旋压工艺

旋压工艺（精选9篇）

篇1：旋压工艺

汽车发动机V型皮带轮的旋压工艺

吉林大学 韩英淳 金秉实 辛华 张丽萍

[摘要] 为了提高产品质量，节省材料和提高生产率，采用劈开式旋压工艺将拉深的毛坯旋压成汽车发动机用V 型或多楔式皮带轮。所研制的旋压式皮带轮的产品质量及技术性能达到了国际同类产品的水平。

关键词：汽车发动机 V 型皮带轮 旋压

引言

皮带轮是一种重要的机械传动零件，它广泛应用于汽车、农机及轻纺工业的各种机械设备的传动中。皮带轮的传统制造工艺是采用铸造工艺制成毛坯，再经切削加工制成，传统制造工艺的缺点是严重浪费材料、生产率低、产品精度低，所生产的皮带轮产品因精度低，需要进行平衡处理。为了克服传统工艺的缺点并实现皮带轮的轻量化，近30 年来世界各国均致力于用板料液压涨形[1]或旋压成形板料皮带轮的研究开发[2]、[3]。其中具有代表意义的是德国莱菲尔德公司（LEIFELD）研制的劈开式旋压皮带轮工艺及专用皮带轮旋压机，采用此工艺与设备生产的皮带轮迅速应用于汽车发动机上，并带动了各国在该领域的研究与应用。在我国北京航空航天部工艺研究所最早开始该方面的研究工作，并于15 年前在河北省景县合作建立了国内第一条旋压V 型皮带轮生产线[4]，采用引进德国专用旋压机和旋压技术，产品为上海桑塔纳、北京切诺基、天津夏利等车型配套。为了适应中国第一汽车集团公司轿车产品发展的需要，实现就地就近配套，我们在一汽集团和长春市有关部门的支持下，于1998 年开始汽车发动机V 型皮带轮旋压工艺的研究，至2000 年末研制出合格产品，产品通过国家汽车质量监督检验中心检测合格后，进行批量试装，并被一汽集团确认为配套产品。V 型皮带轮的旋压成形工艺

2.1 V 型皮带轮旋压工艺原理

如图1 所示，将拉深成盂并带有中心孔的皮带轮毛坯3 放进专用旋压机的芯模工件上装夹后，芯模连同毛坯随旋压机主轴旋转，之后具有硬质尖角的旋轮1 对毛坯的矩形截面的边缘作逐渐径向进给劈入，于是将其边缘面劈开呈“Y”字形两部分。依次有序连续进给，被旋金属产生连续局部塑性变形，便可得到皮带轮轮槽的截面形状。

1—旋轮 2—芯模 3—工件

图1 V型皮带轮的劈入旋压成形原理

2.2 V 型皮带轮的分类及其旋压成形过程

根据V 型皮带轮的结构和旋压变形特点，可分为三大类：折叠式皮带轮（图2a）、多楔式皮带轮（图2b）、剖分式皮带轮（图2c）。

图2 V型皮带轮的分类

由于折叠式皮带轮的变形特点是改变毛坯截面沿轴向的形状，而板料厚度基本不减薄。因此，为了控制皮带轮V 型槽底部不减薄，在旋压过程中要采用逐步过渡的旋压工艺过程。而且要先预旋成形后精旋成形两步成形，并同时要对毛坯轴向加压以补充材料并产生折叠。

多楔式皮带轮的成形是首先用预旋旋轮对毛坯径向加载进给，使毛坯在厚度方向上产生预定的局部增厚，然后再用精旋旋轮精旋，于是增厚后形成多V 型楔式皮带轮。

剖分式皮带轮的成形是先用尖劈旋轮对准毛坯厚度矩形截面的1/2 处做径向进给，在厚度方向上劈成一分为二。之后用成型旋轮旋压成V 型槽。

2.3 旋压设备与工艺装备

2.3.1 旋压设备

选用国产立式皮带轮专用旋压机作为主机设备，旋压机的主要技术指标见表1，我们在生产线上采用2 台45t 三工位旋压机，一台20t 二工位旋压机，并匹配了液压机、冲床、剪板机电泳涂装线等通用设备。

表1 专用旋压机的主要技术参数

表2 加工制品的范围

2.3.2 旋压工艺装备

（1）整形与整修模具

为保证产品质量和定位精度，对拉深毛坯需进行整形以使同轴度和平面度提高。另外应对被旋压毛坯的外缘进行整修，保证表面平整。整形模与整修模设计参照文献[5]。

（2）旋轮与芯模

旋轮是使旋压工艺取得良好效果的关键因素之一。皮带轮的外径尺寸、轮槽形状及表面粗糙度都靠旋轮来保证。在工作时，旋轮与毛坯局部接触，承受着巨大的接触压力、剧烈的摩擦和较高的工作温度。

