GBT 43479-2023 金属旋压成形性能与试验方法 成形性能、成形指标及通 用试验规程（正式版）

金属旋压成形性能与试验方法成形性能、成形指标及通用试验规程2023-12-28发布国家标准化管理委员会I前言 l2规范性引用文件 3术语和定义 4金属旋压成形性能指标 25金属旋压成形性能试验的通用性操作步骤 6试样准备 37试验旋轮、芯模与尾顶 48试验辅助装置与机床 69试样润滑与冷却 710预试验 711正式试验 812数据采集与计算 813试验报告 附录A(资料性)旋压成形技术的分类 附录B(资料性)金属旋压成形性能与材料力学性能的关系 附录C(资料性)旋压力估算公式 附录D(资料性)金属旋压成形性能试验的缺陷状态判断方法 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国锻压标准化技术委员会(SAC/TC74)提出并归口。本文件起草单位：华南理工大学、内蒙古航天红岗机械有限公司、中国机械总院集团北京机电研究所有限公司、宝山钢铁股份有限公司、广州民航职业技术学院、广州光雷机电设备技术有限公司。1金属旋压成形性能与试验方法成形性能、成形指标及通用试验规程1范围本文件规定了金属材料室温旋压成形的成形性能、成形指标，并描述了性能试验的通用性操作步本文件适用于金属拉深旋压、缩径旋压、剪切旋压与流动旋压等旋压成形性能的检测，也适用于金属非轴对称件缩径旋压与非圆横截面件旋压等特种旋压成形性能的检测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法GB/T8541锻压术语GB/T38959高强度钢强力旋压工艺规范3术语和定义GB/T228.1、GB/T8541和GB/T38959界定的以及下列术语和定义适用于本文件。金属旋压成形性能metalspinningformability单道次旋压成形时，金属材料不发生破坏(起皱、破裂、起皮或隆起等缺陷)所能达到的变形能力，即材料在旋压成形时能够顺利成形并满足质量要求的能力。极限拉深旋压系数limitdeep-drawingspinningcoefficient拉深旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，单道次旋压所能成形出的最小旋压件直径与坯料直径的比值。极限半锥角limithalfconeangle剪切旋压成形时，在不产生起皱、起皮或破裂的情况下，单道次旋压所能成形出的旋压件母线与工件轴线的最小夹角。极限减薄率limitthinningratio剪切旋压成形时在不产生起皱、起皮或破裂的情况下，流动旋压成形时在不产生起皮、破裂或隆起的情况下，坯料原始厚度和单道次旋压所能成形出的最小旋压件壁厚之差与坯料原始厚度的比值。2极限缩口系数limitneckingcoefficient缩径旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，单道次旋压所能成形出的最小旋压件直径与坯料直径的比值。偏心类非轴对称件缩径旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，单道次旋压所能成形出的旋压件轴线最大偏移量与坯料直径的比值。极限倾斜角limitobliqueangle倾斜类非轴对称件缩径旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，单道次旋压所能成形出的旋压件轴线最大倾斜角。