一点关于旋压方面的资料

应"版大mm“的要求，发点旋压方面的资料！供大家参考！
  
旋压技术基本概念
  
　　金属旋压技术的基本原理相似于古代的制陶生产技术。旋压成型的零件一般为回转体筒形件或碟形件，旋压件毛坯通常为厚壁筒形件或圆形板料。旋压机的原理与结构类似于金属切削车床。在车床大拖板的位置，设计成带有有轴向运动动力的旋轮架，固定在旋轮架上的旋轮可作径向移动；与主轴同轴联接的是一芯模(轴)，旋压毛坯套在芯模(轴)上；旋轮通过与套在芯模(轴)上的毛坯接触产生的摩擦力反向被动旋转；与此同时，旋轮架在轴向大推力油缸的作用下，作轴向运动。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。
  
　　旋压成型有普通旋压和强力旋压成型两种。不改变坯料厚度，只改变坯料形状的旋压叫普通旋压成型；即改变坯料厚度,又改变坯料形状的旋压叫强力旋压成型。强力旋压成型所需要的旋压力较大,旋压机的结构一般也较复杂。强力旋压成型又依旋轮移动的方向与金属流动的方向，分为正旋和反旋。旋轮移动的方向与金属流动的方向相同，叫正旋；反之，称为反旋。同一种材料，反旋成型所需的旋压力较大。采用哪种旋压方式成型,要依据零件的形状和工艺要求确定。
  
　　旋压机的选型由旋压工艺及多种成型工艺条件要求确定。旋压机分强力旋压机和普通旋压机二大类型。强力旋压机又分双旋轮和三旋轮。还有用于特殊零件旋压的旋压机，如热旋压机、钢球旋压机等。  
  
　　我国金属旋压成型技术的发展历史近四十年，而在国防工业的应用研究尤为广泛，研究应用水平很高，特别是在旋压成型工艺及装备方面，已经处于国内领先地位。旋压机的设计和制造能力也很强。
  
未完待续！

旋压设备之一：双轮旋压机

强力旋压机

旋压产品举例！

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钢筒形件旋压的几个问题的探讨
  
  　
  
中国航天科技集团    710025  
  
  
  
              摘  要 某钢筒形件旋压具有良好的可旋性，通过该材料筒形件旋压方面出现的一些问题进行探讨，提出圆筒高精度旋压时工艺参数及剪切力对成型的影响。  
  
关键词      筒形件     旋压  
  
  
  
1概述  
  
广泛应用于航天飞行器金属壳体制造领域的某钢，因其良好的塑性、冲击韧性和强度成为旋压加工技术中的首选金属，从二十世纪八十年代初，7414厂开始对超高强度钢某及某A材料进行筒形件旋压工艺研究，经过二十余年的发展，到目前为止，共进行数十余种型号、规格的筒形件工艺研究，旋压加工范围从φ67~φ2500mm，长度从L700~L3600mm,壁厚从δ0.6~δ26mm,材料有锻坯、管坯、轧坯等，材料状态有退火、正火、及调质的正、反旋压，对该材料的旋压特性和工艺性研究取得了一定的成果。下面，就我们在某钢筒形件正、反旋压过程中的一些特点和问题进行如下探讨。  
  
2 工艺参数对圆筒旋压精度的主要影响  
  
某钢属于超高强度钢，其化学成份及机械性能见下表所示
  
表1化学成份及机械性能
  
化学成份
   
C
  Si
  Mn
  Cr
  Ni
  Mo
  V
  S
  P
  Cu
   
0.27~0.32
  0.4～1.7
  0.7～1.0
  1.0～1.3
  0.25
  0.4～0.75
  0.05~0.15
  ≤0.015
  ≤0.015
  ≤0.25
   
机械性能（淬火：930±10℃，回火300～330℃）
   
σb  (MP)
  σ0.2  (MP)
  δ %
  ψ  %
  αk  (J/CM2)
   
  ≥1620
  ≥1325
  ≥8
  ≥30
  ≥44
   
　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　  
  
可见该材料有良好的可旋性。这种材料的圆筒旋压精度受到很多因素的影响，尤其是对于大型薄壁工件，精度控制较为困难，例如，圆筒的收径和扩径受到材料热处理状态、毛坯的组织均匀性、圆筒自由端状态、旋轮圆角半径及进给比的综合影响，控制十分困难。适用于航天飞行器的产品，精度要求很高，因此，我们必须从工艺参数方面进行圆筒旋压的精度控制，经过二十余年的研究和工艺试验，我们认为，要获得高精度的正、反旋压圆筒，以下几个方面的因素非常重要。
  