因此，工作条件要求旋轮的材质应具有足够高的强度、硬度、强韧性和耐磨性。我们采用Cr12MoV 高铬工具钢制造旋轮，同时采用较严格的热处理工艺，淬火前进行正火消除应力，淬火硬度为57~59HRC。

要根据产品图纸对皮带轮槽型及槽角的要求设计旋轮的形状尺寸，根据旋压设备对旋轮最大和最小尺寸的要求来确定旋轮的直径。为了增加旋轮的使用寿命，其工作表面要进行抛光使其表面粗糙度达到0.4 m m。

芯模是旋压过程中不可缺少的工艺装备。旋压时芯模的外表面与皮带轮的内表面接触，一方面起支承定位作用，另一方面其工作表面还要承受相当大的局部作用力及材料变形流动而引起的剧烈摩擦。因此，对芯模的要求是兼顾强度、刚度及强韧性。实际中我们采用的是用20CrMnTi 钢制造芯模，表面淬火硬度为45HRC。

为了实现自动卸模并提高生产率，我们设计了偏心支撑轮结构的组合芯模，其工作原理是：利用旋压机下顶出的不旋转，用一偏心轴承体通过长螺栓与之固定，又通过一圈滚柱把偏心固定在偏心轴承体上。这样便达到偏心轮既能自转又中心固定的目的。经过反复试验，实现了旋压皮带轮的自动卸件。

2.4 生产工艺流程

V 型皮带轮旋压生产线的工艺流程及各工序的制品如图3 所示。

图3 V型皮带轮旋压线工艺流程及各工序制品 产品技术性能指标与经济效益分析

3.1 产品主要技术性能指标与国内外同类产品的对比

我们所旋压的V 型皮带轮产品经国家汽车质量监督检验中心（长春汽车研究所）按照中国第一汽车集团公司的企业标准Q/CACB1000－3－1996，进行了样品检查与480 小时的台架试验。经检查尺寸合格，经过480 小时可靠性试验未见异常。检验结论是：产品合格。

我们研制与生产的V 型旋压皮带轮的主要技术性能指标同国内外同类产品对比情况见表3。

表3 产品的主要技术性能指标

3.2 经济效益分析及国内市场需求量分析

采用板料旋压V 型皮带轮具有显著的经济效益：

（1）材料利用率较高，较传统工艺材料利用率提高15％~30％。

（2）产品重量轻，较切削加工的皮带轮轻30％~60％。

（3）生产率高（2~3 件/分钟），比传统工艺提高4 倍以上。

（4）产品转动惯量少，平衡性好，不需再平衡处理。

总计旋压V 型皮带轮能比传统方法生产皮带轮降低生产成本25％~30％。

至2000 年我国共生产各种汽车200 万辆。若按每辆汽车采用旋压Ｖ型皮带轮4 件计算，仅配套装车一年就需皮带轮800 万件，社会配件市场需求量按配套装车用量的1/4 计算，配件市场的年需求量为200万件。故国内汽车行业对皮带轮的总需求量在1000 万件至1500 万件之间。随着我国汽车工业的快速发展，对旋压V 型皮带轮的需求量会越来越大。

结论

V 型皮带轮旋压工艺是一种快捷、高效的连续局部塑性成形新工艺，它与传统工艺相比具有节材、节能、降低成本等综合经济效益。旋压的V 型皮带轮产品质量好，不需要平衡处理，特别适用于汽车发动机的皮带轮。采用本工艺所生产的皮带轮已实现就近为中国第一汽车集团公司的CA488 发动机和CA7120 红旗轿车的水泵、曲轮及风扇轮等配套。旋压皮带轮还可推广应用于机械、轻工、家电等行业，具有广阔的国内市场与应用前景。

篇2：旋压工艺

TC4钛合金旋压成形工艺

通过对TC4钛合金旋压成形工艺技术的试验研究,分析了影响旋压成形和旋压件精度的因素,同时分析了旋压件的组织性能.试验结果表明,采用合理的.旋压工艺及工艺参数,可以旋制较高精度的TC4钛合金零件,且旋压件材料组织性能提高,非金属成分含量仍满足标准要求.

作 者：李启军 吕宏军 王琪 Li Qijun Lü Hongjun Wang Qi 作者单位：航天材料及工艺研究所刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(z1)分类号：V2关键词：钛合金 旋压 组织性能

篇3：气瓶旋压收口工艺及旋轮设计

1 钢瓶生产工艺的分析

通常来讲, 钢制无缝气瓶主要有以下三种生产方式:

