《特種塑性成型》課件-7.旋壓成形

1.旋壓成形原理及特點(diǎn)目錄旋壓成形的基本原理1旋壓成形的主要特點(diǎn)2導(dǎo)入案例“巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)”禁運(yùn)的清單國際原子能清單

國際軍品清單工業(yè)清單（大型數(shù)控強(qiáng)力旋壓設(shè)備）旋壓成形原理及特點(diǎn)2021年元月開始立項(xiàng)研制J58ZK-2500型伺服直驅(qū)式數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)樣機(jī)。導(dǎo)入案例J58ZK-2500型伺服直驅(qū)式數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)樣機(jī)2022年1月18日，新威奇科技研制的25000kN大噸位伺服直驅(qū)式數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)及性能通過了測(cè)試及驗(yàn)收。旋壓成形原理及特點(diǎn)導(dǎo)入案例測(cè)試方面精度機(jī)械性能有效能量能量控制精確性穩(wěn)定性測(cè)試長期許用載荷打擊測(cè)試噪聲測(cè)試安全功能保護(hù)裝置運(yùn)行測(cè)試耐壓絕緣電阻接地連續(xù)性測(cè)試旋壓成形原理及特點(diǎn)基本原理旋壓成形用于薄壁回轉(zhuǎn)體零件成形的一種金屬壓力加工方法。旋壓工藝原理示意圖特點(diǎn)工藝特點(diǎn):鍛造、擠壓、拉深、彎曲、環(huán)壓、橫扎和滾壓等;先進(jìn)工藝:少切削或無切削加工借助于旋輪或桿棒等工具作進(jìn)給動(dòng)力，加壓與隨芯模沿同一軸線旋轉(zhuǎn)金屬毛坯，使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形最終形成所需的空心回轉(zhuǎn)體零件。旋輪板料芯模一、旋壓成形的基本原理旋壓件的典型形狀圖7.1.2旋壓件的典型形狀通過旋壓可完成成形、縮徑、收口、封底、翻邊、卷邊、壓筋等各種工作。旋壓工藝旋壓工藝作為塑性加工的一個(gè)重要分支，具有柔性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合加工多種金屬材料，是一種經(jīng)濟(jì)、快速成形薄壁回轉(zhuǎn)體零件的方法。一、旋壓成形的基本原理旋壓工藝兵器航空機(jī)械制造電子化工航天金屬精密加工技術(shù)領(lǐng)域占有重要地位民用輕工業(yè)廣泛應(yīng)用一、旋壓成形的基本原理軍用領(lǐng)域炮管封頭噴管雷達(dá)艙導(dǎo)彈殼體魚雷外殼頭罩飛機(jī)副油箱飛機(jī)頭罩發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣一、旋壓成形的基本原理民用領(lǐng)域汽車輪轂帶輪管材齒輪冶金行業(yè)化工行業(yè)化肥罐儲(chǔ)氣罐高壓容器一、旋壓成形的基本原理洗衣機(jī)零件滅火器零件樂器燈罩壓力鍋各種氣瓶輕工產(chǎn)品一、旋壓成形的基本原理雷達(dá)屏陰極管陰極輥通信行業(yè)一、旋壓成形的基本原理工藝特點(diǎn)功率消耗低金屬晶粒在變形力的作用下沿變形區(qū)滑移面錯(cuò)移尺寸精度高和表面粗糙度值小制品范圍廣單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)種類多坯料來源廣材料利用率高、省工時(shí)、成本低二、旋壓成形的主要特點(diǎn)設(shè)備種類普通旋壓成形特性其他加工工藝聯(lián)合旋壓強(qiáng)力旋壓二、旋壓成形的主要特點(diǎn)設(shè)備種類主軸旋轉(zhuǎn)、