第一讲 旋压成形技术

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一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 6）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，能旋压有色金属、黑色金属以及含 钛、钼、钨、钽、铌一类难变形的合金金属. • 7）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 起到了对制品的自动检验的作用。 • 8）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，一些需要多次冲压 的制件，旋压一次即可制造出来。降低了模具 5 2014-3-22
一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 2、旋压成形工艺的特点： • 1）在旋压过程中，旋轮（或钢球）对坯料逐点施压，接 触面积小，单位压力可达250～350公斤力/毫米2以上，对 于加工高强度难变形材料，所需总变形力较小，从而使功 率消耗大大降低。 • 2）坯料的金属晶粒在三向变形力的作用下，沿变形区滑 移面错移，滑移面各滑移层的方向与变形方向一致，因此， 金属纤维保持连续完整。由于金属晶格结构应变，旋压制 品的强度、硬度、抗拉强度和屈服极限都有所提高。 • 3）强力旋压可使制品达到较高的尺寸精度和表面光洁度。 在旋压过程中，旋轮不仅对被旋压的金属有压延的作用， 还有平整的作用，因此制品表面光洁度高，一般可达 2014-3-22 ▽5～6，最好的可达▽8～9，经过多次旋压可达▽10。 3
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二、普通旋压成形技术
• 5）旋轮轨迹的设定 • 无论在哪种旋压方式下，旋轮的运动轨迹 都是一个重要的工艺要素，平板拉深旋压 成形曲母线形和筒形件时，旋轮可按渐开 线轨迹运动。渐开线的方程为：（叶山益 次郎） • X=a(cosβ+βsinβ) • Y=a(sinβ-βcosβ) • 式中 a——基圆半径 2014-3-22 21
一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
国外技术先进的国家，其旋压技术已日臻 成熟。国内旋压技术近年来发展迅速，随 着对外引进和自主创新能力的提高，与国 外先进国家旋压技术的差距正在缩短。
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二、普通旋压成形技术
• 普通旋压成形作为发展较早的一项旋压成 形技术，具有悠久的历史。工艺装备技术 发展经历了由手工到机械、由靠模仿型到 录返、数控的全过程。由于零件种类繁多， 所以普旋的成形设备也较为复杂多样。随 着数控技术的发展，数控设备在普旋设备 中的比例明显增加
二、普通旋压成形技术
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二、普通旋压成形技术
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二、普通旋压成形技术
• 3、普通旋压工艺的制定 • 首先对零件图进行分析，在综合材料、尺 寸的精度、结构的基础上拟定工艺方案。
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二、普通旋压成形技术
• 4、拉深旋压 • 拉深旋压简称拉旋，是在芯模上利用旋轮将平板坯 料加工成空心轴对称工件的方法。芯模的外形是工 件的内形，芯模与坯料同步旋转的同时，旋轮与坯 料保持局部接触，作用力较小，多采用单旋轮成形。 拉旋也是应用最广泛的普旋形式之一。 通常我们 所说的普通旋压机，严格意义上讲就是拉深旋压机。 • 典型产品：弹箭头罩、灯具、封头及回转类装饰品。
一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 3、旋压工艺的分类 • 按照旋压的变形特点，旋压工艺可分为普通旋压和强力旋压（变薄旋 压），简称普旋和强旋。普通旋压属材料形状改变，强力旋压属于材 料厚度变化。 • 按照旋压的变形条件，旋压工艺可分为热旋压和冷旋压两类。冷旋压 在室温状态下进行，热旋压则是将工件加热到一定温度下进行。热旋 压主要是用于塑性差的难成形材料及旋压变形量大的场合。 • 按照旋压件的形状特点，旋压工艺可分为筒形件旋压和异形件旋压两 类。由于旋压件都是在其自身的旋转运动中成形的，因此所有的旋压 件都是旋转体零件，例外的只是旋出母线的形状及其与旋转轴线的相 互位置关系不同而已。 • 由于旋压设备的自动化程度的不断提高，旋压工艺技术的不断改进， 使得旋压技术在原有基础上又派生出了多种旋压成型方法，例如：超 声波旋压法、通用芯模旋压法、斜扎式旋压法、多旋轮的错距旋压法、 劈开旋压法、射流旋压法等。
