《特种塑性成型》课件-7.旋压成形

1.旋压成形原理及特点目录旋压成形的基本原理1旋压成形的主要特点2导入案例“巴黎统筹委员会”禁运的清单国际原子能清单

国际军品清单工业清单（大型数控强力旋压设备）旋压成形原理及特点2021年元月开始立项研制J58ZK-2500型伺服直驱式数控电动螺旋压力机样机。导入案例J58ZK-2500型伺服直驱式数控电动螺旋压力机样机2022年1月18日，新威奇科技研制的25000kN大吨位伺服直驱式数控电动螺旋压力机各项设计指标及性能通过了测试及验收。旋压成形原理及特点导入案例测试方面精度机械性能有效能量能量控制精确性稳定性测试长期许用载荷打击测试噪声测试安全功能保护装置运行测试耐压绝缘电阻接地连续性测试旋压成形原理及特点基本原理旋压成形用于薄壁回转体零件成形的一种金属压力加工方法。旋压工艺原理示意图特点工艺特点:锻造、挤压、拉深、弯曲、环压、横扎和滚压等;先进工艺:少切削或无切削加工借助于旋轮或杆棒等工具作进给动力，加压与随芯模沿同一轴线旋转金属毛坯，使其产生连续的局部塑性变形最终形成所需的空心回转体零件。旋轮板料芯模一、旋压成形的基本原理旋压件的典型形状图7.1.2旋压件的典型形状通过旋压可完成成形、缩径、收口、封底、翻边、卷边、压筋等各种工作。旋压工艺旋压工艺作为塑性加工的一个重要分支，具有柔性好、成本低等优点，适合加工多种金属材料，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的方法。一、旋压成形的基本原理旋压工艺兵器航空机械制造电子化工航天金属精密加工技术领域占有重要地位民用轻工业广泛应用一、旋压成形的基本原理军用领域炮管封头喷管雷达舱导弹壳体鱼雷外壳头罩飞机副油箱飞机头罩发动机机匣一、旋压成形的基本原理民用领域汽车轮毂带轮管材齿轮冶金行业化工行业化肥罐储气罐高压容器一、旋压成形的基本原理洗衣机零件灭火器零件乐器灯罩压力锅各种气瓶轻工产品一、旋压成形的基本原理雷达屏阴极管阴极辊通信行业一、旋压成形的基本原理工艺特点功率消耗低金属晶粒在变形力的作用下沿变形区滑移面错移尺寸精度高和表面粗糙度值小制品范围广单台设备生产种类多坯料来源广材料利用率高、省工时、成本低二、旋压成形的主要特点设备种类普通旋压成形特性其他加工工艺联合旋压强力旋压二、旋压成形的主要特点设备种类主轴旋转、旋轮轴向及径向移动运动方式主轴移动、旋轮旋转主轴旋转及轴向移动、旋轮径向移动主轴旋转、旋轮摆动二、旋压成形的主要特点设备种类单轮旋轮数量三轮(又分均匀和不均匀，不均匀中又分为浮动框架式和非浮动框架式)双轮(又分为鞍座式和框架式)多轮二、旋压成形的主要特点设备种类手工操作旋轮控制方式录返控制式液压半自动式机械传动式数字控制式二、旋压成形的主要特点设备种类冷旋压旋压温度热旋压工艺参数：影响旋压变形过程的各种工艺因素，统称为旋压变形的工艺参数。二、旋压成形的主要特点小结旋压成型的基本原理1旋压成型的特点2旋压成形原理及特点2.旋压工艺分类及材料（一）普通旋压与变薄旋压普通旋压是指主要改变坯料形状，而壁厚尺寸基本不变或改变较少的旋压成形过程。变薄旋压又称强力旋压，它是指坯料形状与壁厚同时改变的旋压成形过程。旋压变形特征壁厚减薄程度将旋压工艺分为普通旋压和变薄旋压。普通旋压与变薄旋压普通旋压变薄旋压一、旋压成形工艺分类（二）旋压成型工艺类型普通旋压变形温度变薄旋压变形性质和工件形状旋轮和坯料流动方向旋轮和坯料相对位置旋压工具热旋压冷旋压锥形剪切旋压筒形旋压反向旋压正向旋压外径旋压内径旋压滚珠旋压旋轮旋压一、旋压成形工艺分类（三）特种旋压特种旋压区别于常规的变薄旋压与普通旋压，根据工件形状而派生出新的成形方法称为特种旋压。具有新型复合旋压工艺的特征带轮旋压曲母段旋压椭锥件旋压环形件旋压齿肋旋压螺纹旋压车轮旋压多轮旋压无模旋压典型的特种旋压工艺包括：一、旋压成形工艺分类旋压材料铝合金铜合金低碳钢到高温合金马氏体失效钢高强钢钛合金······种类有色金属钢材二、旋压成形材料有色金属（一）有色金属铝铜钛钨钼锆铝及其合金约占50%,铜、钛两种金属次之，剩下的为稀有金属。铌二、旋压成形材料铝纯铝强度低塑性变形性能好加工硬化是其唯一的强化途径。用于旋压成形的防锈铝合金有5A02、5A06、5A21等旋压成形纯铝、防锈铝、硬铝、超硬铝及锻铝等十余种，其产品约40种规格。1.铝及铝合金二、旋压成形材料铜旋压成形主要有纯铜、黄铜、白铜。2.铜及铜合金纯铜又称紫铜，旋压变形塑性最好，挤压退火后，旋压过程的减薄率大于80%，成形效果好。黄铜因应变硬化较严重，塑性不如纯铜。白铜的冷旋性能与黄铜相当，有较好的塑性。当镍、铁、锰为主要添加元素时，管材旋压累计减薄率最高可达90%,当大于75%时，壁厚变形充分而均匀；再进行650-700℃退火，可以获得较好的性能。二、旋压成形材料钛3.钛及钛合金钛属于稀有金属，纯钛强度低、塑性好，可以在室温条件下变薄旋压成形。钛合金强度高于铝合金，高温时更加明显。钛合金多数需要加热旋压成形，TB2封头在700～800℃旋压时，抗拉强度是室温的1/10。TC3的热旋温度在700～850℃;TC4热旋温度高达1050℃,与稀有高熔点金属旋压温度接近。二、旋压成形材料高熔点金属4.高熔点金属钼的热旋温度为800℃,随着减薄率的增加，旋压件的强度递增，延伸率相应下降。此时900℃中间退火可以恢复旋压工件的加工塑性。。钨的旋压温度可选择在1000℃左右进行，当减薄率为60%时，需要进行1100℃的退火，以消除内应力，才能继续旋压成形。二、旋压成形材料4.高熔点金属锆可在700℃下普通旋压封头，比原来的冲压或焊接工艺提高了效率。铌经过深冲预成形后可室温变薄旋压铌管，400℃下铌合金C-103板材可成形曲母线工件。高熔点金属二、旋压成形材料旋压过程中采用球化退火变形过程中选择高温中间退火D6AC钢旋压件选择500℃退火时，可基本消除残余内应力1.高强度钢D6AC钢合金总含量小于5%,是旋压变形性能良好的钢种之一。二、旋压成形材料1.高强度钢采用热旋温度应选择600～700℃,避开580℃以下的热脆区适合室温强力旋压D406钢合金中的锰、铬、钼等元素能够提高钢的淬透性，保证整个断面都获得马氏体组织。二、旋压成形材料减薄40%后，显微组织为较细的回火索氏体，旋压变形后经540℃退火，其旋压内应力可完全消除。旋压成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有较好的旋压性能。2.结构钢40CrNiMo钢二、旋压成形材料旋压成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有较好的旋压性能。2.结构钢室温变薄旋压后强度显著提高，但塑性并不降低，该合金具有良好的变形性能和强化效果。累计减薄率大于80%时，形变强化效应比坯料提高一倍。14MnNi合金二、旋压成形材料旋压成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有较好的旋压性能。2.结构钢旋压性能仅次于14MnNi,由于其含碳量比14MnNi合金高，所以，强度高于14MnNi合金约30%。40Mn2合金二、旋压成形材料3.中碳合金钢30CrMnSi缺点：具有回火脆性和易脱碳，变薄旋压时工艺参数选择不当，表面容易起皮。铬提高了强度和硬度锰细化了晶粒