旋輪軸向及徑向移動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式主軸移動(dòng)、旋輪旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)及軸向移動(dòng)、旋輪徑向移動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)、旋輪擺動(dòng)二、旋壓成形的主要特點(diǎn)設(shè)備種類單輪旋輪數(shù)量三輪(又分均勻和不均勻，不均勻中又分為浮動(dòng)框架式和非浮動(dòng)框架式)雙輪(又分為鞍座式和框架式)多輪二、旋壓成形的主要特點(diǎn)設(shè)備種類手工操作旋輪控制方式錄返控制式液壓半自動(dòng)式機(jī)械傳動(dòng)式數(shù)字控制式二、旋壓成形的主要特點(diǎn)設(shè)備種類冷旋壓旋壓溫度熱旋壓工藝參數(shù)：影響旋壓變形過程的各種工藝因素，統(tǒng)稱為旋壓變形的工藝參數(shù)。二、旋壓成形的主要特點(diǎn)小結(jié)旋壓成型的基本原理1旋壓成型的特點(diǎn)2旋壓成形原理及特點(diǎn)2.旋壓工藝分類及材料（一）普通旋壓與變薄旋壓普通旋壓是指主要改變坯料形狀，而壁厚尺寸基本不變或改變較少的旋壓成形過程。變薄旋壓又稱強(qiáng)力旋壓，它是指坯料形狀與壁厚同時(shí)改變的旋壓成形過程。旋壓變形特征壁厚減薄程度將旋壓工藝分為普通旋壓和變薄旋壓。普通旋壓與變薄旋壓普通旋壓變薄旋壓一、旋壓成形工藝分類（二）旋壓成型工藝類型普通旋壓變形溫度變薄旋壓變形性質(zhì)和工件形狀旋輪和坯料流動(dòng)方向旋輪和坯料相對(duì)位置旋壓工具熱旋壓冷旋壓錐形剪切旋壓筒形旋壓反向旋壓正向旋壓外徑旋壓內(nèi)徑旋壓滾珠旋壓旋輪旋壓一、旋壓成形工藝分類（三）特種旋壓特種旋壓區(qū)別于常規(guī)的變薄旋壓與普通旋壓，根據(jù)工件形狀而派生出新的成形方法稱為特種旋壓。具有新型復(fù)合旋壓工藝的特征帶輪旋壓曲母段旋壓橢錐件旋壓環(huán)形件旋壓齒肋旋壓螺紋旋壓車輪旋壓多輪旋壓無模旋壓典型的特種旋壓工藝包括：一、旋壓成形工藝分類旋壓材料鋁合金銅合金低碳鋼到高溫合金馬氏體失效鋼高強(qiáng)鋼鈦合金······種類有色金屬鋼材二、旋壓成形材料有色金屬（一）有色金屬鋁銅鈦鎢鉬鋯鋁及其合金約占50%,銅、鈦兩種金屬次之，剩下的為稀有金屬。鈮二、旋壓成形材料鋁純鋁強(qiáng)度低塑性變形性能好加工硬化是其唯一的強(qiáng)化途徑。用于旋壓成形的防銹鋁合金有5A02、5A06、5A21等旋壓成形純鋁、防銹鋁、硬鋁、超硬鋁及鍛鋁等十余種，其產(chǎn)品約40種規(guī)格。1.鋁及鋁合金二、旋壓成形材料銅旋壓成形主要有純銅、黃銅、白銅。2.銅及銅合金純銅又稱紫銅，旋壓變形塑性最好，擠壓退火后，旋壓過程的減薄率大于80%，成形效果好。黃銅因應(yīng)變硬化較嚴(yán)重，塑性不如純銅。白銅的冷旋性能與黃銅相當(dāng)，有較好的塑性。當(dāng)鎳、鐵、錳為主要添加元素時(shí)，管材旋壓累計(jì)減薄率最高可達(dá)90%,當(dāng)大于75%時(shí)，壁厚變形充分而均勻；再進(jìn)行650-700℃退火，可以獲得較好的性能。二、旋壓成形材料鈦3.鈦及鈦合金鈦屬于稀有金屬，純鈦強(qiáng)度低、塑性好，可以在室溫條件下變薄旋壓成形。鈦合金強(qiáng)度高于鋁合金，高溫時(shí)更加明顯。鈦合金多數(shù)需要加熱旋壓成形，TB2封頭在700～800℃旋壓時(shí)，抗拉強(qiáng)度是室溫的1/10。TC3的熱旋溫度在700～850℃;TC4熱旋溫度高達(dá)1050℃,與稀有高熔點(diǎn)金屬旋壓溫度接近。二、旋壓成形材料高熔點(diǎn)金屬4.