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二、普通旋压成形技术
• 1、普通旋压成形的变形特征 • 普通旋压主要是改变坯料的形状，壁厚基本 不变或改变较少的一种旋压成形过程。普通 旋压主要通过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型坯料作 进给运动而旋压成形。
二、普通旋压成形技术
7）拉旋设备（德国、西班牙、日本、国内）
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二、普通旋压成形技术
7）拉旋设备（德国、西班牙、日本、国内）
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二、普通旋压成形技术
• 5、缩口旋压 • 三种旋轮行程 见图。缩口采 用往程旋压易 使坯料减薄， 采用回程旋压 则相反，二者 的复合可减少 壁厚差。典型 产品：汽车消 声器 。设备： 日本、国内。
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二、普通旋压成形技术
• 6、瓶体收口及封底 • 瓶体收口及封底可采用特殊型面的旋轮或翻板旋压，在 高转速下经多道次进给，借助空气模（无芯模）成形。旋 轮运动时的轨迹使其轴线始终平行于工件表面，并保持平 直段与工件处于完全接触之中。 • 加热是瓶体收口及封底的重要工艺因素，合金钢瓶体收 口及封底，坯料可以采用机外加热，机上保温的方式。封 底在最终封底前，还需要高温切割具，吹去氧化皮，增加 局部温度，实现底部最终的无缝封合。铝合金只能收口， 不能封底，收口可与加热同时进行。合金钢瓶体收口及封 底加热温度在800℃以上，温度范围较宽；铝合金瓶体收 口加热温度在400℃左右，温度范围较窄。 2014-3-22 26 • 设备：德国、西班压、国内。
一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 最古老旋压设备主要是由人力驱动，使用 棒形工具使坯料成形。后来又借助于水利 和蒸汽动力驱动。初级阶段，主要用于薄 壳零件的批量生产；因受限于操作者技术 的熟练程度和体力，发展受到制约。我国 早期的工艺品制胎和铜铝制品曾采用手工 旋压成型。电动机的出现，使得旋压机的 主轴可以采用电机驱动，进而旋压工具也 由原来的木质擀棒逐渐改用金属旋轮，使 得旋压技术有了重大的突破，其应用范围 2014-3-22 8
一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 4）制品范围很广。根据旋压机的能力可以制作大直径薄 壁管材、特殊管材、变截面管材以及球形、半球形、椭圆 形、曲母线形以及带有阶梯和变化壁厚的几乎所有回转体 制件，如火箭、导弹和卫星的鼻锥和壳体；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、燃烧室锥体以及波纹管；干燥机、搅 拌机和洗涤机的转筒；封头、车轮和气瓶；以及超宽度7 米左右、长9米左右的板材（即将旋压的大直径管材剖开 压平而成）。 • 5）同一台旋压设备可进行旋压、接缝、卷边、缩颈、精 整等加工，因而可生产多种产品。同时产品规格范围大。
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二、普通旋压成形技术
• 2、普通旋压的工艺优点： • 1）模具制造周期较短，模具费用低于整套冲压 模具50％～80％左右。 • 2）近似为点变形，旋压力比冲压力低。 • 3）可在一次装卡中完成成形、切边、制梗、咬 接等多道工序。 • 4）可以成形其他成形方法难以成形或不能成形 的钛、钨等稀有金属，并且旋压时实现加热较 其它工艺加热成形方便。 • 5）制品范围广。普通旋压可以成形出球形、椭 2014-3-22 球形、曲母线形、杯形、锥形及变截面带台阶
旋压成形技术
主讲教师：程万军
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一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
