一種普通旋壓工裝工藝方案設(shè)計(jì)

徐連強(qiáng)

（無(wú)錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 宜興214206）

旋壓技術(shù)是利用金屬材料的塑性變形，通過(guò)旋壓球頭連續(xù)進(jìn)給，把固定在芯模上隨機(jī)床主抽轉(zhuǎn)動(dòng)上的空心棒料或者毛坯反復(fù)趕壓，坯料局部塑性變形不斷擴(kuò)大，最后形狀變成與芯模一致的零件加工。

旋壓分為普通旋壓與變薄旋壓，普通旋壓是在旋壓過(guò)程中改變毛坯的形狀、直徑的增大或者減小，其厚度不變或者有少許改變，普通旋壓分為拉深旋壓、縮徑旋壓和擴(kuò)徑旋壓三種[1]。變薄旋壓在旋壓過(guò)程中不僅改變毛坯形狀，而且明顯減薄其壁厚[2-4]。

本方案中消音器封頭旋壓屬于普通旋壓中的拉深旋壓，下面介紹一種在普通車床上加工一種消音器封頭而設(shè)計(jì)的旋壓加工旋壓設(shè)計(jì)方案，具體說(shuō)明其工藝工裝過(guò)程。

1　旋壓工裝設(shè)計(jì)

圖1為工裝設(shè)計(jì)總體方案，在普通車床或者數(shù)控車床上進(jìn)行加工。在圖中，整個(gè)工裝由旋壓夾具裝置和旋輪裝置兩部分構(gòu)成。

圖1　消音器旋壓工藝工裝設(shè)計(jì)總圖

（1）夾具裝置包括定位夾具座、頂塊、壓緊螺母等元件，夾具座位是定位元件，用來(lái)定位芯模和坯料。頂塊和螺栓是壓緊裝置，作用是壓緊坯料。

在圖2中，芯模、坯料和頂塊通過(guò)銷釘聯(lián)結(jié)，銷釘起定位作用，限制坯料與芯模之間的轉(zhuǎn)動(dòng)位移。芯?？芍瞥刹煌男螤钊鐖A筒形、錐形、拋物線形等，材料為45#調(diào)質(zhì)處理鋼。圖中坯料采用45#鋼。

圖2　夾具體裝置圖

（2）旋壓球頭裝置由旋壓球頭、旋壓頭座、軸、圓錐滾動(dòng)軸承等零件構(gòu)成。

旋壓球頭座體毛坯采用鍛壓件，如圖3所示，通過(guò)軸和螺母，聯(lián)結(jié)旋壓球頭，并固定在車床刀架上。旋壓球頭要求硬度較高的材料，如淬火合金剛等，圓錐滾動(dòng)軸承根據(jù)要求選擇型號(hào)為32308 GB/T297-94.

圖3　旋壓球頭座體

旋壓具體工作過(guò)程是，頂塊把坯料壓緊在芯模上，機(jī)床主軸帶動(dòng)芯模和坯料一同旋轉(zhuǎn)，旋壓球頭加壓于坯料反復(fù)趕輾，通過(guò)坯料由局部變形到漸緊貼于芯模表面而與芯模形狀一致的變形過(guò)程。

2　普通旋壓工藝分析

在旋壓過(guò)程中，坯料產(chǎn)生至少兩種變形，即球頭接觸處的凹陷塑性變形和沿著球頭加壓的方向大片倒伏，凹陷塑性變形要求保持坯料切向收縮、徑向延伸，最終完成零件的空心成型加工。但是大片倒伏變形導(dǎo)致坯料表面產(chǎn)生皺折等表面質(zhì)量缺陷，在加工中可能出現(xiàn)搖晃震動(dòng)情況，這種情況必須防止[4]。因此旋壓工藝的基本要求如下：

（1）坯料的制備與選擇

在制備工藝方面，為了防止旋壓中邊緣開(kāi)裂情況發(fā)生，要求坯料外緣要求整齊光滑；為防止加工表面出現(xiàn)皺折，坯料可以先將邊緣預(yù)壓成形；坯料外緣直徑大小的選擇，則按照等面積計(jì)算原則，由于工件在旋壓過(guò)程變薄，坯料直徑應(yīng)小于零件成型計(jì)算值的3%～5%.