2.1 设备和旋压工装因素  
  
“功欲善其事、必先利其器”，旋压设备运行处于良好状态是圆筒高精度旋压的必要条件之一，我们使用的设备基本都是国产的液压仿型设备，精度和可靠性较差。经常出现进给不稳和仿型爬行现象，要获得高精度的旋压工件，设备必须处于良好的运行状态。
  
另外，旋轮和旋压芯模制造和安装精度必须符合工艺要求，对于一米四以上直径的芯模，工作面全跳动不大于0.08mm，芯模加工精度见图1。旋轮型面跳动应小于0.03mm，只有这样，才能确保旋轮间隙调整的准确和可靠性，减小工件壁厚差，保证旋压产品精度。
  
   
   
   
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
图1芯模加工精度
  
  
  
  
  
图1  芯模加工精度 mm  
  
  
  
2.2 旋压毛坯加工状态和加工精度以及毛坯材料因素  
  
毛坯状态及精度对旋压圆筒的精度的影响是显而易见的，尤其是大型工件毛坯加工难度较大，内、外壁粗糙度和壁厚差很难满足旋压工艺要求，旋压过程中工件壁厚和形位精度也很难保证，大型旋压毛坯加工必须采用专用高精度车床进行加工，以达到工艺要求的厚度和直径尺寸精度，下面是φ1500mm圆筒反旋毛坯图。
  
另外，毛坯材料的组织均匀性对工件旋压精度的影响也很大，组织不均，碳化物偏析是大型某锻件的主要缺陷，由于它分布不均使得工件材料出现局部硬化，轻则出现工件厚度不均及马蹄形端面，重则旋裂。这种毛坯材料组织不均现象我们多次遇到，深受其害。一般的处理方式是将毛坯进行二次球化退火。
  
   
  
   
  
  
  
  
  
  
  
  
  
图2旋压毛坯
  
  
  
  
  
图2  反旋毛坯图  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
图2  反旋毛坯图  mm  
  
2.3 终旋道次减薄率和进给比、旋轮圆角半径因素  
  
对于大型高强度薄壁圆筒旋压精度的控制，存在工件顺利卸料和高精度旋压的矛盾，高精度旋压必须要有一定的贴模率，而贴模率过高必然给卸料带来困难，对于大型工件，卸料困难很容易导致工件和芯模的划伤甚至报废，通过多年的研究，我们发现大型薄壁工件旋压贴模率在80%到85%之间，既可以满足工件精度要求，又可以顺利脱模。要保证以上范围内的工件贴模率，还要满足工件的壁厚和直径公差，终旋道次减薄率和进给比、旋轮圆角半径是影响圆筒精度的主要因素，多次工艺试验结果表明，终旋道次减薄率在30%到35%之间，进给比1.4到1.6mm/r，旋轮圆角半径是工件厚度的1.2到1.5倍。其中终旋道次减薄率是主要因素，我们在同样的工艺条件下，将终旋道次减薄率降低到28%，无论选用什么样的工艺参数，工件都达不到收径目的。同时工件在终旋前最好是退火状态。硬化状态下工件虽然满足以上要求，但也很难收径。
  
3 切向力对工件旋压成型的影响  
  
按照传统的旋压成型理论，筒形件旋压变形主要是径向和轴向变形，因为旋压力主要是径向力，其次是轴向力，切向力很小。但对于超高强度钢某薄壁圆筒，由于旋压时产生非常大的旋压变形力抗力，使得切向力也很大的，导致材料沿切向产生变形，切向变形的程度与旋压的正反旋方式、道次减薄率、毛坯的材料状况等多种因素有关。对于筒形工件的正旋，毛坯材料在切向力的作用下沿切向流动，同时产生与流动方向相反方向的弹性切应力，随着工件长度的延伸，弹性切应力积累到一定的程度，工件弹性扭曲变形达到极限状态，弹性切应力逐渐减弱，工件弹性扭曲变形逐渐恢复到原始状态，在圆筒沿母线方向的各点变形分布为一条近似抛物线形状，随着道次减薄率的增加，这条近似抛物线的曲率变大。对于筒形工件的反旋，切向流动曲线为一条螺旋线，随着道次减薄率的增加，螺旋线螺距增大。切向变形的程度与工件道次减薄率有很大的关系，道次减薄率较小时，切向变形以弹性变形为主，工件表面质量较好。随着道次减薄率的增大，出现切向塑性变形，切向塑性变形不光使得工件外表面质量不好，而且，工件组织纤维状态也发生变化，工件内应力状态复杂，经过热处理后圆筒变形较大，旋压精度下降；另外，由于切向应力的作用，工件经过退火及调质后，产生沿母线方向分布的表面微裂纹。因而，导致产生切向变形的切向力对于旋压金属成型极为不利，必须尽量消除。  
  