直边面极限相对高度limitrelativeheightofstraightedgesurface直边圆角形非圆横截面件旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，旋压件所能达到的最大高度与大端面直边长度的比值。圆角面极限相对高度limitrelativeheightoffilletsurface直边圆角形非圆横截面件旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，旋压件所能达到的最大高度与圆角直径的比值。直边圆角形非圆横截面件旋压成形时，在不产生起皱或破裂的情况下，旋压件所能达到的最小圆角半径与大端面直边长度的比值。4金属旋压成形性能指标传统旋压成形技术分类及工艺示意图如附录A中图A.1、图A.2所示，特种旋压成形技术分类及工艺示意图如图A.3、图A.4所示。金属旋压成形性能与材料力学性能的关系见附录B。不同旋压成形工艺下的成形性能指标，如表1所示。表1常用的金属旋压成形性能指标序号旋压成形工艺成形性能指标1拉深旋压极限拉深旋压系数mjim2缩径旋压极限缩口系数mn.lim3剪切旋压极限减薄率Tim或极限半锥角αlim4流动旋压极限减薄率Pim5非轴对称件缩径旋压偏心类极限缩口系数mn.im、极限相对偏移量δ'm倾斜类极限缩口系数mn.im、极限倾斜角φlim6非圆横截面件旋压直边面极限相对高度H'、圆角面极限相对高度H'、极限相对圆角半径R'35金属旋压成形性能试验的通用性操作步骤5.1金属旋压成形性能试验宜在10℃~35℃环境温度下进行。如有严格要求，实验室温度可控制为5.2金属旋压成形性能试验过程包含下述通用性操作步骤：a)试样准备；c)试验辅助装置与机床；d)试样润滑与冷却；e)预试验；f)正式试验；g)数据采集与计算；h)试验报告。6试样准备6.1.1拉深旋压、剪切旋压及非圆横截面件旋压试验的试样选取部分应避开金属板坯的料头和边6.1.2缩径旋压、流动旋压及非轴对称件缩径旋压试验的试样选取部分应避开金属管坯或筒坯两端边6.2.1拉深旋压、剪切旋压及非圆横截面件旋压试样采用板坯，可用冲压落料或线切割等方法制备并加工中心孔和防转孔，中心孔直径为10mm～15mm,防转孔直径为5mm～10mm,中心孔与板坯外圆同轴度不大于0.05mm,孔中心距不小于20mm;缩径旋压、流动旋压及非轴对称件缩径旋压试样采或通过无损检测等仪器检查确保无微裂纹等缺陷。6.2.3试样不应使用校平机进行冷、热校形或敲打修整，且应对试样注明其热处理状态。6.2.4若对试样厚度尺寸偏差要求小于0.1mm时，应在试样制备工作完成后，在拉深旋压、剪切旋压及非圆横截面件旋压的板坯试样上选取如图1所示的3个部位，在缩径旋压、流动旋压及非轴对称件缩径旋压的管坯或筒坯试样上选取周向8个测量点、轴向8个测量点测量厚度，如图2所示，并计算平均值作为试样的实测厚度，测量精确到0.01mm。4标引说明：1——成形区；2——非成形区；3——防转孔；4——中心孔；5～7——测量点；l——中心孔与防转孔的孔中心距，单位为毫米(mm)。图1板坯厚度测量点a)周向测量点b)轴向测量点标引序号说明：1～8——测量点。图2管坯及筒坯厚度测量点6.2.5试样的表面粗糙度不应大于Ra3.2μm。6.2.6试样的厚度差不应大于0.1mm。6.2.7按GB/T228.1的规定测试抗拉强度，同一批试样的抗拉强度相对差值不应大于10%(相对差值为最大值与最小值之差与平均值的比值)。6.2.8试样应按具体试验要求分组、编号。6.2.9试样若暂时不用，应将其涂油防锈并妥善保存。7试验旋轮、芯模与尾顶7.1旋轮与芯模7.1.1根据旋压成形工艺选用对应的旋轮和芯模，如表2所示。