數(shù)控旋壓成形工藝應(yīng)用實(shí)例

山東魯南機(jī)床有限公司 （滕州 277500） 王紹存 王傳河 汪玉偉 宋允臣

旋壓加工成形技術(shù)是利用旋輪對(duì)旋轉(zhuǎn)中的金屬毛坯（板料、筒形件或錐形件）逐點(diǎn)施以壓力，使之變形，金屬材料晶粒重新排列，以獲得所需形狀、尺寸、強(qiáng)度要求的零件的加工方法。它綜合了擠壓、拉伸、軋制、彎曲和滾壓等工藝特點(diǎn)，特別適合薄壁、回轉(zhuǎn)體零件的成形加工。旋壓工藝基本分為普通旋壓和強(qiáng)力旋壓兩種，該工藝是真正無切削綠色環(huán)保的工藝。

1.強(qiáng)力旋壓

強(qiáng)力旋壓的正旋律原理：強(qiáng)力旋壓時(shí)必須先預(yù)留出旋輪與芯模之間間隙Δ，也就是需確定經(jīng)旋壓后零件的壁厚，這遵循一個(gè)基本原理——旋壓變形之正弦律。以平板強(qiáng)旋圓錐形件（見圖1）為例。

圖1

旋壓后工件的壁厚tf，與毛坯原始厚度t0和錐形件的半錐角α之間的關(guān)系符合正弦律，即

式中，tf為旋壓后工件的壁厚；t0為毛坯原始厚度；α為工件的半錐角。

2.普旋工藝

普旋工藝的原理：依據(jù)正旋率的計(jì)算分多道次旋壓，采用正反漸開線組合運(yùn)用，即所謂的貝齊埃凸凹曲線，該軌跡方式的運(yùn)用能降低材料的減薄率，使變薄均勻，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)旋壓。

實(shí)際在數(shù)控旋壓設(shè)備運(yùn)用時(shí)，考慮數(shù)控系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性選型，將分段圓弧代替漸開線，輔以直線過渡，再配合適當(dāng)?shù)耐迭c(diǎn)及相應(yīng)的旋壓參數(shù)，可以較便利地旋壓出合格的產(chǎn)品（編程時(shí)可以借助CAD找正程序點(diǎn)）。曲母線零件普旋工藝示意如圖2所示。

圖2

以下典型工藝均在我公司PXK350A數(shù)控旋壓機(jī)床上完成，單輪旋壓，配置廣州數(shù)控系統(tǒng)GSK980TDa。

3.自動(dòng)單循環(huán)強(qiáng)力旋壓

通常如圖1中α＞15°的錐體能在一道次中旋制，能產(chǎn)生較大的材料變薄成形，獲得底厚邊薄的產(chǎn)品。

根據(jù)旋壓工藝及數(shù)控系統(tǒng)功能，建立如圖3所示的工件坐標(biāo)系，選擇軸中心線為X軸原點(diǎn)，模具端面Z軸原點(diǎn)，編輯程序如下：

圖3 錐形件強(qiáng)旋的編程示意圖

4.普通自動(dòng)旋壓

（1）催化器口部的縮徑（收口）自動(dòng)旋壓。對(duì)于兩端均為敞開式的催化器，其旋壓工藝的安排是：在主軸上安裝一套特殊設(shè)計(jì)制造的脹胎模工裝。利用頂出器使脹胎模脹緊卷成形的筒形毛坯，如圖4所示，進(jìn)行催化器首端口部縮徑（收口）旋壓。對(duì)于已完成首端口部縮徑旋壓的催化器，催化器末端口部的縮徑旋壓，可利用特制的自定心卡盤夾緊催化器的方法，如圖5所示。

圖4 旋壓催化器首端的漲胎模工藝

根據(jù)旋壓工藝，建立圖4所示的工件坐標(biāo)系，選軸中心線為X軸原點(diǎn)，模具端面為Z軸原點(diǎn)，編輯程序如下：

圖5 旋壓催化器末端的三爪夾緊工藝

在上述程序中，由于進(jìn)刀段是同樣的，可用一個(gè)子程序以減少程序錄入：

在開始正式批量旋壓前，必需要做的工作如下：

Z軸對(duì)刀：以脹胎模錐頭端面（A面）為基準(zhǔn)面用手輪方式對(duì)刀，設(shè)定Z0。X軸對(duì)刀：以脹胎模錐頭外圓面（B面）為基準(zhǔn)面用手輪方式對(duì)刀，設(shè)定X79（錐頭外圓面直徑+旋輪R10mm×2，即59mm+20mm）?？哲囋囘\(yùn)行檢驗(yàn)所編程序是否與所加工模具型線吻合，發(fā)現(xiàn)Z軸方向偏差－3mm，應(yīng)調(diào)整對(duì)刀基準(zhǔn)，重新設(shè)定Z－3。