改善了韧性和塑性硅提高了抗冲击强度使合金具有良好的力学性能。二、旋压成形材料4.马氏体时效钢18Ni马氏体时效钢具有很好的塑性和韧性，室温旋压性能良好，冷作硬化率很低。合金固溶状态下，旋压累计减薄率为70%时，硬度增加10%,加工应变硬化率低。二、旋压成形材料小结旋压工艺分类1旋压成形的主要材料2铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金高熔点金属高强度钢结构钢中碳合金钢马氏体时效钢旋压工艺分类及材料3.典型旋压成形技术目录筒形件强力旋压1锥形件剪切旋压2封头普旋成形3车轮辋旋压4无缝整体气瓶旋压5带轮旋压6带内外纵向齿筒体旋压7波纹管旋压8典型旋压成型技术强力旋压是制造薄壁筒形件最有效的工艺方法之一。筒形件强力旋压产品成形精度高表面粗糙度好材料利用率高工艺装备简单所需设备吨位小且成本较低各项力学性能都优于切削加工特点一、筒形件强力旋压工件形状的改变变形过程始终遵循体积不变原则筒形件强力旋压材料旋压前后圆筒壁厚的减薄直径的变小长度的增加内径的改变产品要素为圆筒外(内)径、壁厚、长度、直线度、圆度等。一、筒形件强力旋压锥形件剪切旋压遵循体积不变原则正弦理论是该工艺过程中必须依据的主要理论。工件形状的改变壁厚的减薄锥度减小高度的增加最终产品要素为锥筒段高度、半锥角、壁厚、已知位置的直径、锥筒段母线直线度、圆度等。二、锥形件剪切旋压工艺方案考虑所旋材料参数的制定延伸率断面收缩率封头封头锅炉化工容器油罐核反应堆导弹人造卫星采用旋压法加工大、中型封头具有其他加工方法无可比拟的优越性。规格向大型化方向发展应用领域不断扩大三、封头普旋成形产品要素：封头外形轮廓度、已知位置直径、高度、壁厚。封头旋压工艺过程采用板料成形变形前后壁厚不变化/变化极小直径变化较大，或收缩/扩大旋压时易失稳或局部拉薄单向前进旋压往复摆动多道次逐步旋压ab工艺要素：旋轮运动轨迹、旋压道次、道次旋压间距、旋压速度、是否热旋。三、封头普旋成形渐开线形旋轮运动轨迹封头旋压工艺过程旋轮轨迹尾顶机构旋压轮座旋压轮成形轮成形轮座主轴工件有利于旋压成形道次旋压间距影响旋压过程的成败ab车轮辋铝轮辋镁合金轮辋钢质轮辋车轮辋旋压（a）板材劈开旋压车轮（b）管材轮辋旋压车轮（c）预制锻坯强力旋压整体车轮（b）预制锻坯劈开旋压整体车轮劈开式旋压工艺将圆盘状板坯用劈开轮通过分层工艺，使毛坯在厚度方向中部被劈成两份，再用成形轮渐进普旋成形。四、车轮辋旋压旋压气瓶独有的整体无缝式已占有极广阔的市场并有完全取代传统工艺方法制造气瓶的趋势冲压瓶肩传统的气瓶制造方法瓶底管件或卷焊瓶体焊接制造工序复杂成本较高产品密封性差承压能力不理想无缝整体气瓶旋压五、无缝整体气瓶旋压无缝整体气瓶旋压无缝整体气瓶旋压工艺路线铝合金气瓶板材冲压/铝锭热(350～450℃)反挤压成杯状→

