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大型薄壁曲麵（miàn）車床旋壓加工技巧（qiǎo）

2020-11-5 來源：天津航（háng）天機電設備天津航天長征火（huǒ）火箭作者（zhě）：師占根　黃忠寶高顯勝

摘要（yào）：薄壁（bì）曲（qǔ）麵（miàn）成形一般（bān）采用凸凹（āo）模（mó），冷熱拉伸成形，但針對大直徑，特別是（shì）4m以上（shàng）單件（jiàn）小批量（liàng）加工曲麵（miàn）時，製作拉伸模（mó）具的成本高，需專（zhuān）用的拉（lā）伸液壓機床設備，產品質量和（hé）生產周期受到很大影（yǐng）響，利用大型數控立式車床，製作三圓弧複合旋輪（lún）及工裝，采用旋壓快速成形（xíng）加工技巧，大幅提高產品的質量和生產效益。

大型薄壁曲麵的成形加工，特別是單（dān）件小批量生（shēng）產模式，如在生產過程中，單純采用傳統凸凹模（mó）或胎具方法製作，模具胎具精度尺寸要（yào）求高，結構大，需專用的大型拉伸液（yè）壓機（jī）床設備，導致成本高，生產周期長。我所生產眾多型號的（de）密封容器，頂部（bù）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（de）方法（fǎ）存在以上問題，針對（duì）此難題，進行技（jì）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（hú）複（fù）合旋輪及（jí）工裝，采用旋壓快速成形進行（háng）加工，極大的降低了生產成體，生產周期僅2～3h完成加工，現以我所（suǒ）生產的型號圓柱形密封容器頂部薄壁曲麵生產為例，介紹生產加工方法及經驗。

1. 典型工（gōng）件產品（pǐn）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（qǔ）麵，壁厚薄（báo），隻有3mm，材料為LF21-0鋁板（bǎn），工件如圖1所示，因（yīn）達不到一定（dìng）的批量（liàng），不適合采用模具（jù）胎具（jù）製作，加工難度高，針對這（zhè）一難題，進行技術攻關，采用大型薄（báo）壁曲麵車床快速旋壓加工方法，交付產（chǎn）品。

圖（tú）1 兩用圓柱形容（róng）器頂部曲麵

2. 薄壁曲麵車床快速旋壓

加（jiā）工方法原理拉伸旋壓成形主要依靠坯料（liào）沿半徑方向上的（de）伸長變形來實現毛坯彎（wān）曲塑性變形，過程中毛坯的厚（hòu）度方向上外表麵伸長（zhǎng）量大於內表麵伸長量，而材料表麵由平麵變為凹（āo）形球麵，麵積在不斷增大，是它的主要（yào）變形方式。在成型過程中（zhōng）可以明顯看到坯料球麵的變化。

該超大球形曲麵旋壓加工方法是（shì）將一定厚度、延展性好的鋁板周邊固定在環形法蘭工裝上，要保證鋁板（bǎn）與（yǔ）支承法蘭緊固（gù），法蘭與鋁板一起放置在大型立式車床平台上，提高到產品圖樣要求的高度，找正裝夾（jiá）。采用（yòng）專（zhuān）用旋壓裝置（zhì），編輯球麵圓弧曲（qǔ）線程序（xù），等距補（bǔ）正的加工方案（àn）對鋁板分層次循序漸進（jìn），快速旋轉並向（xiàng）下按圓弧軌跡（jì）加壓進給，實現球形曲麵快速成形。

3. 工裝設計

針對同一型號產品（pǐn）內外多種尺寸球（qiú）形曲麵（miàn）的要求，經過研究，確定在超大球形（xíng）封頭旋壓加工過程中，需要設計通（tōng）用工裝，實現平台化標準，即範圍相近並小於工裝可選用，統一支撐工（gōng）裝，節約加工成本。

（1）支撐工裝設計及材料裝夾定位（wèi）　材料鋁板需固定在直徑符合的工裝支撐法蘭工裝上，工裝起固定和支承作用，向下旋（xuán）壓。旋壓過程中采用編寫程序，偏移Z 軸仿形加工的加（jiā）工工藝方法。即材料中心最先成型（xíng），逐（zhú）漸向邊緣擴（kuò）展，如圖2、圖3所示（shì）加

工藝方法。

圖2初次拉伸

圖3二次拉伸

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（zhì）作48個M12的螺紋孔，以便於平整均勻緊固壓緊毛坯鋁板，避免旋壓拉（lā）伸邊緣產生拉伸變（biàn）形褶皺現象。支撐工裝如（rú）圖4所示。

