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大型薄壁（bì）曲麵車床旋壓加工技巧

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

摘要：薄壁（bì）曲麵（miàn）成（chéng）形一般采用凸凹模，冷熱（rè）拉（lā）伸成形，但針對大直徑，特別是4m以（yǐ）上（shàng）單件小批量加工（gōng）曲麵時，製作（zuò）拉伸模具的成本高，需專用的拉伸（shēn）液壓機床（chuáng）設（shè）備，產（chǎn）品質量和生（shēng）產周期受到很（hěn）大影響，利用大型數控（kòng）立式車床，製作三圓弧複合（hé）旋輪及工裝，采用旋壓快速成形加工技巧，大幅提高產品的質量和生產效益。

大型薄（báo）壁曲麵的成形加工，特別是單件小批量生產模式，如在生產過程中，單純采用傳統凸凹模或胎具方法製作，模具胎具精度（dù）尺寸（cùn）要求（qiú）高，結構大（dà），需專用（yòng）的大型拉伸液壓機床設（shè）備，導致（zhì）成本高，生產周期長。我所（suǒ）生產眾多型號的密封容器，頂（dǐng）部均為大型薄壁曲麵，尺寸為（wéi）4～5m，壁厚3m m，曲麵伸度260～4 6 0 m m ，采（cǎi）用（yòng）傳統的方法存在以上問題，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（shì）車床，製作三圓弧複合旋輪及工裝，采用旋壓快速成形進行加工，極大的降低了生產成體，生產周期僅2～3h完成加（jiā）工，現以我所生產的型號圓柱形密封容（róng）器頂部薄壁曲麵生（shēng）產為例，介紹生產（chǎn）加工方法（fǎ）及經驗（yàn）。

1. 典型工件產品介紹

兩用圓（yuán）柱形容器的生產，其頂（dǐng）部和直徑4 400mm的超大型薄壁曲麵，壁厚薄，隻有3mm，材料為LF21-0鋁（lǚ）板，工件如圖1所示，因達不到（dào）一定的批量（liàng），不適（shì）合采用（yòng）模具胎具製作，加工難度高，針對這一難題，進行（háng）技術攻關，采用大型薄壁曲麵車床快速旋壓加工方法（fǎ），交付產品。

圖1 兩用圓柱形容器頂部曲麵

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（zhǔ）要依（yī）靠坯料沿半徑方向上的（de）伸長變形來實現毛坯彎曲塑性（xìng）變形，過程中毛坯的厚度（dù）方向上外表麵伸長量大於（yú）內表麵伸長量（liàng），而材料表麵由平麵變為凹形球麵，麵積在不斷增大，是它的主要變形方式。在成型（xíng）過程中可（kě）以明顯看到坯料球麵的（de）變（biàn）化。

該超大球形曲麵旋（xuán）壓加（jiā）工方法（fǎ）是將一定厚度（dù）、延展性好的鋁板周邊固定（dìng）在環形法蘭工裝上，要保證鋁板與（yǔ）支承法（fǎ）蘭緊（jǐn）固，法蘭與鋁板一起放置（zhì）在大型立式車床平台上（shàng），提高到產品圖樣要求的高（gāo）度，找正裝夾。采用專用旋壓裝置，編輯球麵（miàn）圓弧曲線程（chéng）序，等距（jù）補（bǔ）正的加工方案對鋁板（bǎn）分層次循序漸（jiàn）進（jìn），快速旋轉並向下按圓弧軌跡加壓進給，實現球形曲麵快速成形。

3. 工裝設（shè）計

針（zhēn）對同一型號產品（pǐn）內外多種尺寸球形曲麵的要求，經過研（yán）究（jiū），確定在超大球形封頭旋壓加工過程中，需要設計通用工裝，實現平台化標準，即範圍相近並（bìng）小於工裝可選用（yòng），統一支撐（chēng）工裝，節約加工成本（běn）。

（1）支撐工裝設計及（jí）材料裝夾定位　材料（liào）鋁板需固定在直徑符合（hé）的工裝支撐法蘭工裝上，工裝起固定和支承（chéng）作用，向下旋壓。旋壓過程中采用編（biān）寫程序，偏移Z 軸仿形（xíng）加工的加工工藝方法。即材料（liào）中心最先（xiān）成型，逐（zhú）漸（jiàn）向邊緣擴展，如圖2、圖3所（suǒ）示加

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（zhuàng），材質（zhì）為Q235，直徑（jìng）為4 520mm，圓環（huán）寬度為130mm，高度120mm，圓上均布製作48個M12的螺紋孔，以便於平整均勻緊固壓緊毛坯鋁板，避免旋壓拉伸邊緣產生拉伸變（biàn）形褶皺現象。支（zhī）撐工裝如圖4所示。