为了有效的减少和消除筒形件旋压的切向力，我们采取如下措施：  
  
1) 工艺工装方面。工艺方面，尽量减少旋轮同工件的摩擦力，旋压冷却方式采用润滑油冷却，工件同旋轮之间涂抹胶体二硫化钼油膏。工装方面，尽量减少旋轮圆角半径，从而减少旋压力，另外，减少旋轮旋转阻力，使旋轮运转自如。我们曾为了提高旋轮安装精度，将旋轮轴承调节过紧，旋压时旋轮接触面与工件摩擦力太大，工件发生很大的扭曲变形而报废。  
  
2) 将退火改为调质状态下旋压。由于某钢调质状态下强度很高，一般因旋压力不够采用退火状态下旋压，在大型薄壁圆筒终旋道次由于工件壁厚较薄，道次减薄率较大，退火状态下薄壁圆筒的强度和刚度都很小，旋压时很容易发生扭曲变形，如果在调质状态下旋压，情况恰恰相反，旋压切向力就会明显降低。  
  
3) 减小旋轮成型圆角半径和降低工件道次减薄率综合作用。单方面的降低工件道次减薄率无法保证旋压加工精度，那么在此状况下，采用减小旋轮成型圆角半径、适当增加进给比的工艺方式既可弥补因降低工件道次减薄率导致工件旋压精度降低，又可有效的减少旋压切向力对成型的影响。  
  
4  圆筒旋压裂纹状况分析  
  
某钢作为航天飞行器旋压圆筒材料有其很多优点，这种钢对锻件和轧件工艺要求很苛刻，微小的组织不均可能导致旋压裂纹的产生，多年来，我们对某钢旋压毛坯状态进行较为深入的研究，分别对自由锻件、模锻件、环轧件、轧板件材料进行过多次工艺试验，其中环轧件和模锻件出现的裂纹要少一些， 某钢圆筒产生旋压裂纹有很多方面的影响因素，如设备、工艺工装、材料、毛坯机加等方面，但工艺方面和材料方面的因素是主要的。  
  
在对某钢圆筒旋压工艺研究初期，我们对这种材料的技术状态了解不多，工艺研究主要借助前人的经验，旋压工件内外表面裂纹和划伤经常出现，有时以表面微裂纹的形式出现，有时以大面积的鱼鳞斑起皮形式出现，并伴有不同程度的内壁划伤，有时出现旋压撕裂。经过分析，表面裂纹产生的原因，一般因为材料在硬化状态下强度增加而塑性下降，旋压变形率大于材料极限减薄率时产生；鱼鳞斑起皮的原因是旋压时由于设备因素导致旋轮进给不稳产生表面折叠；划伤是由于硬质异物进入圆筒或者折叠后从圆筒表面掉下的细小金属进入圆筒所致；旋压撕裂有两方面的原因，一是材料原因，毛坯材料在锻造或环轧时，由于细小的碳化物没有被压碎，分布在机体中形成材料组织不均，一般需进行二次球化退火处理，有时由于碳化物分布密度较大，材料局部出现硬点，旋压时从该点产生应力集中而旋裂。这种原因对大型工件由于毛坯加工困难出现的概率较多，小型工件出现很少。二是工艺问题，旋轮成型角偏大、压下量过大，金属材料流动不畅，产生旋压堆积，导致撕裂。实验证明，采用旋轮成型角小于等于30度、道次减薄率小于40%，不会因堆积而产生旋裂。  
  
5 结论  
  
应用某钢材料进行筒形件正、反旋压，材料状态和工艺参数对旋压精度和质量影响很大，通过多年工艺试验，我们对该材料的旋压特性和旋压工艺有了较为深入的研究，并在大型薄壁圆筒的精度控制方面取得成功，解决了大型航天飞行器金属壳体薄壁圆筒的加工技术难题，对旋压纵横向裂纹、旋压表面划伤和直径控制提出了有效的解决方法。  
  
参考文献  
  
[1]  王成和等  《旋压技术》  1986年 机械工业出版社  
　
  
   
   
   
　

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