5表2旋轮和芯模的类型旋压成形工艺旋轮芯模拉深旋压分标准圆弧形旋轮分圆柱形芯模剪切旋压rp.rp.半长轴a*b椭球形芯模半长轴a*b流动旋压F"r5圆柱形芯模5双锥面旋轮B,缩径旋压标准圆弧形旋轮hi5圆弧端面芯模hi5非轴对称件缩径旋压标准圆弧形旋轮无需芯模非圆横截面件旋压标准圆弧形旋轮异形芯模6表2旋轮和芯模的类型(续)旋压成形工艺旋轮芯模标引符号说明：r。——旋轮圆角半径，单位为毫米(mm);Dg——旋轮直径，单位为毫米(mm);a。——旋轮成形角，单位为度(°);β。——旋轮压光角，单位为度(°);δ。——旋轮退出角，单位为度(°);l。——旋轮光整段长度，单位为毫米(mm);0m——芯模圆角半径，单位为毫米(mm);dm——芯模直径，单位为毫米(mm);a——椭球形芯模的长半轴长度，单位为毫米(mm);b——椭球形芯模的短半轴长度，单位为毫米(mm)。7.1.2旋轮材料宜选用碳素工具钢、合金工具钢或轴承钢等材料，热处理后硬度宜为56HRC～62HRC。7.1.3芯模材料根据旋压件的材料和旋压成形工艺而定，不应采用与试样相同的材料，并且应保证芯模硬度不小于试样旋压后的硬度：a)在拉深旋压、缩径旋压、非轴对称件缩径旋压及非圆横截面件旋压时，且坯料较软的情况下，芯模选用碳素结构钢或合金结构钢等材料，热处理后硬度应达到30HRC～36HRC;b)在剪切旋压、流动旋压时，芯模选用碳素工具钢、合金工具钢或轴承钢等材料，热处理后硬度应达到56HRC～62HRC。7.1.4旋轮、芯模表面轮廓面的圆角过渡应光滑，除特殊要求外，表面粗糙度不应大于Ra0.8μm。7.1.5芯模和旋轮应经超声波探伤检查，不应有裂纹、夹杂等缺陷；采用目视法或着色法检查芯模和旋7.2旋轮与芯模的使用要求7.2.1旋轮与芯模在试验之前应清洗擦净，同时检查其工作表面部分，若发现划痕、擦伤或者黏结现7.2.2将旋轮与芯模安装在试验机床上，旋轮工作面的径向跳动、旋轮端面对其安装孔轴线的垂直度、芯模工作面的径向跳动量和端面跳动量等均不应大于0.05mm。7.3尾顶7.3.1试验应采用圆盘型或圆锥型尾顶。7.3.2在保证旋压过程中不与旋轮发生干涉的情况下，尾顶的工作面直径不应大于芯模直径减去其两倍圆角半径并留5mm～10mm的余量。7.3.3尾顶的工作面与芯模轴线的垂直度不应大于0.10mm。7.3.4尾顶的轴线和尾顶的定心孔及芯模轴线的同轴度不应大于0.05mm。7.3.5尾顶材料采用中碳钢，热处理后硬度应达到30HRC～40HRC。8试验辅助装置与机床8.1试验辅助装置8.1.1试验所需辅助装置如装料装置、卸料装置的设计与制造应满足下列技术要求：7a)根据试样的尺寸大小，采用手工装料或装料装置进行装料；b)对于流动旋压成形性能试验，采用卸料装置进行卸料；其余采用手工或卸料装置进行卸料。8.1.2开始试验前，应对试验辅助装置进行调试、检查和润滑。8.2试验机床8.2.1旋压机床的旋压力应满足完成材料旋压成形性能试验所需的成形力，旋压机床的工作范围应覆盖试样的尺寸。8.2.2试验前，应按操作规程对试验机床进行检查，确定各部件已调至归零状态，保证机床可正常工作。9试样润滑与冷却9.1润滑剂及冷却剂9.1.1旋压成形时应对试样进行润滑。材料易黏附在旋轮表面或试样材料较硬的情况下，剪切旋压或流动旋压时应进行冷却。9.1.2进行金属旋压成形性能试验时，不同材料宜采用的润滑剂种类如表3所示。表3不同材料的润滑剂选用旋压材料润滑剂铝和铝合金固体石蜡或机油铜和黄铜机油碳钢机油或植物油不锈钢黏度系数大的机油合金钢乳化液9.1.3高强钢及合金钢剪切旋压和流动旋压时，宜采用乳化液进行冷却和润滑。9.2润滑剂的涂覆9.2.1对试样涂覆润滑剂之前应对其进行清洗、去油污和干燥处理。