高熔點(diǎn)金屬鉬的熱旋溫度為800℃,隨著減薄率的增加，旋壓件的強(qiáng)度遞增，延伸率相應(yīng)下降。此時(shí)900℃中間退火可以恢復(fù)旋壓工件的加工塑性。。鎢的旋壓溫度可選擇在1000℃左右進(jìn)行，當(dāng)減薄率為60%時(shí)，需要進(jìn)行1100℃的退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，才能繼續(xù)旋壓成形。二、旋壓成形材料4.高熔點(diǎn)金屬鋯可在700℃下普通旋壓封頭，比原來的沖壓或焊接工藝提高了效率。鈮經(jīng)過深沖預(yù)成形后可室溫變薄旋壓鈮管，400℃下鈮合金C-103板材可成形曲母線工件。高熔點(diǎn)金屬二、旋壓成形材料旋壓過程中采用球化退火變形過程中選擇高溫中間退火D6AC鋼旋壓件選擇500℃退火時(shí)，可基本消除殘余內(nèi)應(yīng)力1.高強(qiáng)度鋼D6AC鋼合金總含量小于5%,是旋壓變形性能良好的鋼種之一。二、旋壓成形材料1.高強(qiáng)度鋼采用熱旋溫度應(yīng)選擇600～700℃,避開580℃以下的熱脆區(qū)適合室溫強(qiáng)力旋壓D406鋼合金中的錳、鉻、鉬等元素能夠提高鋼的淬透性，保證整個(gè)斷面都獲得馬氏體組織。二、旋壓成形材料減薄40%后，顯微組織為較細(xì)的回火索氏體，旋壓變形后經(jīng)540℃退火，其旋壓內(nèi)應(yīng)力可完全消除。旋壓成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有較好的旋壓性能。2.結(jié)構(gòu)鋼40CrNiMo鋼二、旋壓成形材料旋壓成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有較好的旋壓性能。2.結(jié)構(gòu)鋼室溫變薄旋壓后強(qiáng)度顯著提高，但塑性并不降低，該合金具有良好的變形性能和強(qiáng)化效果。累計(jì)減薄率大于80%時(shí)，形變強(qiáng)化效應(yīng)比坯料提高一倍。14MnNi合金二、旋壓成形材料旋壓成形有40CrNiMo,14MnNi和40Mn2等，都具有較好的旋壓性能。2.結(jié)構(gòu)鋼旋壓性能僅次于14MnNi,由于其含碳量比14MnNi合金高，所以，強(qiáng)度高于14MnNi合金約30%。40Mn2合金二、旋壓成形材料3.中碳合金鋼30CrMnSi缺點(diǎn)：具有回火脆性和易脫碳，變薄旋壓時(shí)工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，表面容易起皮。鉻提高了強(qiáng)度和硬度錳細(xì)化了晶粒

改善了韌性和塑性硅提高了抗沖擊強(qiáng)度使合金具有良好的力學(xué)性能。二、旋壓成形材料4.馬氏體時(shí)效鋼18Ni馬氏體時(shí)效鋼具有很好的塑性和韌性，室溫旋壓性能良好，冷作硬化率很低。合金固溶狀態(tài)下，旋壓累計(jì)減薄率為70%時(shí)，硬度增加10%,加工應(yīng)變硬化率低。二、旋壓成形材料小結(jié)旋壓工藝分類1旋壓成形的主要材料2鋁及鋁合金銅及銅合金鈦及鈦合金高熔點(diǎn)金屬高強(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)鋼中碳合金鋼馬氏體時(shí)效鋼旋壓工藝分類及材料3.典型旋壓成形技術(shù)目錄筒形件強(qiáng)力旋壓1錐形件剪切旋壓2封頭普旋成形3車輪輞旋壓4無縫整體氣瓶旋壓5帶輪旋壓6帶內(nèi)外縱向齒筒體旋壓7波紋管旋壓8典型旋壓成型技術(shù)強(qiáng)力旋壓是制造薄壁筒形件最有效的工藝方法之一。