在坯料選擇方面，可采用鑄件、焊接件，空心的沖壓件、擠壓件、鑄件、焊接件、機(jī)加工的鍛件和軋制件以及圓板等，但對(duì)一些塑性較差薄壁材料以及含鈦、鉬、鎢、鉭、鈮一類難變形的合金金屬，旋壓加工更具備優(yōu)越性。

（2）拉深系數(shù)選擇

拉深系數(shù)代表工件的變形程度，旋壓加工拉伸系數(shù)有一定的限制，不能超過(guò)極限值，否則在旋壓過(guò)程中出現(xiàn)起皺變形甚至破裂情況。

拉伸旋壓坯料的變形程度可采用拉伸系數(shù)m表示：

上式中，d為工件直徑（工件為錐形時(shí)，則d為圓錐最小半徑）；D為坯料直徑。

本設(shè)計(jì)方案中坯料直徑D=Φ240，工件直徑d=Φ212，所以最大m=212/240=0.88.

圓筒形件的極限旋壓系數(shù)可取為：mmin=0.6~0.8

當(dāng)相對(duì)厚度t/D=2.5%時(shí)取小值，t/D=5%時(shí)取大值。

圓錐形件的極限旋壓系數(shù)可取為：mmin=0.2~0.3.

（3）轉(zhuǎn)速的選擇

對(duì)于不同的坯料，要選擇合適的主軸速度，以利于變形過(guò)程的平穩(wěn)性，例如軟鋼為400～600 r/min；鋁為800～1 200 r/min當(dāng)坯料料直徑大取高速，坯料直徑小取低速。

本方案中，由于消音器一般厚度的45#鋼，故材料圓周速度為500 r/min.

（4）過(guò)渡形狀要合理

過(guò)渡形狀可以由由于錐形的抗壓穩(wěn)定性比平板高，材料不易起皺底部圓角確定。在本方案中，芯模過(guò)度圓角半徑R=20 mm.

如果芯模是錐形，由于錐形的抗壓穩(wěn)定性比平板高、材料不易起皺等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)輕趕壓坯料，變成淺錐形的過(guò)渡形狀，通過(guò)多次趕壓，直到零件貼與芯模變成形狀一致為止。

（5）進(jìn)給比的選擇

進(jìn)給比要根據(jù)成型零件的材料和具體形狀確定，常用進(jìn)給比f(wàn)=0.5～3.0 mm/r.材料塑性，形狀簡(jiǎn)單好取高值，反之塑性差，形狀復(fù)雜的零件加工取低值?？紤]消音器表面質(zhì)量，本方案根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)給比選取3.0 mm/r.

進(jìn)給比選擇范圍在0.5～5.0 mm/r之間。材料的韌性好，工件形狀簡(jiǎn)單，進(jìn)給比取大值；工件形狀復(fù)雜，進(jìn)給比取小值。提高進(jìn)給比可以提高效率，但對(duì)初期道次需相應(yīng)減小起旋點(diǎn)仰角，以防止起皺。減小進(jìn)給比有助于改善表面粗糙度，過(guò)小進(jìn)給比易造成局部減薄，不貼膜。采用反推輥時(shí)適當(dāng)加大進(jìn)給比可防止坯料減薄過(guò)多，常用進(jìn)給比f(wàn)=0.5～3.0 mm/r.考慮消音器表面質(zhì)量，本方案根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)給比選取3.0 mm/r.

相對(duì)于其他成型加工，旋壓加工可以加工各種線形面，如筒形、錐形等各種形狀的曲線旋轉(zhuǎn)面。而且設(shè)備簡(jiǎn)單，在沒(méi)有旋壓機(jī)的情況下，可以用普通機(jī)床或者數(shù)控機(jī)床代替，單件小量生產(chǎn)采用普通機(jī)床，批量生產(chǎn)可采用數(shù)控工裝改用機(jī)床。

3　方案實(shí)施總結(jié)

本工裝工藝方案屬于普通旋壓工藝，其加工特征如下：

（1）旋壓球頭由圓錐軸承支撐，在向胚料加壓過(guò)程中，可以和芯模坯料一起旋轉(zhuǎn)，一定程度上避免了坯料沿著球頭加壓的方向大片倒伏。球頭螺旋式的由筒底向外運(yùn)動(dòng)，引起坯料的切向收縮和徑向延伸，完成與芯模一致的外形加工。

（2）旋壓球頭進(jìn)給在普通車床或者數(shù)控車床上進(jìn)行，旋壓工序第一點(diǎn)應(yīng)該從坯料靠近芯模底部圓角處開(kāi)始，使部分材料貼模，然后輕趕外緣，最后一點(diǎn)到芯模的尾部，反復(fù)趕碾壓，直至坯料成芯模形狀。

實(shí)踐表明，在沒(méi)有旋壓機(jī)情況下，該套裝置與工藝滿足了一般零件在普通車床上旋壓成型加工的需要，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，產(chǎn)品合格率高，能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。