1.1 钢坯冲拔拉伸法生产无缝钢瓶

这种无缝钢瓶的主要生产工艺就是将钢坯进行高温加热当温度达到一定标准后, 使用水压机还有一些模具然后通过热反挤压的操作可以使钢坯成型变成杯状筒坯。随后将成型的杯状筒坯转移到立式或则是卧式水压机上进行拉伸作业。在筒坯内放入芯棒然后通过几道模圈或者是轧辊, 就可以使这种杯状筒坯的厚度通过拉伸的操作逐渐变薄, 同时筒体也随着拉伸操作逐渐变长, 最后对瓶进行齐口、收口的操作, 就使其变为瓶坯。一般情况来讲, 用这种方式生产出来的气瓶称为冲拔瓶。用这种方式生产的钢瓶主要具有以下特点: (1) 材料比较容易购买, 并且生产升本较低, 工艺相对成熟; (2) 运用这种方式生产的产品, 其底形是一个整体, 三心凹底与筒体之间有过渡段相连接, 非常安全; (3) 生产占地面积也很大而且生产工的工作强度大, 员工的生产环境差; (4) 用此方法生产的产品受设备以及员工操作的影响过大, 经常会出现瓶体薄厚不均匀的情况出现, 同时生产出来的气瓶重量较大。

1.2 钢板拉伸法生产无缝钢瓶

这种生产无缝钢瓶的方法主要是通过将板材下料形成圆形以后, 通过变换凸凹的模具, 对其进行冷挤压操作实现的。对钢板进行反复的挤压后, 钢板的形状逐渐由盘状变成杯状、桶装等。当筒体压制成要求的外径以及长度时, 可以通过模具让钢瓶的底部变成凸底或是通过筒壁拉伸减薄以后使其变成凹形底。然后经过齐口以及收口等将其制作成瓶坯利用这种方式生产的气瓶也称之为板冲瓶。

1.3 钢管旋压法生产的无缝钢瓶

这种无缝气瓶的生产方式主要是德国的公司最先使用的用这种生产工艺生产的气瓶其底部的结构型式可能是半球形、蝶形等, 同时用这种方式生产的气瓶可以将其制成两段收口的气瓶。通常情况下, 采用这种生产工艺制作的气瓶也可以称作是管制瓶。这种方法主要具有下述特点: (1) 生产所需要的生产设备相对较少, 同时占地面积也不大; (2) 生产产品所用的旋压机拥有CNC编程的功能, 这样可以根据不同产品的规格以及设计要求进行随时的修改, 具有较高的生产率及一致性; (3) 生产出的产品壁厚较为均匀, 外观也好同时气瓶的重量也比较小; (4) 生产所选用的管材材料成本比钢坯成本高; (5) 评底的施压封合技术应用的并不成熟。

2 旋压道次的确定

就目前对旋压道次的确定来并没有一个统一的算法, 主要还是需要通过实际的实验进行确定。旋压道次主要与以下几个量有关系: (1) 管坯的直径; (2) 瓶嘴的外径; (3) 毛坯的厚度; (4) 生产所选用的气瓶的材料以及材料的机械性能等。在确保高压气瓶生产质量的前提下, 尽可能的降低旋压的次数, 这样可以有效的增大气瓶的生产能力。

3 确定适宜的旋压工艺参数

3.1 对主轴转数的确定

一般情况下来讲, 旋压成形力与旋压机主轴的转速成反比, 即旋压成形力随旋压机主轴转速的增加而减小, 这样就对零件的旋压收口非常有帮助。一旦旋压机的主轴转数变小, 旋压成型力就会变大, 这就会极大的降低零件的精度, 与此同时还会造成机床的震动。经过一系列的实验, 最终确定, 旋压零件的主轴转速定为800r/min。

3.2 进给量

在最初的几次进给的时候, 旋轮的进给量、压下角应该尽量的小, 不能太大。一旦出现进给量较大或者压下角较大的情况, 机会使得毛坯出现一定的损坏, 从而一定程度上影响零件的成型以及零件与金属的融合。这也会导致金属内部出现的伤痕以及裂纹数增多。经过反复的多次实验, 最终认为在进行施压操作的时候, 将零件的进给量确定在0.55mm/r-2.5mm/r的范围内比较合适。

4 旋压工装的设计

旋压工装的设计主要是指旋轮的设计, 旋轮是钢瓶旋压收口能否顺利成形的关键。

4.1 旋轮材料的要求

在工作环境下, 应具有良好的综合力学性能, 即抗拉强度、屈服强度、冲击韧性、断面收缩率和硬度要求尽可能的高。

4.2 热旋收口对旋轮材料的选择

4Cr5Mo V1Si (H13) 钢与其它热作模具钢相比, 具有十分优良的机械性能, 主要表现在以下几个方面:

(1) 具有的高温强度和硬度。600℃时的强度和硬度高于4Cr5Mo VSi, 而略逊于3Cr2W8V, 远远高于5Cr Mn Mo和5Cr Ni Mo。特别是因含1%左右的钒, 而具有更高的热硬性。这种钢在回火时, 由于碳化物的弥散析出产生“二次硬化”效果, 可使抗拉强度大为提高。

(2) 由于回火温度较高 (560℃~580℃) , 当用于工作温度低于其回火温度的各类常用热作模具钢时, 表现出良好的热稳定性。

结语

通过以上叙述可以知道, 在高压气瓶生产的过程中, 如果使用热旋压的技术进行收口, 可以有效的提升其生产效率, 降低生产的成本, 并且在很大程度上将生产升本降低, 同时在将所生产产品的良品率提升, 这样的生产工艺可以使企业获得最大的收益并取得良好的社会效益。

