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汇报人:马肖锋金属旋压成形工艺中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第2页汇报提纲一、旋压的概念、特点、分类及发展简介二、普通旋压成形技术三、强力旋压成形技术四、特殊旋压成形技术五、建议中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第3页一、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性加工方法。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第4页一、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。。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，中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第5页一、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；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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第6页一、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第7页一、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第8页一、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（或装饰品）。我国唐代银碗的表面有旋压痕迹，这充分表明我国的普通旋压成形技术可追溯到唐代。这项技术，13～14世纪先传到欧洲。1840年前后，旋压技术又由约旦传到美国。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第9页一、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，其应用范围和加工能力大大地扩大和提高。在18世纪60年代末期，德国出现了第一个金属旋压技术的专利。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第10页一、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千计。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第11页一、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第12页二、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中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第13页二、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第14页二、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、椭球形、曲母线形、杯形、锥形及变截面带台阶的异形薄壁回转体零件。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第15页二、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第16页二、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、灯具及回转类装饰品。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第17页二、普通旋压成形技术σzσzσzσθσrεzεrεrεzεθεzεrεθσθσzσr321fDRD0D2D1RrⅡⅠt0毛坯芯模n工件1）拉深旋压应力应变状况中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第18页二、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。已变形区③产生拉伸变形，为轴向伸长、壁厚减薄呈平面应变状态。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第19页二、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第20页二、普通旋压成形技术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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第21页二、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200～650m/min；不锈钢250～550m/min；拉伸钢300～500m/min。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第22页二、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β——起旋点仰角中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第23页二、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。减小进给比有助于改善表面粗糙度，过小进给比易造成局部减薄，不贴膜。采用反推辊时适当加大进给比可防止坯料减薄过多，常用进给比f=0.5～3.0mm/r。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第24页二、普通旋压成形技术7）拉旋设备（德国、西班牙、日本、国内）中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第25页二、普通旋压成形技术7）拉旋设备（德国、西班牙、日本、国内）中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第26页二、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。中国兵器工业集团第五五研究所汇报时间2019/10/3第27页二、普通旋压成形技术6、瓶体收口及封底瓶体收口及封底