38CrSi多筋筒形件旋壓成形工藝研究

梁嵬，曹振鵬，李學(xué)光，青格勒

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

38CrSi多筋筒形件旋壓成形工藝研究

梁嵬，曹振鵬，李學(xué)光，青格勒

（長(zhǎng)春理工大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130022）

筒形件強(qiáng)力旋壓工藝參數(shù)選擇不恰當(dāng)，會(huì)引起金屬纖維走向不均勻，導(dǎo)致扭曲，內(nèi)應(yīng)力增加，本文通過三輪錯(cuò)距旋壓工藝試驗(yàn)，研究了一定工藝參數(shù)條件下38CrSi筒形件旋壓過程的退讓量的選取，并采用優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)一步對(duì)帶外環(huán)向筋38CrSi筒形件進(jìn)行了旋壓試驗(yàn)，獲得了理想的旋制工件，總結(jié)出徑向減薄量的選取規(guī)律，為以后帶筋筒形件的旋制提供了一定的參考。

38CrSi；筒形件；退讓量；外環(huán)向筋

強(qiáng)力旋壓是制造筒形件的有效方法之一，與其他制取筒形件的工藝相比，具有材料利用率高、提高工件性能、可獲得較高尺寸精度和表面光潔度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航天、航空、兵器等領(lǐng)域。錯(cuò)距旋壓是使多個(gè)旋輪在軸向相互錯(cuò)開一定距離，在徑向又依次使毛坯厚度減薄的一種旋壓方式，采用這種方式可以在一道工序中完成需要幾道工序完成的工作，使旋壓率顯著提高［1-4］。帶有外環(huán)向筋的筒形件可以大大提高筒形件的強(qiáng)度，但其旋壓工藝也比較復(fù)雜。本文通過三輪錯(cuò)距旋壓工藝試驗(yàn)，采用38CrSi筒形件短料毛坯摸索了帶外環(huán)向筋筒形件旋壓成形工藝參數(shù)，為大長(zhǎng)徑比帶外環(huán)向筋筒形件的旋壓工藝研究提供了一定的實(shí)踐依據(jù)。

1 工藝試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)裝備和旋壓毛坯工件

采用長(zhǎng)春設(shè)備工藝研究所自行研制的QX63-500數(shù)控三旋輪強(qiáng)力旋壓機(jī)，該旋壓機(jī)的3個(gè)旋輪呈120°分布，3個(gè)旋輪在軸向和徑向進(jìn)行錯(cuò)距，一次旋壓成形內(nèi)外錐形零件，從起旋到旋壓結(jié)束，減薄率逐漸增大，從0%增至45%［4］。旋壓機(jī)如圖1所示。芯模和旋輪材料為熱做模具鋼3Cr2W8V，芯模直徑為82mm。

圖1 三旋輪強(qiáng)力旋壓機(jī)

工件的材料38CrSi合金是一種高強(qiáng)度、中等韌性的合金鋼，其主要性能參數(shù)如表1所示。

表1 38Crsi性能參數(shù)

工藝試驗(yàn)采用短料毛坯進(jìn)行旋壓，摸索帶環(huán)向筋38CrSi筒形件旋壓成形工藝參數(shù)，控制38CrSi筒形件內(nèi)徑反彈量，外徑筋高成形能力，完成旋制外表面帶筋，內(nèi)徑精度滿足技術(shù)指標(biāo)要求的38CrSi短料毛坯樣件。采用機(jī)加工方式制造毛坯，毛坯尺寸如圖2所示。

圖2 毛坯尺寸圖

1.2 旋壓試驗(yàn)方案和工藝參數(shù)

旋壓過程采用正向錯(cuò)距旋壓方式，旋壓過程分為兩道次旋壓，首道次為等壁厚筒形件減薄旋壓，主要目的是摸索旋壓過程中樣件壁厚反彈量、內(nèi)徑精度和工件外表面成形情況；第二道次保證內(nèi)徑精度為Φ82+0.1，并摸索變壁厚38CrSi筒形件外環(huán)向筋成形筋高、筋寬及兩筋件的尺寸精度控制工藝參數(shù)。

根據(jù)旋壓38CrSi筒形件經(jīng)驗(yàn)，初步確定旋壓工藝具體參數(shù)如表2所示。

表2 工藝參數(shù)

2 結(jié)果分析

2.1 退讓量分析

旋壓過程設(shè)置第一道次各旋輪的壓下量如表3所示。

表3 第一道次三旋輪壓下量

利用以上工藝參數(shù)旋制出短料38CrSi第一道次筒形件，樣件如圖3所示，其壁厚和內(nèi)徑的測(cè)量數(shù)據(jù)如表4所示，可以看出其壁厚變化在8.10～8.20mm之間，其內(nèi)徑變化基本符合技術(shù)指標(biāo)要求。最終控制壁厚的第三輪的間隙為7.6mm，與實(shí)際壁厚相差0.5～0.6mm之間，即第一道次工件的整體退讓量在0.5～0.6mm之間。因而，以后在第一道次間隙的選擇上要考慮0.6mm左右的退讓量，以此達(dá)到7.6mm的目標(biāo)壁厚。