摘要：随着我国经济的科技的不断迅猛发展, 我国工业生产技术也得到了十足的发展。作者根据自身的经验对钢制无缝气瓶的成型工艺进行了简要的分析, 并对各种制作工艺的特点进行介绍, 最终根据实际情况确定钢管施压法的工艺方案。与此同时对施压道次一级施压工艺参数进行简要介绍, 并在下文中主要介绍旋轮加工以及设计加工的工艺。

关键词：气瓶,旋压,收口,工艺设计,生产

参考文献

[1]王成和, 刘克璋.旋压技术[M].北京:机械工业出版社, 1986.

[2]聂兰启, 神祥博, 聂伯扬.曲柄精锻模材料的选择[J].模具技术, 2008 (04) .

[3]刘四新.高压贮气瓶数控加工热旋压成形工艺[J].金属成形工艺, 1999 (05) .

篇4：单晶直拉工艺生长界面的工艺优化

【关键词】固液界面；COP；拉速

1.定义

1.1生长界面

生长界面形状（固液界面）：固液界面形状对单晶均匀性、完整性有重要影响，正常情况下，固液界面的宏观形状应该与热场所确定的熔体等温面相吻合。在引晶、放肩阶段，固液界面凸向熔体，单晶等径生长后，界面先变平后再凹向熔体。通过调整拉晶速度，晶体转动和坩埚转动速度就可以调整固液界面形状 晶体生长界面的控制：生长界面的形状对单晶的内在质量参数有着极为重要的影响。生长界面形状受界面处热输运情况，坩埚中熔体温度，拉速，晶体和坩埚转速，晶体直径和长度以及坩埚裸露出的面积等众多因素影响。在正常情况下，缩颈和放肩时生长界面是凸向熔体的，等径生长时生长界面是逐渐由凸变平，进而控制成微凹状。保持这种生长界面不仅有利于单晶生长，还可以避免生长界面处受熔体流的冲刷而引起的回熔，有利于降低单晶中微缺陷密度。另外，对生长<111>晶向的单晶时，还可以避免小平面效应的影响，可提高杂质在晶体中分布均匀分布。

1.2 V/G的含义

单晶生长时固液界面上COP或间隙原子浓度取决于V/GS值，其中V是拉晶速度，G是固液界面上的轴向温度梯度。当V/G>某一临界值CCrit（一般我们定义CCrit=0.002）时，主导点缺陷是尺寸小（0.05-0.1μm）、密度高的COP（COP型）。而当V/GCCrit，但在外侧位置V/G

1.3晶体中的温场研究方法简单介绍

下图是研究晶体中的温场所采用的示意图； 晶体半径为ra，即晶体的侧面（r=ra），长度为l，各向同性，密度ρ、比热c、热传导系数k都为常数，晶体中的温场为稳态温场，坐标原点为0点； 如前所叙述，通过结合边值条件求解二阶偏微分方程就可以得到晶体中温场的表达式。

考虑固-液界面上，温度恒为凝固点Tm；环境气氛温度为T0。

对顶面（z=l处），同样取闭合面积为上、下底平行于顶面的圆柱面，令柱之高趋于0，考虑沿轴流入此闭合面的热流密度和单位时间单位体积内通过顶面的对流和辐射损耗在环境中的热量。

同样，考虑晶体侧面处热流密度；

引入相对温度函数θ（r，z）=T（r，z）-T0，固-液。

界面处边值条件为： θ=θm=Tm-T0，z=0。

最终可以得到晶体中温场的解析式：

可见，当z为常数时，有：θ≈（常数）×（1-hr2/2ra）：

当h为正值时，即环境气氛冷却晶体，晶体中的温度 随r增大而降低（在同一水平面上），即晶体中的等温面凹向熔体。

反之，h<0，即晶体生长时在某些条件下晶体中的热量不能通过晶体表面耗散到环境中去，反而周围的热量流向晶体，由θ≈（常数）×（1-hr2/2ra） 可知，晶体中在同一水

平面上的温度将随r的增加而升高。

故此时等温面凸向熔体；因此我们得出：

晶体中温度梯度的轴向分量和径向分量都随z的增加而按指数律降低；

当z为常数，考虑同一水平面上θ/r和θ/z 关于r的变化：

（1）由方程2，有θ/z≈（常数）×（1-hr2/2ra） ，故当h>0，则r↑， θ/z↓，反之， h<0，则r↑，θ/z↑。

（2）由方程4，有θ/r≈-（常数）×r，即在同一水平面上，θ/r 随r线性地变化。

（3）同样由方程3和5可知，在同一等温面上，轴向温度梯度θ/z 恒为常数，径向温度梯度θ/r不仅是r的函数而且与h有关，因此等温面的分布主要是决定于θ/r 。

上述分析在推导过程中虽然作了很多近似，但是通过与实验对比，关于温场的表达式基本上是正确的。

这些理论分析结果广泛应用于解释晶体的开裂、热应力的形成以及位错的分布。

2.实验仿真分析

2.1拉速实验

单晶炉模拟的工艺基础：装料120Kg，拉速0.8mm/min，氩气流量40L/min，压力20TOR，液面距30mm。在此情况下，我们得出在400mm，800mm，1200mm的生长界面将随着晶体生长长度的增加，其生长界面也随之由凸向凹逐渐转变。