圖4支撐工裝

（2）設計製作立式車床專用旋壓刀杆　使用的旋壓裝置為采用滾輪向鋁板施壓（yā）的裝置，根據向鋁板加壓的情況，設計輪（lún）子的直徑為140mm，鋁（lǚ）板材料LF21-O易延伸（shēn），但表麵硬（yìng）度低，為了避免在拉（lā）伸過程中內表麵出現壓痕，影響表麵粗糙（cāo）度，同時，有效避免多次旋壓後內表（biǎo）麵表麵積增加，導致產品中心出現褶皺現象，輪子材料（liào）采用非金屬聚氨酯製作。並製作滾輪安裝在（zài）刀架上的輔助裝置滾輪架，滾輪架為保證良好的性能，采用45調質鋼整體加工成形，滾輪架（jià）裝夾柄截麵（miàn）設計為平行四邊（biān）形，並傾斜37°，裝（zhuāng）夾（jiá）後自然形成8°～10°的螺旋切入角，使加工過程更容易切入，更加平穩。滾輪（lún）旋壓裝置結構（gòu）、裝配如圖（tú）5、圖6所示。

圖5旋壓刀杆結構分（fèn）解

1—心軸　2—擋圈　3—軸承　4—刀杆　5—軸承座　6—螺母　7—旋（xuán）壓滾輪

圖6旋壓刀杆裝配

4. 分層旋壓拉伸加（jiā）工

工件加（jiā）工的具體（tǐ）步驟如下：① 將已拚焊完成的厚3 m m 、直徑（jìng）約 5 m 的鋁板，固定在支承工裝法蘭圓環上，用4 8 個 M 1 2 螺釘緊固，壓（yā）緊過（guò）程中保持，邊緣平整。②旋壓的滾輪（lún）裝置安裝在刀架上，滾輪方向保證垂直於機（jī）床（chuáng）台麵，以中心對刀。③在旋（xuán）壓加工時采用由（yóu）邊緣（yuán）向中心進刀方式，采（cǎi）用較大的切削速度 3 0 0 ～ 5 0 0 m/m i n，進給量2～5m m/r，提升加工（gōng）效率。④編製（zhì）球麵圓弧（hú）曲線程序（xù），確定球（qiú）麵半徑（jìng）為工件最終值，保持球麵半徑不變，采（cǎi）用Z向偏移的加工步驟（zhòu），多（duō）次循序漸（jiàn）近，旋壓拉伸成形（xíng），圓弧深度留3m m精整加工量，如（rú）圖3、圖7所示，完（wán）成精加工。注意：根據材料延（yán）展率、產品直徑和旋壓（yā）拉伸深度、壁厚等（děng）確定拉（lā）伸深度和每次刀具軌跡的大小。保證材料旋壓拉伸過程中均勻受力（lì），避免局部加工硬化。⑤鬆動緊固螺釘，釋放應力，減少變形回彈，再次緊固（gù）螺釘。⑥精整加工時，保持球麵半（bàn）徑（jìng）不變，旋壓拉伸深度為3 m m ，同樣的（de）加工軌跡（jì），采用1.5m m/r進給量，一次成形，如（rú）中心退刀時反彈量大於1mm，再次精整加（jiā）工。⑦切割球麵曲線最大外圓成形，拆卸工（gōng）件各工裝（zhuāng）。

圖7加（jiā）工過程

在（zài）整個（gè）加工過程中，始終以（yǐ）分層（céng）次循序漸近的操作原則（zé），使被加工材料（liào）能夠充分均勻的延展拉伸，使材料拉伸點（diǎn）達到（dào）均衡狀態，以確保拉伸過程中不會因（yīn）過渡拉伸造成加工硬化和材料局部超出延展率（lǜ）破裂現象，加工完成後表麵形（xíng）狀誤差小於1mm，表麵保持光（guāng）滑無任何（hé）劃傷。加工中，可針（zhēn）對毛坯材料，旋壓滾輪材質可采用（yòng）工具鋼、鋁青銅、尼綸和聚氨脂等。加工後工件實（shí）物如圖8所（suǒ）示。

圖8加工（gōng）後工件實（shí）物

5. 經濟（jì）效益分析（xī）

采用旋壓加工兩（liǎng）用容器超大球（qiú）形曲麵，與其（qí）他加（jiā）工（gōng）方法相比，不需製（zhì）作專用模具，成本極低，至少節約（yuē）經費30萬元，節省生（shēng）產周期（qī）＞3個月，而且加工工序少，不需要專用的熱處理去除應力，外形尺寸精度能達到GB/T1804-m要求（qiú），表麵質量好，產（chǎn）品順利交付。在共享平台化支撐環（huán）基礎上簡單增加過渡環，實現了眾多型號不同尺寸球形曲麵的加工。

6. 結語

旋壓加工超（chāo）大薄壁球形曲麵是一種創新工藝（yì）方法，對於大型、薄壁的鋁合金封頭有積極的推廣（guǎng）作用，它基本方法是將薄（báo）壁、延展性好的鋁板周邊固定在環形（xíng）法蘭工裝上，在機床工作台上（shàng）墊高（gāo）裝夾固定，用專用（yòng）設計製作的滾輪裝置旋壓，對鋁板分層（céng）次循序漸近，旋（xuán）壓拉伸，實現球（qiú）麵形狀。該法具有優越的經濟性和實用性，具（jù）有（yǒu）加工（gōng）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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