强旋直壁部分→

热收口(400～450℃)普旋成形瓶肩及瓶颈；钢质(多为30CrMo)气瓶为管形件热旋压(900～1000℃)封底→强旋直壁部分/或不旋→热收口(900～1000℃)普旋成形瓶肩及瓶颈。五、无缝整体气瓶旋压带轮旋压劈开轮带轮的槽型加工工艺折叠轮多楔轮板材旋压V带轮板材旋压多楔带轮单槽双槽多槽折叠式三楔四楔楔槽数六楔七楔八楔折叠轮多楔轮采用冲压和拉深方法制坯，并在旋压机上旋压，同时适当加以轴向压力而成形。采用冲压和拉深方法制坯，然后在旋压机上旋压成形。六、带轮旋压带纵齿工件的旋压成形主要应考虑的工艺因素有工件材料、模具材料、内外齿形、模具齿形、摩擦状况、工艺过程和热处理等。带纵齿工件齿形七、带内外纵向齿筒体旋压零件的成形→需要一个旋压道次就可完成带纵齿薄壁零件的毛坯平板坯料拉深、模锻或管断面成形将筒形件安装于专用成形模具在特殊的工件几何形状或较长工件时才需要先对材料采用多道次预成形加工，然后再进行终旋精加工成形。七、带内外纵向齿筒体旋压外纵齿形通过旋压工艺高精度加工制造，借助于旋轮和带有内齿的空心模具，采用内旋压法来成形直径的限制借助于一个或多个相适应的带齿旋轮