一種普通旋壓工裝工藝方案設計

徐連強

（無錫工藝職業技術學院，江蘇 宜興214206）

旋壓技術是利用金屬材料的塑性變形，通過旋壓球頭連續進給，把固定在芯模上隨機床主抽轉動上的空心棒料或者毛坯反復趕壓，坯料局部塑性變形不斷擴大，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、縮徑旋壓和擴徑旋壓三種[1]。變薄旋壓在旋壓過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計的旋壓加工旋壓設計方案，具體說明其工藝工裝過程。

1　旋壓工裝設計

圖1為工裝設計總體方案，在普通車床或者數控車床上進行加工。在圖中，整個工裝由旋壓夾具裝置和旋輪裝置兩部分構成。

圖1　消音器旋壓工藝工裝設計總圖

（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、坯料和頂塊通過銷釘聯結，銷釘起定位作用，限制坯料與芯模之間的轉動位移。芯?？芍瞥刹煌男螤钊鐖A筒形、錐形、拋物線形等，材料為45#調質處理鋼。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、圓錐滾動軸承等零件構成。

旋壓球頭座體毛坯采用鍛壓件，如圖3所示，通過軸和螺母，聯結旋壓球頭，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，圓錐滾動軸承根據要求選擇型號為32308 GB/T297-94.

圖3　旋壓球頭座體

旋壓具體工作過程是，頂塊把坯料壓緊在芯模上，機床主軸帶動芯模和坯料一同旋轉，旋壓球頭加壓于坯料反復趕輾，通過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程。

2　普通旋壓工藝分析

在旋壓過程中，坯料產生至少兩種變形，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致坯料表面產生皺折等表面質量缺陷，在加工中可能出現搖晃震動情況，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裂情況發生，要求坯料外緣要求整齊光滑；為防止加工表面出現皺折，坯料可以先將邊緣預壓成形；坯料外緣直徑大小的選擇，則按照等面積計算原則，由于工件在旋壓過程變薄，坯料直徑應小于零件成型計算值的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、機加工的鍛件和軋制件以及圓板等，但對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，旋壓加工更具備優越性。

（2）拉深系數選擇

拉深系數代表工件的變形程度，旋壓加工拉伸系數有一定的限制，不能超過極限值，否則在旋壓過程中出現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m表示：

上式中，d為工件直徑（工件為錐形時，則d為圓錐最小半徑）；D為坯料直徑。

本設計方案中坯料直徑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可取為：mmin=0.6~0.8

當相對厚度t/D=2.5%時取小值，t/D=5%時取大值。

圓錐形件的極限旋壓系數可取為：mmin=0.2~0.3.

（3）轉速的選擇

對于不同的坯料，要選擇合適的主軸速度，以利于變形過程的平穩性，例如軟鋼為400～600 r/min；鋁為800～1 200 r/min當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）過渡形狀要合理

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

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

（5）進給比的選擇

進給比要根據成型零件的材料和具體形狀確定，常用進給比f=0.5～3.0 mm/r.材料塑性，形狀簡單好取高值，反之塑性差，形狀復雜的零件加工取低值。考慮消音器表面質量，本方案根據設計手冊進給比選取3.0 mm/r.

進給比選擇范圍在0.5～5.0 mm/r之間。材料的韌性好，工件形狀簡單，進給比取大值；工件形狀復雜，進給比取小值。提高進給比可以提高效率，但對初期道次需相應減小起旋點仰角，以防止起皺。減小進給比有助于改善表面粗糙度，過小進給比易造成局部減薄，不貼膜。采用反推輥時適當加大進給比可防止坯料減薄過多，常用進給比f=0.5～3.0 mm/r.考慮消音器表面質量，本方案根據設計手冊進給比選取3.0 mm/r.

相對于其他成型加工，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面。而且設備簡單，在沒有旋壓機的情況下，可以用普通機床或者數控機床代替，單件小量生產采用普通機床，批量生產可采用數控工裝改用機床。

3　方案實施總結

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，在向胚料加壓過程中，可以和芯模坯料一起旋轉，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動，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）旋壓球頭進給在普通車床或者數控車床上進行，旋壓工序第一點應該從坯料靠近芯模底部圓角處開始，使部分材料貼模，然后輕趕外緣，最后一點到芯模的尾部，反復趕碾壓，直至坯料成芯模形狀。

實踐表明，在沒有旋壓機情況下，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，工藝設備簡單，節省材料，產品合格率高，能取得良好的經濟效益。