9.2.2涂覆润滑剂时，应将润滑剂均匀涂覆在干燥后的试样表面。10预试验10.1预试验可与试验装置调试、试验机床检查工作同时进行。10.2通过预试验，应保证在正式试验过程中具有正确的试验条件(主轴转速、旋轮进给比、旋轮运动轨迹),以及试验装置和试验机床均处于正常工作状态。10.3预试验工作应包括试样制备、工艺参数拟定、旋轮运动轨迹设计、试验装置的安装及调试等步骤。10.4在进行剪切旋压及流动旋压试验时，可用预试验确定选用机床是否满足试验的成形力要求，或对经验公式估算的最小旋压力进行调整，本文件推荐的最小旋压力的估算公式见附录C;也可采用数值模拟方法辅助估算旋压力。811正式试验11.1按试验任务书，完成试样制备、工艺参数拟定、旋轮运动轨迹设计、试验装置的安装及调试等试验各项准备步骤后进行正式试验。试验操作中判断试样是否进入破裂(或开裂)或起皱状态可参考附11.2根据不同旋压成形工艺的特点，制定成形性能试验方案，具体为：a)拉深旋压及非圆截面件旋压需选取不同尺寸的坯料，进行系列试验；b)缩径旋压选取不同的压下量，进行系列试验；c)非轴对称件缩径旋压选取不同的压下量及偏移量(偏心类)或倾斜角(倾斜类)进行系列试验；d)剪切旋压选择椭圆形芯模，按照正旋律设计旋轮轨迹；e)流动旋压设计与芯模轴线呈一定角度(2°~4°)的旋轮轨迹。11.3完成试验准备步骤后，启动旋压机床，试样随主轴转动，旋轮沿预设运动轨迹进给，直至试样发生局部破裂、起皱等缺陷或完成旋压成形为止。11.4对同种坯料尺寸、同种参数的试验进行3次有效重复试验。12数据采集与计算12.1试样旋压后的尺寸(直径、高度、壁厚等)、发生起皱及破裂等缺陷的位置及壁厚、试验工艺参数等试验数据均应准确测量，并予以记录。若出现异常试样应备注，试样应妥善保存以便进行复查。12.2剪切旋压时的极限半锥角αim和倾斜类非轴对称件缩径旋压时的极限倾斜角φim,可根据试验结果直接获取。12.3其他金属旋压成形性能指标，计算公式如表4所示。表4金属旋压成形性能指标计算公式金属旋压成形性能指标计算公式符号含义极限拉深旋压系数mimdmn——旋压件所能达到的最小直径，单位为毫米(mm);D₀——圆板坯、管坯或筒坯的直径，单位为毫米(mm);形出的旋压件轴线最大偏移量，单位为毫米(mm)极限缩口系数mn,limmn,lim=dmin/D₀极限相对偏移量δ'limÔ'lim=δmx/D₀极限减薄率YiimYrim=(to-tr.min)/t₀to——坯料原始厚度，单位为毫米(mm);tr.mn——旋压件能达到的最小壁厚，单位为毫米(mm)直边面极限相对高度H',H',=Hmx/AHmax——非圆横截面件旋压时，旋压件能达到的最大高度，单位为毫米(mm);A——非圆横截面件大端面直边长度，单位为毫米(mm);rn——直边圆角形非圆横截面件的圆角半径，单位为毫米rn.min——直边圆角形非圆横截面件所能达到的最小圆角半径，单位为毫米(mm)圆角面极限相对高度H'H'í=Hmx/2rn极限相对圆角半径R';R'{=rn.min/A13试验报告13.1试验报告应至少包括：9GB/T43479—2023b)试验材料牌号和热处理状态；c)试样规格尺寸；d)试验机床型号和参数；e)试验环境温度和旋压成形工艺参数；f)试验测量值和计算结果。预制料剪切预制料剪切旋压板料剪切旋压反向流动旋压正向流动旋压(资料性)旋压成形技术的分类传统旋压成形技术所成形的零件主要为薄壁空心轴对称、圆形横截面的零件，按照金属材料的变形特征分为普通旋压和强力旋压两大类，具体分类见图A.1,其成形工艺示意图见图A.2。