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大型薄壁曲麵車床旋壓加工（gōng）技巧

2020-11-5 來源：天津航天機電設備（bèi）天津航天（tiān）長征火火箭作者：師占根　黃忠寶高顯勝

摘要：薄壁曲麵（miàn）成形一（yī）般采用凸凹模，冷熱拉伸成形，但針對大直徑，特（tè）別是（shì）4m以上單件小（xiǎo）批量加工曲麵（miàn）時，製作拉伸模具的成本高，需專用的拉伸液壓機床（chuáng）設備，產品質量和生產（chǎn）周期受到很大影響，利（lì）用大型數控立式車床，製（zhì）作三圓弧複合旋輪及工裝，采用旋壓快速成形（xíng）加（jiā）工技巧，大幅提高產品的質（zhì）量和生產效益。

大型薄壁曲（qǔ）麵的成形加工，特別是單件小（xiǎo）批量生（shēng）產（chǎn）模式，如在生產過程（chéng）中，單純采用傳統凸凹模或胎具方法製（zhì）作，模具胎具精度尺寸要求高，結構大，需專用的大型（xíng）拉伸液壓機床設備（bèi），導（dǎo）致成本高，生產周期長。我所生產眾多型號的密封容器，頂部均為大型薄壁曲麵，尺寸為4～5m，壁厚3m m，曲麵伸度260～4 6 0 m m ，采用傳統的方法存在以（yǐ）上問題，針對此難題，進行技術攻關，解決瓶頸，創新加工方法，利用大型立式車床，製作三圓弧複（fù）合（hé）旋輪及工裝，采用旋壓快速成形進（jìn）行加工，極（jí）大的降低了生產成體，生（shēng）產周期僅2～3h完成加工（gōng），現以（yǐ）我所（suǒ）生產（chǎn）的型號圓柱形（xíng）密封容器頂部薄壁曲麵生產為（wéi）例，介紹生產加工方（fāng）法及經驗。

1. 典型工件產品介紹

兩用圓柱形容器的生產，其頂部和直徑4 400mm的超大型薄壁曲麵，壁厚薄（báo），隻有3mm，材料為LF21-0鋁板，工件如圖1所示，因達不（bú）到一定的批量，不適合采用模具胎具製作，加工難（nán）度高（gāo），針對這一難題，進行技術（shù）攻關，采用大型薄壁曲麵（miàn）車床快速旋壓加工方法，交付產品。

圖1 兩用圓柱形（xíng）容器頂部曲麵

2. 薄壁曲麵車（chē）床快速旋壓

加工（gōng）方法原理拉伸旋壓成形主要依（yī）靠坯料沿半徑方向上的伸長變形來實現（xiàn）毛坯彎曲塑性（xìng）變（biàn）形，過程中毛坯的厚度（dù）方向上外表麵伸長量大（dà）於內（nèi）表麵伸長量，而材料表麵由平麵變為凹形球麵，麵積在（zài）不斷增大，是它的主要變形方式（shì）。在成型過程中可以明顯看到坯料球麵的變化。

該（gāi）超大球形曲麵旋壓加工方法是將一定厚度（dù）、延展性好的鋁板周邊固定在環形法蘭（lán）工裝上，要保證鋁板與支承法蘭緊固，法蘭與鋁（lǚ）板一起放置在（zài）大型立式車床平台上，提高到產品圖樣要求的高度，找正（zhèng）裝夾。采用專用旋壓裝置（zhì），編輯球麵圓弧曲線程序，等距補正的（de）加工（gōng）方案對（duì）鋁板分層次循序（xù）漸進，快速旋轉並向下按圓弧軌跡加壓（yā）進給，實現（xiàn）球形曲麵快速成形。

3. 工裝設（shè）計

針對同一型號產品內外（wài）多種尺寸球形曲（qǔ）麵的要（yào）求，經（jīng）過研究，確定在超大球形（xíng）封頭旋壓加工過程中，需要設計通用工（gōng）裝（zhuāng），實現平台化標準，即範圍相近並（bìng）小於工裝可選用，統一支撐工裝，節約加工成（chéng）本。

（1）支撐工裝設計及（jí）材料裝夾定位　材料鋁板（bǎn）需固定在直徑符合（hé）的工裝支撐法蘭工裝上，工裝起固定和支承作用，向下旋壓。旋壓過程中采用編寫程序，偏移Z 軸仿形加工的加工工藝（yì）方法。即材料中心最先成型，逐漸向邊緣（yuán）擴展，如圖2、圖3所（suǒ）示（shì）加（jiā）

工藝方法。

圖2初次拉伸

圖3二次拉伸（shēn）

設計支承工裝圓環狀，材質為Q235，直徑為4 520mm，圓環寬度為130mm，高度120mm，圓上均布製作48個M12的螺（luó）紋孔，以便於平整均勻（yún）緊固壓緊毛坯鋁板，避免（miǎn）旋壓拉伸邊緣產生拉（lā）伸變形褶皺現象。支撐工裝如圖4所示。