圖4支撐工裝

（2）設計製作立式車（chē）床專用旋壓（yā）刀（dāo）杆　使用的旋壓裝置為采（cǎi）用滾輪（lún）向鋁板施（shī）壓（yā）的裝置，根據向鋁板加壓的（de）情（qíng）況，設計輪子（zǐ）的直徑為140mm，鋁板（bǎn）材料LF21-O易延伸，但表麵硬度低，為（wéi）了（le）避免在拉伸過程中內表麵出現壓痕，影響表麵（miàn）粗糙度，同時（shí），有效避免多次旋（xuán）壓後（hòu）內表麵表麵積增加，導致產品中心出現褶皺現象，輪子材料采用非金屬聚（jù）氨酯製作。並製作滾輪安裝在刀架（jià）上的輔助裝（zhuāng）置滾輪架，滾輪架為保證良好（hǎo）的性（xìng）能，采用45調質鋼整體加工成形，滾（gǔn）輪架裝夾柄截麵設計為平行四邊（biān）形，並傾斜（xié）37°，裝夾後自然形成（chéng）8°～10°的螺旋切入角，使加工過程更容易切（qiē）入（rù），更加平穩。滾輪旋壓裝置結構、裝配如圖5、圖6所示。

圖5旋壓刀杆結構分解

1—心軸　2—擋圈　3—軸承　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

工件加工的（de）具體步驟（zhòu）如下：① 將已拚焊完成的厚3 m m 、直徑約 5 m 的鋁板，固定在支承工裝法蘭圓環上，用4 8 個 M 1 2 螺釘（dìng）緊固，壓緊過程中保持，邊緣平整。②旋壓的滾輪裝置安裝在（zài）刀架上，滾輪方向保證垂直於機床（chuáng）台（tái）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，提升加工效率。④編製球麵圓弧曲線程序，確定球麵半徑為工件最終值（zhí），保持球麵半徑不變，采用Z向偏（piān）移（yí）的加工步驟，多次循（xún）序漸近（jìn），旋壓拉（lā）伸成形，圓（yuán）弧深度留3m m精整加工量，如圖3、圖7所示，完（wán）成精加工（gōng）。注意：根據材料延展率、產品直（zhí）徑和旋壓拉伸深度、壁厚等確定拉伸深度和每次刀具（jù）軌跡的大小。保證材（cái）料旋壓拉伸過程中（zhōng）均勻受力，避免局部加工硬化。⑤鬆（sōng）動緊固螺釘，釋放應力，減少（shǎo）變形回彈，再次緊（jǐn）固螺釘。⑥精整加工時，保持球（qiú）麵（miàn）半徑不變，旋壓拉伸深（shēn）度為3 m m ，同樣的加工軌跡，采用1.5m m/r進給量，一次成形，如中心退刀時（shí）反彈量大於1mm，再次精整加工。⑦切割球麵曲線最大外圓成形，拆（chāi）卸工件各工裝（zhuāng）。

圖7加（jiā）工過程

在整個加工過程中，始終以分層次循序漸近的操作原（yuán）則，使（shǐ）被加（jiā）工材料能夠充分均勻的延展拉伸，使材料拉伸點（diǎn）達到均衡狀態（tài），以確保拉伸（shēn）過程中不會因過渡拉伸造成加工硬化和（hé）材料局部超出延展率破裂現象（xiàng），加工完成後表麵形狀誤差小於1mm，表麵保持光滑無任何劃（huá）傷。加工中，可（kě）針（zhēn）對毛（máo）坯材料，旋壓滾（gǔn）輪材質可（kě）采用工具鋼、鋁青（qīng）銅、尼綸和聚（jù）氨脂等（děng）。加工後工件實物如圖8所示。

圖（tú）8加工後工件實物

5. 經濟效益分析

采用旋壓加（jiā）工（gōng）兩（liǎng）用容器超大球形曲麵，與其他加工方法相比，不需製作專用模具，成本極（jí）低，至少節約經（jīng）費30萬元，節省生產（chǎn）周期＞3個月，而且（qiě）加工工序少，不（bú）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，表麵質量（liàng）好，產品順利交付。在共享平台化支撐環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（jié）語

旋壓（yā）加工超大薄壁球形曲麵是一（yī）種創新工藝方法，對於大型、薄壁的（de）鋁合金封頭有積極的（de）推廣作（zuò）用，它基本方法是將薄壁、延展性好的鋁板周邊固定在環形法蘭工裝上，在機床工（gōng）作台上墊（diàn）高（gāo）裝夾固定，用（yòng）專用（yòng）設計製作的（de）滾輪（lún）裝置旋（xuán）壓，對鋁板分層次循序漸近（jìn），旋壓拉（lā）伸，實現球麵形狀。該法具有優越的經（jīng）濟性和實用性，具（jù）有加工變形（xíng）力小、節約原材、工序少、成本（běn）低和生產周（zhōu）期（qī）短等優點。

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