特种旋压成形技术所成形的零件主要为非轴对称及非圆横截面的零件，以所旋工件回转轴相对位置及所旋工件横截面形状为依据，特种旋压成形技术的具体分类见图A.3,其成形工艺示意图见图A.4。传统旋压成形技术普通旋压拉深旋压拉深旋压道次拉深旋压单道次拉深旋压缩径旋压中部缩径旋压端部封口旋压缩径旋压端部缩径旋压强力旋压剪切旋压ʃa)单道次拉深旋压b)多道次拉深旋压c)端部缩径旋压d)端部封口旋压e)中部缩径旋压f)板料剪切旋压g)预制料剪切旋压图A.2典型的传统旋压成形工艺示意图特种旋压特种旋压成形技术h)正向流动旋压f——旋轮每转进给量(进给比),单位为毫米每转(mm/r);i)反向流动旋压偏心类旋压非轴对称件缩径旋压倾斜类旋压圆弧形非圆横截面件旋压非圆横截面件旋压—直边圆弧形非圆横截面件旋压直边圆角形非圆横截面件旋压a)偏心类非轴对称件缩径旋压b)倾斜类非轴对称件缩径旋压图A.4典型特种旋压成形工艺示意图c)圆弧形非圆横截面件旋压d)直边圆弧形非圆横截面件旋压e)直边圆角形非圆横截面件旋压标引说明：1——坯料；5——公转轴线；6——变形前(椭)圆形截面；7——变形后圆形截面；D;——每道次旋压成形后工件的直径，单位为毫米(mm);δ;——偏心类非轴对称件缩径旋压每道次偏移量，单位为毫米(mm);φ;——倾斜类非轴对称件缩径旋压每道次倾斜角，单位为度(°);rml——非圆横截面件圆锥面小端半径，单位为毫米(mm);rne——非圆横截面件圆锥面大端半径，单位为毫米(mm);r。——直边圆角形非圆横截面件圆角半径，单位为毫米(mm);L——圆弧形非圆横截面件大端面大圆弧长度，单位为毫米(mm);H——非圆横截面件高度，单位为毫米(mm);A——非圆横截面件大端面直边长度，单位为毫米(mm)。图A.4典型特种旋压成形工艺示意图(续)GB/T43479—2023(资料性)金属旋压成形性能与材料力学性能的关系B.1金属旋压成形性能与塑性各向异性的关系B.1.1塑性各向异性金属板材塑性性能的方向性，通常分为厚向异性和平面各向异性。B.1.2金属旋压成形性能与厚向异性的关系B.1.2.1金属板材厚度方向与其平面内任一方向的塑性性能之差异称为厚向异性，可用拉伸试验测定的塑性应变比r或平均塑性应变比r表示，厚向异性指数(r)是指试样宽度应变与厚度应变之比；由于板平面内也有异向性，取与轧制方向成0°、45°、90°的试样拉伸，在其相对伸长率为20%时分别测出沿式中：r——平均塑性应变比；r。——取与轧制方向成0°的试样，测得的塑性应变比；r4s——取与轧制方向成45°的试样，测得的塑性应变比；rga——取与轧制方向成90°的试样，测得的塑性应变比。B.1.2.2金属板材的r值或r值越大，其面内越容易塑性变形，拉深旋压成形时因凸缘主变形区面内变形抗力越小，越有利于改善金属板材的拉深旋压性能。反之，金属板材r值或r值越小，其厚向越容易塑性变形，越有利于改善金属板材的剪切旋压及流动旋压性能。B.1.3金属旋压成形性能与平面各向异性的关系B.1.3.1金属板材平面内不同方向的塑性性能之差异称为平面各向异性，可用拉伸试验测定的平面各B.1.3.2金属材料的平面各向异性对其不同方向变形的均匀性有影响，△r的绝对值越大，拉深旋压时的凸耳问题越严重。B.2金属旋压成形性能与应变硬化指数的关系金属材料的应变硬化指数n反映其加工硬化能力。对于硬化指数较小的金属材料，如铝及低碳钢等，拉深旋压时易产生过度减薄而导致破裂。GB/T43479—2023(资料性)旋压力估算公式C.1在剪切旋压试验中，可使用经验公式估算其试验所需最小旋压力，见公式(C.1):……………(C.1)式中：P₀——切向旋压力，单位为牛顿(N);t。——坯料原始厚