但假如我们提高拉速为1.0mm/min，则生长界面可以一直保持较为平坦生长界面生长，不会出现明显的凹凸变化。

3.结论

通过以上对比，我们可以得出，只改变拉速的条件下，拉速越高，界面越平稳。因此，适当提高拉速有利于晶体电阻率的均匀性。

【参考文献】

[1]张克丛，张乐滤.晶体生长.北京：科学出版社，1981.

[2]李占国，毛桂盛.硅单晶生长工艺学伽.北京：中国有色金属工业总公司，1986.

[3]任丙彦，郝秋艳，刘彩池，王海云，张颖怀.大直径CZ$i单晶中微缺陷与间隙氧之间的关系半导体技术，2002，（3）：21-24.

篇5：有色金属旋压技术研究现状

有色金属旋压技术研究现状

阐述了有色金属旋压加工的研究现状.从有色金属旋压材料、工艺和质量控制三方面介绍了有色金属旋压加工的.特点,对有色金属旋压的发展趋势做了预测.

作 者：牟少正 韩冬  作者单位：西安航天动力机械厂 刊 名：航天制造技术 英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(4) 分类号：V4 关键词：有色金属   旋压技术   质量控制  

篇6：旋压工艺

以某铝合金旋压塑性成形工艺为应用研究对象,结合旋压成形工艺的关键技术,采用基于Msc.Marc的非线性有限元分析软件平台,对平板旋压和锥形件收口剪切旋压进行了模拟,模拟分析结果对产品旋压方案设计、模具设计、旋压工艺参数的制定有较好的.实用价值.

作 者：王华侨 张如平翟永卉 王岩峰 作者单位：王华侨,张如平,翟永卉(中国三江航天集团国营红阳机械厂)

王岩峰(北京航空制造工程研究所)

篇7：旋压工艺

关键词：强力旋压,工业纯钛,仿真模拟,管筒件,热旋压

旋压是一种先进的少无切削成形技术,广泛应用于金属回转体工件的生产制造中,是航空航天、海洋运输、汽车工业等行业加工制造技术的重要补充,可作为精整成形生产最终的金属零件产品[1,2]。钛的塑性加工手段众多,为了保证精度和控制生产成本,旋压是钛及钛合金回转体零件重要的生产制造技术。

工业纯钛是海洋管道运输的重要原材料,而具备一定尺寸精度是保证运输效率的重要条件。工业纯钛管筒件产品常规使用热挤压或热拉拔完成,尺寸精度无法达到规定要求,内壁效果不佳,对模具的要求和工艺参数的控制极为苛刻,生产成本代价高的同时废品率也居高不下。而强力旋压可解决以上难题,不但能够满足尺寸精度要求,而且通过旋压还能使材料性能得到提升。

工业纯钛的强力热旋压属于逐点塑性成形方式,温度、控制参数都是旋压成品件精度的重要影响要素。本文通过Deform-3D有限元软件对工业纯钛TA2成形工艺进行模拟与现场试验,其研究对钛材强力热旋压具有重要的参考意义。

1 工业纯钛强力热旋压的模拟

首先,材料是成形模拟的重要元素,根据已有研究[3],工业纯钛TA2的热变形流变应力本构方程为:

依据此方程修正Deform-3D材料库中的“Ti Tanium-Type-2”(热变形工业纯钛TA2)的材料模型属性,使模拟接近或符合商业工业纯钛的材料特性,如图1所示。

根据模拟需求对工装模具、毛坯件建模,依据旋压资料和探究经验得出的参数设计模型[4,5,6,7],用SolidWorks三维造型并装配,导出各部件的STL文件,将此类文件分别导入Deform-3D软件中,使用软件中工件位置调整界面对工装模具与工件之间的空间关系进行微调,如图2所示。材料修正后,根据变形条件与环境,逐一对部件进行温度、材料以及初始位置的定义,具体工艺参数如表1所示。

根据旋压成形为点变形的特点,采用自定义四方体网格划分方式,最小单元为3mm,最大最小单元边长比为1.5,可划分出4521个单元,节点1884个。设置体积补偿确保变形为体积不变的塑性变形,采用FEM+meshing的体积控制方式,保持变形体积不变。毛坯定义为塑性体,模具皆为刚性体。