圖3 第一道次旋壓樣件

表4 第一道次內(nèi)徑和壁厚數(shù)據(jù)

針對(duì)以上退讓量，制定新的各旋輪壓下量參數(shù)見表5所示。

表5 第一道次三旋輪壓下量

考慮第一道次退讓量，使用表5中調(diào)整后的工藝參數(shù)再次進(jìn)行旋壓，對(duì)樣件測(cè)量得出壁厚基本在目標(biāo)壁厚7.6左右，即得到第一道次壁厚符合要求的工件，測(cè)量尺寸數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 第一道次內(nèi)徑和壁厚數(shù)據(jù)

2.2 外環(huán)向筋成形分析

采用第一道次旋制出的7.6mm壁厚的工件進(jìn)行第二道次旋壓，嘗試旋制外表面帶筋筒形件，根據(jù)壁厚及旋制外形目標(biāo)，旋壓間隙參數(shù)如表7所示。旋壓過程采用第三個(gè)旋輪與芯模間隙變化來旋制外環(huán)響筋。根據(jù)以上工藝旋制出的帶筋樣件和毛坯對(duì)比如圖4所示，測(cè)量得到筋高處壁厚在5.8mm左右，其它壁厚處為5.5mm，經(jīng)過此樣件，可以初步斷定如果想要旋制較好的帶筋外表面，單靠第三個(gè)旋輪調(diào)整壁厚差是不可行的。因而，通過以上實(shí)驗(yàn)得出，在旋制38Crsi短料樣件的過程中如果想要獲得較好的成形筋就必須采用第二輪和第三輪的間隙同時(shí)變化的工藝方案。

表7 第二道次三旋輪壓下量

圖4 毛坯和旋壓工件圖

針對(duì)以上結(jié)果，第二道間隙設(shè)置為第二輪和第三輪都有變化的間隙控制工藝，具體間隙變化見表8所示。在旋制過程中，當(dāng)?shù)谝坏来涡仆瓿珊竺髁喜恢苯有赌Ｆ錉顟B(tài)如圖5所示。

表8 第二道次三個(gè)旋輪壓下量

圖5 毛坯和旋壓工件圖

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本文通過三旋輪錯(cuò)距旋壓對(duì)38CrSi毛坯進(jìn)行旋壓試驗(yàn)得出，38CrSi材料的毛坯在本實(shí)驗(yàn)參數(shù)的條件下退讓量在0.5～0.6mm之間。

（2）通過三旋輪強(qiáng)力旋壓機(jī)對(duì)帶外環(huán)向筋38CrSi筒形件進(jìn)行錯(cuò)距旋壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用合適的旋輪與芯模之間的間隙，即合適的減薄率對(duì)成形筋的成形質(zhì)量有著重要影響。

（3）通過三旋輪錯(cuò)距強(qiáng)力旋壓對(duì)38CrSi毛坯進(jìn)行旋壓試驗(yàn)得出，當(dāng)旋輪的徑向減薄量Δt1≥Δt2≥Δt3時(shí)，工件貼模好，成形精度也較高。

［1］ 楊國(guó)平，李杰，叢建軍，等.工藝參數(shù)和坯料結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)旋筒形件伸長(zhǎng)效率影響的有限元分析［J］.航天制造技術(shù)，2014，03:36-39.

［2］ 陳適先，賈文鐸，曹庚順，等.強(qiáng)力旋壓工藝與設(shè)備［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1986.

［3］ 徐恒秋，侯豐巖，李琳琳，等.薄壁筒形件錯(cuò)距強(qiáng)力旋壓成形的工藝研究［J］.新技術(shù)工藝，2011，（3）:97-99.

［4］ 夏琴香，張鵬，程秀全，等.筒形件錯(cuò)距旋壓成形工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)研究［J］.鍛壓技術(shù)，2012，06:42-46.

［5］ 徐恒秋，張銳，王大力，等.60Si2Mn鋼曲母線形件強(qiáng)力熱旋壓成形技術(shù)研究［J］.新技術(shù)新工藝，2014，03: 14-16.

The Study on Spinning Forming Technology of Tube Shaped Parts with Circumferential Reinforcements

LIANG Wei，CAO Zhenpeng，LI Xueguang，QING Gele
（School of Mechatronical and Electrical Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）

Spun cylindrical parts with circumferential reinforcements can improve the strength of cylindrical parts，in this paper，through the process of three wheel stagger spinning，Studied the rebound of 38CrSi tubein Some process parameters conditions，and using the optimized process parameters carried out the spinning test further.Finally got suitable spinning process parameters，and providing a certain reference for the tube spinning with reinforcements.

38CrSi；tube shaped part；rebound；circumferential reinforcements

TG306

A

1672-9870（2016）05-0085-03

2016-05-03

梁嵬（1979-），男，碩士，工程師，E-mail:liang811@sina.com

李學(xué)光（1979-），男，博士，副教授，E-mail:lixg_1979@163.com