實(shí)物試旋加工，發(fā)現(xiàn)零件收尾段存在少量反彈現(xiàn)象，可不用修模，直接修改程序，將程序中總旋壓縮錐拉光N0350語句中G01 X82 Z－28.5 F280改為G01 X81 Z－28.5 F280（使旋輪往X軸方向多壓入0.5mm）。

（2）水壺或罐體零件的普旋。器皿、容器等零件常用拉伸旋壓式普旋法，通常需要多道次旋壓，方能使其成形。圖6推薦了水壺或罐體收口旋壓工裝設(shè)計(jì)及旋壓路線。

圖6 水壺或罐體收口工裝設(shè)計(jì)及旋壓路線推薦

（3）高壓開關(guān)屏蔽罩的自動(dòng)旋壓（強(qiáng)旋與普旋的綜合旋壓）。圖7所示的高壓開關(guān)屏蔽罩前段為一錐臺(tái)，后段為一卷圓。對(duì)前段的錐臺(tái)可擬采用強(qiáng)旋一次旋成，而后段的卷圓則必須分三道旋壓：第一道的卷圓1/4段安排在與錐臺(tái)一起，強(qiáng)旋后接著普旋列為首旋；第二道的卷圓1/4段的旋壓為向內(nèi)收式普旋，作為二旋；而三旋則為一特殊旋壓，即采用卷圓旋輪來完成剩下的1/2卷圓。

首旋（強(qiáng)旋與普旋的綜合旋壓）：對(duì)于如圖7所示將板料用旋壓方法旋出的工件，其旋壓工藝的安排是在主軸上安裝一套按曲線要求設(shè)計(jì)制造的芯模，利用尾頂頂緊毛坯，進(jìn)行屏蔽罩首道旋壓。由于該工件不允許有中心孔，因此必須利用底邊支撐的對(duì)中裝置。建立圖7所示的工件坐標(biāo)系，選軸中心線為X軸原點(diǎn)，芯模端面為Z軸原點(diǎn)，板料厚度2mm，按圖7所示工藝路線編輯程序。

圖7 旋壓屏蔽罩的首旋工

二旋（向內(nèi)收式普旋旋壓）：經(jīng)過首旋加工后的半成品，翻轉(zhuǎn)一面套入筒形模具中，如圖8所示，仍利用原尾頂壓緊半成品工件，然而此時(shí)在尾頂心軸增設(shè)了一只卷圓轉(zhuǎn)盤作為卷圓段內(nèi)模，二旋旋壓完畢尾頂連同卷圓轉(zhuǎn)盤帶工件一起退出，取下工件。二旋旋壓工藝的安排是，先切掉首旋后多余的邊，再進(jìn)行二旋旋壓。

該轉(zhuǎn)盤與尾頂心軸用圓螺母固定，二旋批量旋壓完畢卸下轉(zhuǎn)盤，方可進(jìn)行三旋旋壓。

選軸中心線為X軸原點(diǎn)（以筒形模外圓面B面為基準(zhǔn)面），筒形模端面（A面）為Z軸原點(diǎn)，按圖8所示工藝路線編輯程序。

三旋（卷圓旋壓）：經(jīng)過上兩道旋壓加工后的半成品，仍利用二旋的筒形模具和原尾頂壓緊半成品工件（然而此時(shí)應(yīng)卸下二旋的卷圓轉(zhuǎn)盤），采用一卷圓旋輪對(duì)剩下的1/2卷圓段進(jìn)行旋壓。

如圖9所示，選軸中心線為X軸原點(diǎn)（以筒形模外圓面B面為基準(zhǔn)面），筒形模端面（A面）為Z軸原點(diǎn)，利用卷圓旋輪的端面（a面）和最大外徑（b面）進(jìn)行Z軸和X軸的對(duì)刀。設(shè)板料厚度2mm，按圖9所示工藝路線編輯程序。

同時(shí)，該工藝也可以推廣到在數(shù)控車床上小型旋壓件的加工。

圖8 旋壓屏蔽罩的二旋工藝

圖9 旋壓屏蔽罩的三旋工藝