2 模拟结果与分析

2.1 温度变化规律

模拟结果显示,工业纯钛在强旋过程中有热量的产生和传递,且出现阶跃峰值,之后温度平稳波动,详细温度变化如图3所示。分析得知,钛的变形抗力特别大且导热性能一般,钛筒形件旋压塑性变形时是属于晶粒滑移变形,变形克服摩擦力产生热量,从无到有变形的变形初期产生巨大热量,即图中峰值,之后产生的热量和工件与外界热交换需要的热量都趋于平稳,即变形趋于稳定。在试验时需要特别注意成形初期的温度控制,不能进行大量的补热,发生过热会导致成形无法顺利进行。

2.2 变形程度分析

模拟变形曲线如图4所示,初始变形破坏程度剧烈,之后变形破坏已然稳定,表明强力旋压变形是稳定的,仅在初始变形阶段具有不稳定的倾向。Damage作为一种变形破坏的程度的考量,其值不能超过材料的抗拉强度,否则将发生材料内部破裂。对于工业纯钛而言,取其抗拉强度的最小值35kg/mm2。图中曲线峰值并没有超过该最小值,故没有使工件内部破化失效,但在试验过程中必须通过进给量及进给速度控制峰值。

3 工业纯钛强力热旋压实验研究及分析

3.1 实验参数

工业纯钛的强力热旋压实验使用研究所研发的W87K-600立式旋压机作为试验设备,以加热炉、火焰枪、行车等作为辅助设备,以工业纯钛TA2筒形件为坯料,以模拟参数为基础,具体加工参数如表2所示。

3.2 实验结果及分析

在初次实验过程中产生两个关键问题:一是熔覆,二是旋压起皮,如图5所示。

熔覆系因温度控制不当引起。在上节的仿真模拟过程中,可以看出温度骤升是在旋轮与毛坯刚刚接触的初旋阶段,所以温度控制主要集中在初旋阶段。在旋压中期和后期,由于工业纯钛塑性成形会产生大量热量,维持变形所需热量并没有初期那么大,控制难度也明显低于初期。初期温度控制应遵循适时控制的原则,使用红外测温仪对加热部位进行全程监控,当测温点低于500℃用火焰枪进行补温,高于700℃则无需补热。加热处是毛坯上距离旋压点10mm的未成形部位,而测温点则设定在加热点的对面。

其次是旋压起皮,从纹路看设备不存在波动和刚度不稳问题,经过探讨分析,主要原因是主轴转速与旋轮进给量不匹配、温度控制不稳定。处理方式是在同等进给量的情况下调整转速,寻找适合的主轴转速;同时将初始旋压阶段温度控制区间进一步缩小至500~600℃。

最终采用修正后的工艺参数进行工业纯钛热旋压,转速调整至60r/min,温度控制区间为500~600℃,维持温度点为550℃,旋压制出符合要求的零件,如图6所示。

4 结论

工业纯钛热旋压处在试验研究阶段,其生产过程受影响因素较多,不同设备的工艺参数也不尽相同,但参数的变化趋势和研究方法是类似的。本文通过Deform-3D有限元仿真软件对工业纯钛的热旋压进行模拟仿真,可得出具有一定参考价值的工艺参数,将该工艺参数结合经验应用于生产过程,根据生产过程进行调整,得出符合要求的旋压产品。本文得出工业纯钛热旋压试验的参数基本符合生产需要,但仍存在如下问题:生产效率偏低;控制温度应往自动适应调节方向改进;在试验中遇到了热加工强化,需要在模拟中深入研究。

参考文献

[1]王成和,刘克璋.旋压技术[M].北京:机械工业出版社,1986:23-30.

[2]牟少正,韩冬.有色金属旋压技术研究现状[J].航天制造技术,2008,(4):38-42.

[3]陈林,徐春.工业纯钛TA2热变形流变应力研究[A].第十届中国科协年会论文集(四)[C].中国科学技术协会,2008.

[4]吴立波,张治民.旋压设备工艺研究[J].锻压装备与制造技术,2006,41(2):31-33.

[5]牟少正,韩冬,杨英丽,等.铸造钛合金管坯的旋压成形及性能研究[J].锻压装备与制造技术,2009,44(2):98-100.

[6]黄金昌.钛及其合金的热旋压和热深冲[J].稀有金属与硬质合金,1993,(3):45-50.