筒形件強(qiáng)力旋壓產(chǎn)品成形精度高表面粗糙度好材料利用率高工藝裝備簡(jiǎn)單所需設(shè)備噸位小且成本較低各項(xiàng)力學(xué)性能都優(yōu)于切削加工特點(diǎn)一、筒形件強(qiáng)力旋壓工件形狀的改變變形過程始終遵循體積不變?cè)瓌t筒形件強(qiáng)力旋壓材料旋壓前后圓筒壁厚的減薄直徑的變小長度的增加內(nèi)徑的改變產(chǎn)品要素為圓筒外(內(nèi))徑、壁厚、長度、直線度、圓度等。一、筒形件強(qiáng)力旋壓錐形件剪切旋壓遵循體積不變?cè)瓌t正弦理論是該工藝過程中必須依據(jù)的主要理論。工件形狀的改變壁厚的減薄錐度減小高度的增加最終產(chǎn)品要素為錐筒段高度、半錐角、壁厚、已知位置的直徑、錐筒段母線直線度、圓度等。二、錐形件剪切旋壓工藝方案考慮所旋材料參數(shù)的制定延伸率斷面收縮率封頭封頭鍋爐化工容器油罐核反應(yīng)堆導(dǎo)彈人造衛(wèi)星采用旋壓法加工大、中型封頭具有其他加工方法無可比擬的優(yōu)越性。規(guī)格向大型化方向發(fā)展應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大三、封頭普旋成形產(chǎn)品要素：封頭外形輪廓度、已知位置直徑、高度、壁厚。封頭旋壓工藝過程采用板料成形變形前后壁厚不變化/變化極小直徑變化較大，或收縮/擴(kuò)大旋壓時(shí)易失穩(wěn)或局部拉薄單向前進(jìn)旋壓往復(fù)擺動(dòng)多道次逐步旋壓ab工藝要素：旋輪運(yùn)動(dòng)軌跡、旋壓道次、道次旋壓間距、旋壓速度、是否熱旋。三、封頭普旋成形漸開線形旋輪運(yùn)動(dòng)軌跡封頭旋壓工藝過程旋輪軌跡尾頂機(jī)構(gòu)旋壓輪座旋壓輪成形輪成形輪座主軸工件有利于旋壓成形道次旋壓間距影響旋壓過程的成敗ab車輪輞鋁輪輞鎂合金輪輞鋼質(zhì)輪輞車輪輞旋壓（a）板材劈開旋壓車輪（b）管材輪輞旋壓車輪（c）預(yù)制鍛坯強(qiáng)力旋壓整體車輪（b）預(yù)制鍛坯劈開旋壓整體車輪劈開式旋壓工藝將圓盤狀板坯用劈開輪通過分層工藝，使毛坯在厚度方向中部被劈成兩份，再用成形輪漸進(jìn)普旋成形。四、車輪輞旋壓旋壓氣瓶獨(dú)有的整體無縫式已占有極廣闊的市場(chǎng)并有完全取代傳統(tǒng)工藝方法制造氣瓶的趨勢(shì)沖壓瓶肩傳統(tǒng)的氣瓶制造方法瓶底管件或卷焊瓶體焊接制造工序復(fù)雜成本較高產(chǎn)品密封性差承壓能力不理想無縫整體氣瓶旋壓五、無縫整體氣瓶旋壓無縫整體氣瓶旋壓無縫整體氣瓶旋壓工藝路線鋁合金氣瓶板材沖壓/鋁錠熱(350～450℃)反擠壓成杯狀→

強(qiáng)旋直壁部分→

熱收口(400～450℃)普旋成形瓶肩及瓶頸；鋼質(zhì)(多為30CrMo)氣瓶為管形件熱旋壓(900～1000℃)封底→強(qiáng)旋直壁部分/或不旋→熱收口(900～1000℃)普旋成形瓶肩及瓶頸。五、無縫整體氣瓶旋壓帶輪旋壓劈開輪帶輪的槽型加工工藝折疊輪多楔輪板材旋壓V帶輪板材旋壓多楔帶輪單槽雙槽多槽折疊式三楔四楔楔槽數(shù)六楔七楔八楔折疊輪多楔輪采用沖壓和拉深方法制坯，并在旋壓機(jī)上旋壓，同時(shí)適當(dāng)加以軸向壓力而成形。采用沖壓和拉深方法制坯，然后在旋壓機(jī)上旋壓成形。六、帶輪旋壓帶縱齒工件的旋壓成形主要應(yīng)考慮的工藝因素有工件材料、模具材料、內(nèi)外齒形、模具齒形、摩擦狀況、工藝過程和熱處理等。帶縱齒工件齒形七、帶內(nèi)外縱向齒筒體旋壓零件的成形→需要一個(gè)旋壓道次就可完成帶縱齒薄壁零件的毛坯平板坯料拉深、模鍛或管斷面成形將筒形件安裝于專用成形模具在特殊的工件幾何形狀或較長工件時(shí)才需要先對(duì)材料采用多道次預(yù)成形加工，然后再進(jìn)行終旋精加工成形。七、帶內(nèi)外縱向齒筒體旋壓外縱齒形通過旋壓工藝高精度加工制造，借助于旋輪和帶有內(nèi)齒的空心模具，采用內(nèi)旋壓法來成形直徑的限制借助于一個(gè)或多個(gè)相適應(yīng)的帶齒旋輪