圖4支撐工裝

（2）設計製作立式車床專用旋壓（yā）刀（dāo）杆　使用的（de）旋壓（yā）裝置為（wéi）采用（yòng）滾輪向鋁板施壓的裝（zhuāng）置，根據向鋁板加壓的情況（kuàng），設計（jì）輪子的（de）直徑為140mm，鋁板材料LF21-O易延（yán）伸，但表麵硬度低，為了避免在拉伸過程中內表麵出現壓痕，影響表麵粗糙度（dù），同時，有效避免多次旋壓後內表麵表（biǎo）麵積增加，導致（zhì）產品中心出現褶皺現象（xiàng），輪子材料采用非金屬聚氨（ān）酯製作。並製作滾輪安裝在刀架上的輔助裝置滾輪架，滾輪架為（wéi）保證良（liáng）好的性能，采用45調質鋼整體加工成形，滾輪架裝夾柄（bǐng）截麵設計為平行四邊形，並傾斜37°，裝夾後（hòu）自然形成8°～10°的螺旋切入（rù）角，使加工過程更容易切入，更加平穩。滾輪旋壓裝置結構、裝配如圖5、圖6所示。

圖5旋壓刀（dāo）杆結構分解

1—心軸　2—擋圈（quān）　3—軸承（chéng）　4—刀杆　5—軸承座　6—螺母　7—旋壓滾輪

圖6旋壓刀杆裝配

4. 分層旋壓拉伸加工

工件加（jiā）工的具體步驟如下：① 將已拚焊（hàn）完成的厚3 m m 、直徑約 5 m 的鋁板，固定在支承工裝法蘭圓環上，用（yòng）4 8 個 M 1 2 螺（luó）釘緊固，壓緊過程中保持，邊緣平整。②旋壓的滾輪裝（zhuāng）置安裝（zhuāng）在刀架上，滾輪方向保證垂直於機床（chuáng）台麵，以中心對刀。③在旋壓加工時采用由邊緣向中心進刀方式，采用較大（dà）的切削速（sù）度 3 0 0 ～ 5 0 0 m/m i n，進給量2～5m m/r，提升加工效率。④編製球麵圓（yuán）弧曲線程序，確（què）定球麵半徑（jìng）為工（gōng）件最終值，保（bǎo）持球（qiú）麵半徑不變，采用Z向偏移的加工步（bù）驟，多次循序漸近（jìn），旋壓拉伸成（chéng）形，圓弧深（shēn）度留3m m精（jīng）整加工量，如圖3、圖7所示，完成精加工（gōng）。注意：根據材料延展率、產品直徑和旋壓拉伸深度、壁厚等確定拉伸深度和每次刀具軌跡（jì）的大（dà）小。保（bǎo）證（zhèng）材料旋壓（yā）拉伸過（guò）程中均勻受力，避免局部加工硬化。⑤鬆動緊固螺（luó）釘（dìng），釋放應（yīng）力，減少（shǎo）變（biàn）形回彈，再次緊固螺釘。⑥精整加工時，保持球麵半徑不變，旋壓拉伸深度為3 m m ，同樣的加工軌跡，采用1.5m m/r進給量，一次（cì）成（chéng）形，如中心退刀時反彈量大於1mm，再次（cì）精整加工。⑦切割球麵曲線最大外圓成形，拆卸工件（jiàn）各工裝。

圖7加工過（guò）程

在（zài）整個加工過程中，始（shǐ）終以分層次循序漸近的操作原則，使被加工材料能夠充分均勻的延展拉伸（shēn），使（shǐ）材料拉（lā）伸點達到均衡狀（zhuàng）態，以確保拉伸過程中不會因過渡拉伸造成加工硬（yìng）化和材料局部超出延展率破裂現象，加工完成後表麵形狀誤差小於1mm，表麵保持光滑無任（rèn）何劃（huá）傷。加工中，可針對毛坯材料，旋壓滾（gǔn）輪材質可采用工具鋼、鋁（lǚ）青銅、尼綸和聚氨（ān）脂等。加工後工件實物如圖8所示。

圖8加工後工件實物

5. 經濟效益分析

采用旋壓加工兩用容器超（chāo）大球形曲麵，與其他加工（gōng）方法相（xiàng）比，不（bú）需製作專用模具，成本極低，至少（shǎo）節約經費30萬元，節省生產周期＞3個月（yuè），而且加工工序少，不需要專用的熱處理去除（chú）應力，外形尺寸精度能達到GB/T1804-m要（yào）求（qiú），表麵質量好，產品順利交（jiāo）付（fù）。在共享平台化支撐環基（jī）礎上簡單增（zēng）加過渡環（huán），實（shí）現了眾多型號不同（tóng）尺寸（cùn）球形曲麵的加工。

6. 結語

旋（xuán）壓（yā）加工超大薄壁球形曲麵是一種創新工藝方法，對於大型、薄（báo）壁的鋁合金封頭有（yǒu）積極的推廣作用（yòng），它基本（běn）方法是將薄壁、延展性好的鋁板周邊固定在環形法蘭工裝上，在機床工作台上墊高裝夾固定，用專（zhuān）用設計製作的滾輪裝置旋壓，對鋁板分（fèn）層次循序漸（jiàn）近，旋壓拉伸，實現球麵形（xíng）狀。該（gāi）法具有優越（yuè）的經濟性和實用性，具有加工變形力小、節約原（yuán）材、工序少、成本低和生產周期短等優點。

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