篇8：国产旋压机技术取得重大突破

与传统的冲压机相比, 旋压机可以制造拉伸工艺无法制成的产品, 包括飞机头, 具有较高的加工精度。而且, 旋压机是无颗屑生产, 一道成型, 节能高效, 可节省模具费用。旋压机替代冲压机已成为制造业转型升级的趋势。

卧式多工位皮带轮专用旋压机是湖锻液压经过一年多的时间研制而成的, 命名为“潘克”。机床采用该企业自行开发的CNC数字控制系统, 实现了旋压技术的整体国产化。

据介绍, 目前国内的旋压机几乎主要依赖进口, 德国和西班牙一直统领着全球旋压技术, 湖锻液压机得成功研制将冲击上述两国的垄断地位。一家澳大利亚企业得知这一消息后, 经过实地考察, 随即下了一万份需用旋压技术制造的家具底座订单。

“从订单量上来看, 已经说明国外客户对中国产旋压技术的认同。”湖锻液压负责人董利强说, “国内乃至世界的飞机头外壳将来都可能与湖锻液压机床厂有着千丝万缕的关系。”

瑞士百超发布新品小型折弯机

近日, 瑞士百超 (BYSTRONIC) 集团折弯机Xcel16-50 (4轴) 新品发布会分别在天津、无锡、深圳、广州等地举办。

成功进行了热负荷试车。

二重400吨米锻造操作机是热加工重大技改工程。土建工程从去年12月初破土动工, 今年2月份进入设备安装, 6月底二重自行完成了全部设备安装任务。这台操作机属国内首台。全部部件重达1000余吨, 其中的液压和电气系统从德国进口, 并由德国专家全程监督安装质量。目前, 二重已利用该设备顺利锻制钢锭重77吨的支承辊锻件毛坯和1支钢锭153吨的支承辊锻件毛坯。据悉。二重400吨米锻造操作机投入使用后, 将减轻锻造工序的员工劳动强度, 提高锻件精度、质量和功效, 使冶金、电力、石化等行业的大型锻件产能得到极大地提升。

山东华鲁锻压机床院士工作站揭牌

日前, 山东省华鲁锻压机床院士工作站正式成立, 北京理工大学校长、中科院院士胡海岩, 山东泰安市副市长徐恩虎等为工作站揭牌。

篇9：钽钨合金球面圆盘旋压仿真研究

旋压是将金属板料毛坯或预制毛坯安装夹紧在旋压机的芯模上, 通过主轴带动芯模和毛坯旋转, 利用旋轮对坯料施加持续压力, 使毛坯产生连续逐点的塑性变形, 加工出各种母线形状的旋转体零件。旋压是一种无切屑连续局部回转成形的先进成形工艺[1,2], 是塑性加工的一个重要分支, 具有变形条件好、尺寸公差小、材料利用率高等优点, 尤其是在大型复杂薄壁壳体的加工中优势明显[3], 采用旋压方法加工零件, 通过多次旋压、热加工, 使旋压毛坯组织晶粒细化, 有效改善了材料自身的缩孔、夹杂、气孔等缺陷[4], 旋压工艺参数如果设置不合理, 旋压后的零件会出现各种各样的缺陷[5]。合理的工艺参数能有效控制旋压过程中零件的变形情况[6]。有限元分析的方法可用来对旋压过程进行分析[7]。本文主要针对钽钨合金球面圆盘零件进行旋压成形模拟仿真, 通过采用有限元分析方法对该零件旋压成形过程进行模拟, 摸索旋压工艺参数的影响规律, 能够为实际旋压加工工艺参数的确定与优化提供依据。根据仿真结果进行了旋压加工实验, 实验结果表明仿真所得工艺参数能够对实际加工起到指导作用。

1 仿真方案设计

该仿真主要针对钽钨合金球面圆盘零件的旋压加工, 图1所示为旋压加工仿真方案。在模拟仿真过程中, 芯模和毛坯固定不动, 旋轮环绕芯模毛坯旋转运动, 其运动方式可以描述为两种运动方式的结合运动, 一种是绕着Z轴旋转, 另一种沿Z轴负方向的螺旋线运动。旋压初始时毛坯和芯模的接触面积较小, 无法保证Z轴的约束, 缺乏稳定性, 故需要在芯轴与毛坯间施加约束, 旋压一定程度后, 毛坯和芯模之间有了一定的接触面积, 可以保证Z轴的约束, 故要把约束去掉, 也能防止毛坯边缘不必要的受力。在毛坯定位约束方面, 将毛坯和芯轴的接触处定义为约束状态, 与实际旋压过程的同步夹具定位方式等价。

仿真分析中的具体参数如下:毛坯材料:钽钨合金 (Ta-2.5W) ;旋轮和芯模材料:H13;旋轮个数:一个;旋压方式:正旋、无错距;旋压道次: 一次强旋成形; 旋轮工作圆角半径:R=8mm、R=6mm;工作角度:β=60°、β=45°;主轴转速:300rpm, 纵向 (轴线) 旋压速度:Vc=60mm/min、Vc=90mm/min、Vc=120mm/min, 进给率:f=0.2mm/r、f=0.3mm/r、f=0.4mm/r。具体方案参数如表1所示。

2 仿真结果

旋压运动过程可以简化为旋轮绕毛坯做空间螺旋线运动, 摩擦条件设定为面面接触, 芯模和毛坯件间摩擦系数为1, 毛坯和旋轮间摩擦系数为0.1。由于成形工艺为正旋, 因此对毛坯进行X、Y向位移约束, 对毛坯中心进行Z向位移约束。

