旋壓工藝及其在軌道車輛風機上的應用

賀全忠

摘要：本文介紹了旋壓工藝的原理、分類和優點，以及旋壓工藝在軌道車輛風機回轉體類零配件加工中的應用。并以一種軌道車輛牽引風機葉輪的前輪盤為例，具體說明旋壓工藝的實施過程。

關鍵詞：旋壓工藝;軌道車輛;風機;應用

隨著中國軌道交通的跨越式發展，普鐵和高鐵的運行速度越來越快，必然要求軌道車輛設計的輕量化和制造的高質量。風機作為軌道車輛上的一個系統部件，重量和質量的控制也會更加嚴格，即要求設計重量輕，制造質量高。因此，風機回轉體類零配件加工成型一直沿用的傳統工藝，如壓型、拉伸等工藝，已無法滿足產品的質量要求。在此背景下，旋壓工藝逐步取代壓型、拉伸等傳統工藝，在軌道車輛風機的回轉體類零配件加工成型中得到了廣泛的應用。

旋壓工藝的原理、分類和優點

旋壓工藝的原理

旋壓是一種金屬旋轉流動成型的無屑加工工藝。如圖1所示，其原理是把金屬毛坯裝卡于芯模并隨其旋轉，利用旋輪與芯模相對進給，使毛坯受壓并產生連續逐點塑性變形，生產出回轉體工件。

旋壓工藝的分類

根據是否改變毛坯厚度，可將旋壓分為普通旋壓和強力旋壓。普通旋壓成形無需改變毛坯厚度，強力旋壓成形則需改變毛坯厚度[1]。

旋壓工藝的優點

旋壓工藝綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環軋、橫軋和滾壓等工藝的特點[2]，具有其它成型工藝無法比擬的優點，具體體現在以下幾個方面：

制造周期短 利用旋壓工藝加工產品，加工效率高。一件產品通過一次或幾次連續旋壓，就可以實現一次成型，一般只需5–10分鐘即可完成，大大縮短了制造周期，提高了生產效率。

制造成本低 利用旋壓工藝加工產品，只需制作芯模，降低了模具制造成本。同時，提高了材料利用率，且產品在旋壓機上一次成型和切邊，大大降低了生產成本。

產品質量優 利用旋壓工藝加工產品，毛坯一次性旋壓成型，產品為一個回轉體，具有結構強度好、尺寸精度高、外表美觀等優點，產品質量一致性好。

旋壓工藝在軌道車輛風機上的應用

風機的組成

風機主要由風筒組成、葉輪、進風道、電機等部件組成。

適合旋壓工藝加工的零配件

在風機的制造過程中，風筒組成的外筒法蘭、半球，葉輪的前輪盤，進風道等回旋轉體類零配件都可以用旋壓工藝生產制造。風機上應用旋壓工藝加工的典型零配件見圖2。

下面以一種軌道車輛牽引風機葉輪的前輪盤為例，說明其用旋壓工藝加工的工藝實施過程。前輪盤的設計圖見3，材料為3mm鋼板Q345E。

旋壓工藝加工實施過程如下：

毛坯尺寸確定與備料 通過工藝試驗可知，前輪盤的旋壓成型，毛坯壁厚平均有33.3%的減薄率。為了保證前輪盤加工成型后的壁厚滿足設計要求，毛坯采用4mm鋼板Q345E。通過計算及工藝試驗可得：毛坯直徑選取?=492mm，通過激光切割下料準備毛坯。

芯模設計與制造 依據前輪盤的內輪廓尺寸作為設計芯模的依據，并考慮毛坯的回彈量，前輪盤的尺寸精度要求，旋壓工藝的可達性，以及芯模與旋壓機的接口安裝尺寸等來設計芯模，芯模圖見圖4，芯模材質：Cr12。芯模設計時，必須保證芯模的最小外徑等于前輪盤的最小內徑+1，即Ф284+1=Ф285mm。芯模設計完成后，委外加工制造，芯模表面淬火處理，淬火硬度為HRC35–40。

芯模與毛坯的安裝 如圖5所示，先將芯模安裝在旋壓機的轉軸上，再將毛坯放置在芯模的端面，用頂桿頂緊。

旋輪的選擇 旋壓實施過程中，利用旋輪與芯模之間的強大作用力，才能把毛坯旋壓變形，而且伴隨材料加工硬化效應，毛坯的強度會成倍增加。旋輪工作時與毛坯單位接觸壓力可高達100–3500MPa。因此，旋輪需要整體淬火處理。旋輪常用材料為X160CrMoV12，旋輪表面淬火處理，硬度HRC58–65，表面粗糙度Ra不大于0.8um。

旋輪主要有Ra =25與Ra =8兩種規格。Ra =25的旋輪主要用于多次拉伸旋壓，旋壓成型都是由它完成;Ra =8的旋壓力較大，主要用于純剪切旋壓，以及最后旋壓貼模。前輪盤旋壓加工成型Ra =25、Ra =8旋輪都要用到。

旋輪的運動軌跡編程 根據旋輪的運動軌跡控制原理，編制前輪盤的旋壓軌跡。首先編制 Ra= 25旋輪多次旋壓的軌跡程序，再編制Ra=8旋輪的最后貼模旋壓軌跡程序。旋輪的運動軌跡程序編制完成，保存在旋壓機控制面板電腦硬盤里。

旋壓偏置量設置 首先，采用Ra=25的旋壓輪拉伸旋壓多次成型，旋壓偏置量設置為3.7;其次，采用Ra=8的旋輪貼模旋壓一次成型，旋壓偏置量設置為：2.55～2.7。

旋壓進給速度及主軸轉速設置 Ra=25旋輪的進給速度設置為1mm/轉;Ra=8旋輪的進給速度設置為0.25mm/轉;主軸轉速設置為320轉/s。

旋壓操作 所有準備工作完成后，按下旋壓機操作面板按鈕，啟動旋壓程序，開始對毛坯進行自動旋壓，約7分鐘時間，即完成一件前輪盤的旋壓加工，然后切邊、卸模。前輪盤旋壓加工成品見圖6。

結語

應用旋壓工藝加工回轉體類零配件，具有制造周期短、制造成本低、產品質量優等特點。且隨著軌道車輛上風機設計的輕量化和制造的高質量，風機上的回轉體類零配件，如果繼續沿用傳統工藝，如壓型、拉伸等進行加工，已無法滿足產品的制造周期、成本和質量。因而，旋壓工藝取代壓型、拉伸等傳統工藝，在軌道車輛風機的回轉體類零配件加工上得到了廣泛的應用。

參考文獻

于德美.先進的鋁合金輪轂旋壓成形技術[J].技術與市場，2017，24（11）：165.

林忠英.旋壓成形技術的研究與發展[J].工程科技與產業發展，2018，26（19）：42–43.