• 1、旋压成形的概念 • 旋压是综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、 环轧、横轧和滚压等工艺特点的少、无切削 的先进加工工艺，广泛地应用于回转体零件 的加工成形中。是根据材料的塑性特点,将 毛坯装卡在芯模上并随之旋转，选用合理的 旋压工艺参数，旋压工具（旋轮或其他异形 件）与芯模相对连续地进给，依次对工件的 极小部分施加变形压力,使毛坯受压并产生 连续逐点变形而逐渐成形工件的一种先进塑 2014-3-22 2 性加工方法。
二、普通旋压成形技术
• 6）进给比 • 进给比是旋轮纵向进给速度与主轴转速的 比值。 • 拉旋进给比的选择取决于旋轮的几何形状， 坯料的力学性能，工件的表面质量。进给 比选择范围在0.5～5.0mm/r之间。材料的 韧性好，工件形状简单，进给比取大值； 工件形状复杂，进给比取小值。 • 提高进给比可以提高效率，但对初期道次 需相应减小起旋点仰角，以防止起皱。减 2014-3-22 22 小进给比有助于改善表面粗糙度，过小进
• 3）拉伸系数 • 拉伸旋压坯料的变形程度可采用拉伸系数m 表示，即：m=D/D0,D为工件的直径，D0为 坯料的直径。对于多道次拉深旋压，系数 mn是相邻两道次直径之比：m1=D1/ D0; m2=D2/ D1┄┄mn=Dn/ Dn-1。拉深系数m 的极限值与金属的性能和状态有关，并受 工件的壁厚、直径、及结构等影响。通过 选择合理的拉伸系数确定旋压道次。
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一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
5、旋压成形技术国内外的发展 我国旋压技术发展始于 20 世纪 60 年代初 期，先后有北京有色金属研究总院、北京航 空工程研究所、中国兵器工业第五五研究 所、、北京航空航天大学等单位率先开展旋 压技术工艺和设备的研究。随后，兵器、航 空、航天、核工业、汽车等行业也陆续开展 了旋压技术研究与开发。据不完全统计，当 前全国从事旋压技术的单位不断增加，拥有 旋压设备近千台，从事旋压技术的人员数以 2014-3-22 9 千计。目前、大型旋压设备国产数量与进口
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二、普通旋压成形技术
• 4）拉旋转速 • 拉旋时工件转速适度增大有助于增加变形 的稳定性，工件的转速与材料、壁厚、直 径、及设备的刚度有关，常用圆周速度表 示。常用材料圆周速度选择的参考数据如 下： • 纯铝200～750m/min ； • 阴极铜150～450m/min ； • 黄铜200～650 m/min ； 2014-3-22
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一、旋压的概念、特点、分类及发展简介
4、旋压成形技术发展简介 旋压技术作为一种先进的工艺加工方法 与我国古代的陶瓷制坯作业相似，并有源 于中国之说。据文献记载，我国远在公元 前3500年至4000年的殷商时代就已采用旋 压制作陶瓷制品；至今我国陶瓷器的加工 仍保留了旋压技术的特点。这种制陶工艺 发展到约十世纪初就孕育出了金属普通旋 压工艺，当时将金属（如银、锡和铜等） 薄板旋压成各种瓶、罐、壶和盘等容器 2014-3-22 （或装饰品）。我国唐代银碗的表面有旋 7
二、普通旋压成形技术
• 2）坯料的制备
• 坯料直径按等面积原则进行计算，考虑工 件适量减薄，坯料直径应小于计算值的3 ％～5％。薄璧工件拉伸旋压时，坯料应先 将边缘预成形，以防止在前期旋压道次中 起皱，并提高工效。坯料外缘光滑整齐有 利于防止旋压中边缘开裂。
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二、普通旋压成形技术
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二、普通旋压成形技术
1）拉深旋压应力应变状况
εr
f r Ⅱ 毛 坯 R Ⅰ 工 件 t0 芯 模
D1 D2 D0 DR
σz
3
σθ σz σr εz
1 2
εz εr εθ σr σz σz σθ εz εθ
n
εr
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二、普通旋压成形技术
• 1）从上图可看出 • 未成形区①的凸缘坯料与旋轮型面Ι接触，， 产生拉伸变形，坯料承受轴向拉应力，切 向和径向压应力，呈两向压缩、一向拉伸 的体积应变状态。 • 变形区②的坯料与旋轮圆角Ⅱ及芯模接触， 产生扎压与弯曲变形。承受轴向拉应力， 切向压应力，厚度方向有压应力σr，呈一向 拉伸、两向压缩的体积应变状态。 2014-3-22 17 • 已变形区③产生拉伸变形，为轴向伸长、