(xiàn)開(kāi)裂、內(nèi)裂現(xiàn)象。另外毛坯在旋壓過(guò)程中由于塑性變形會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力，致使材料硬化嚴(yán)重，所以需要在旋壓前對(duì)毛坯進(jìn)行退火處理加以軟化，進(jìn)一步提高它的塑形變形能力。2）毛坯尺寸大小的確認(rèn)，上圖零件材料展開(kāi)直徑約為Φ820，考慮到旋壓機(jī)床受限，旋壓深度大于壁厚的230倍以上，進(jìn)一步增加了旋壓的難度;旋壓成型在變形過(guò)程遵循體積不變的原則，所以增加材料的厚度同時(shí)減小材料的直徑，即選擇普通旋壓與強(qiáng)力旋壓相結(jié)合的方法進(jìn)行成型，普通旋壓主要是改變坯料的形狀，材料壁厚基本不變或改變較少的一種旋壓成形過(guò)程。強(qiáng)力旋壓即在旋壓過(guò)程中不但改變坯料的形狀而且通過(guò)坯料厚度的減薄來(lái)實(shí)現(xiàn)成型。再結(jié)合旋壓機(jī)的工作范圍，確定選擇直徑Φ620厚度8mm的紫銅板作為加工毛坯。

（2）芯模。芯模在運(yùn)動(dòng)中承受強(qiáng)大旋壓力，對(duì)工件變形起到支撐作用，保證了工件的內(nèi)壁形面，在旋輪的共同作用下迫使材料屈服變形，變形過(guò)程中受到較大的摩擦力，因此芯模材料要有較高的強(qiáng)度、剛度和硬度，一般材料選用淬火后回火硬度HRC50以上的工具鋼。在旋壓時(shí)芯模外表面與毛坯內(nèi)表面緊密貼合，因此芯模外表面粗糙度要低，便于毛坯的流動(dòng)，芯模的外形尺寸按照工件的內(nèi)形尺寸來(lái)確定，并考慮工件旋壓后銅材料回彈量和熱縮量0.2-0.3mm。

（3）旋輪。旋輪工作時(shí)與毛坯直接接觸，承受著巨大的接觸壓力，劇烈的磨擦和一定的工作溫度。旋輪的表面狀況（形狀尺寸、精度、硬度、粗糙度）和耐熱性直接反映到工件的外表面上，因此旋輪材料必須有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度和耐熱性。旋輪可分為圓弧式、雙錐面式、臺(tái)階式等形式，旋輪的圓角半徑R一般為壁厚的1～3倍，大的圓角半徑R可以使變形毛坯的前后重疊部分增加，提高旋壓件的表面光潔度，但大的圓角半徑R使材料的軸向流動(dòng)困難，工件起皺，而R過(guò)小則會(huì)在毛坯表面造成切削現(xiàn)象，產(chǎn)生軌跡狀表面，降低表面光潔度。本次旋壓旋輪選為圓弧式，圓角半徑取R20mm，安裝角為20°。

（4）旋壓工藝參數(shù)的設(shè)定。影響旋壓成型的工藝參數(shù)很多，這些工藝參數(shù)的選擇直接決定了毛坯在強(qiáng)力旋壓時(shí)的變形過(guò)程，影響著旋壓件是否順利成型，產(chǎn)品質(zhì)量是否合格。因此合理的選擇旋壓工藝參數(shù)是保證旋壓成功的關(guān)鍵步驟。其主要工藝參數(shù)有：減薄率、旋壓次數(shù)、進(jìn)給比、旋輪圓角半徑。

減薄率ε=（t0-tf）/t0。

tf—旋壓件的壁厚，t0—毛坯的壁厚。

本次旋壓毛坯壁厚為8mm，旋壓后的壁厚取2.5mm，根據(jù)公式計(jì)算出本次旋壓的總減薄率ε為68.75%，減薄率越大，則標(biāo)志著強(qiáng)力旋壓的變形程度越大，材料變形愈劇烈，根據(jù)總減薄率在50%以下的旋壓1次成型，總減薄率在50%～70%的旋壓2次成型，總減薄率在70%以上的旋壓3～4次成型的工藝積累，本次旋壓采用兩次進(jìn)行，兩次旋壓減薄率的分配，考慮有利于旋壓件成型和旋壓件質(zhì)量，在本次旋壓第一次減薄率為45%，第二次減薄率為43%，在兩次中間增加熱處理工序以釋放旋壓中產(chǎn)生的應(yīng)力、軟化材料組織增加可旋性。

進(jìn)給比是指芯模旋轉(zhuǎn)一周，旋輪的進(jìn)給位移量，單位為mm/r，進(jìn)給比直接影響到旋壓件是否能夠成型。在滿足成型的要求下，進(jìn)給比盡量取大一些，以提高旋壓件的表面質(zhì)量。本次旋壓進(jìn)給比選擇在1～2mm/r。

圖2為第一次旋壓后半成品和第二次旋壓后成品。要旋壓出符合設(shè)計(jì)要求的零件，在旋壓過(guò)程中碰到的開(kāi)裂、起皺、鼓包、壁部斷裂等缺陷問(wèn)題，不僅要協(xié)調(diào)減薄率、進(jìn)給比、旋輪圓角半徑，而且要考慮毛坯表面質(zhì)量、內(nèi)部缺陷等材料因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，另外芯模、頂桿裝置等設(shè)備因素也是影響產(chǎn)品質(zhì)量不可或缺的因素，只有在實(shí)際生產(chǎn)中綜合考慮，才能選出最合適的工藝參數(shù)。

3 結(jié)論

旋壓成型技術(shù)作為金屬回轉(zhuǎn)體加工中新興的一種特種成型技術(shù)，自產(chǎn)生以來(lái)，已經(jīng)做了大量的理論研究工作，應(yīng)用也日益廣泛，但對(duì)旋壓超薄壁件的研究相對(duì)甚少，尚沒(méi)有形成較為全面、系統(tǒng)、可靠的超薄壁旋壓基礎(chǔ)理論及質(zhì)量控制體系給予技術(shù)支持。上述深筒薄壁銅零件的旋壓成型工藝對(duì)類(lèi)似深筒薄壁零件旋壓提供了很好的借鑒作用。在實(shí)際加工中，還需要通過(guò)不斷的試驗(yàn)和積累，才能選出合適的加工方案，旋壓加工出合格的產(chǎn)品。

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