2.1 旋轮工作角对应力应变及成形过程的影响

旋轮工作圆角半径R=8mm, 主轴转速为300rpm, 纵向旋压速度为90mm/min, 进给率为0.3mm/r, 当工作角分别为45°和60°时, 旋压产生的应力、应变对比如图2、图3所示。

2.2 旋轮工作圆角半径对应力应变及成形过程的影响

选轮工作角为60°, 主轴转速为300rpm, 纵向旋压速度为90mm/min, 进给率为0.3mm/r, 当旋轮工作圆角半径为6mm时, 旋压产生的应力、应变对比如图4所示。

2.3 进给率对应力应变及成形过程的影响

当选轮工作角为60°, 旋轮工作圆角半径为8mm, 主轴转速为300rpm, 当进给率分别为0.2mm/r和0.4mm/r时, 旋压产生的应力、应变对比如图5、图6所示。

3 仿真结果分析

当毛坯完全被旋压成形后, 分别截取同心圆直径为φ20mm、φ40mm、φ60mm、φ80mm、φ100mm、φ120mm等处截面观测其成形时的壁厚差, 如图7所示。分析旋轮工作角、旋轮工作圆角半径、进给率等工艺参数对其壁厚差的影响, 进而可知对旋压精度的影响。

当主轴转速为300rpm;纵向旋压速度为90mm/min;进给率为0.3mm/r时, 运用不同旋压工艺参数进行仿真所得壁厚差对比分析结果如图8所示。

通过以上图表数据及曲线变化可以发现, 当主轴转速为300rpm、进给率为0.3mm/r、旋轮工作角为60°、旋轮工作圆角半径R=8mm时的壁厚差整体变化幅度较小, 继续进行分析, 旋轮工作圆角半径为8mm, 旋轮工作角为60°, 主轴转速为300rpm, 当进给率分别为0.2mm/r、0.3mm/r和0.4mm/r时, 对壁厚差进行对比分析, 结果如图9所示。

通过上述分析可以看出, 当主轴转速为300rpm、旋轮工作角为60°、旋轮工作圆角半径为8mm、进给率为0.2mm/r时, 零件旋压成形过程中壁厚差整体变化幅度较小, 对于成形精度控制有利。

4 旋压加工实验

应用3中仿真分析所得的的工艺参数进行实际的旋压加工, 旋轮工作角选为60°、旋轮进给率选为0.2mm/r、主轴转速为300rpm、旋轮工作圆角半径为8mm, 旋压后的结果如图10所示。

5 结论

通过采用有限元方法对钽钨合金球面圆盘零件进行旋压成形模拟仿真, 得到了旋压成形过程中应力应变情况, 通过对旋压后的零件壁厚差进行分析, 得出了旋轮进给率、旋轮圆角半径及旋轮工作角对壁厚差的影响规律, 结果表明当旋轮个数为一个、旋压方式为正旋、毛坯材料为钽钨、旋轮和芯模材料为H13、主轴转速为300rpm (以上均为固定参数) , 工作角为60°、旋轮工作圆角半径为8mm、进给率为0.2 时, 旋轮对毛坯的成形精度是最佳的。应用仿真所得的工艺参数进行了旋压实验, 实验结果与仿真结果较吻合, 实验结果表明通过采用模拟仿真的方法和手段所得的工艺参数, 能够用来指导实际旋压加工。

摘要：本文主要针对钽钨合金球面圆盘零件进行旋压成形模拟仿真, 采用有限元分析软件对旋压过程进行了模拟仿真, 得到了旋压成形过程中应力应变云图, 以旋压后的零件壁厚差为分析目标, 得到了旋轮进给率、旋轮半径及旋轮工作角对壁厚差的影响规律, 应用仿真所得的工艺参数进行了旋压实验, 实验结果与仿真结果吻合, 表明通过采用模拟仿真的方法和手段, 能够对实际旋压加工起到指导作用。

关键词：旋压,应力应变,有限元分析,壁厚差

参考文献

[1]宋晓飞, 詹梅, 蒋华兵, 等.铝合金大型复杂薄壁壳体多道次旋压缺陷形成机理[J].塑性工程学报, 2013.20 (1) :31-36.

[2]李伟, 李亨, 刘全坤.带轮旋压成形关键技术分析[J].机械传动, 2013.37 (8) :13-16.

[3]杨合, 詹梅, 李甜, 等.铝合金大型复杂薄壁壳体旋压研究进展[J].中国有色金属学报, 2011.21 (10) :2534-2550.

[4]张利军, 申伟, 曹尔聪.钛合金薄壁零件旋压工艺[J].工具技术, 2013.47 (7) 44-45.

[5]黄敬, 李辉, 李锐, 等.小直径大长径比薄壁圆筒旋压工艺研究[J].制造技术研究, 2013 (3) :30-33.

[6]陈飞, 詹梅, 古创国, 等.工艺参数对带横向内筋薄壁复杂构件旋压不均匀变形的影响[J].材料科学与工艺, 2010.18 (1) :29-33.