旋压成形技术的应用摘要：本文阐述了金属旋压成形技术和设备的在各个主要领域的应用与发展，详细介绍了旋压工艺技术、典型旋压件的工艺技术方案、旋压设备及关键装置、典型旋压设备的应用，提出了旋压技术中值得探讨的表面粗糙度等问题，并对今后旋压技术和设备的发展进行了展望。
关键词：旋压成形技术旋压设备The Application and Development of Metal Spinning Technology and Equipment Zhao Linyu Han dun Wang beiping Yang yantao(The 7414th Factory of the Fourth Academy of CASC, Xi’an 710025, China) Abstract:Introduce the application and development of metal spinning technology and equipment in all sorts of main fields, detailedly account for spinning process technology, typical spinning part’s process projects,spinning Equipment and pivotal devices, typical spinning equipment’s application, bring forward worthy discuss ible questions,such as roughness,and in expectation of the development of metal spinning technology and equipment in the future.Keywords: Metal Spinning Technology; Metal Spinning Equipment1 前言旋压技术是一项具有悠久历史的传统技术，据文献记载最早起源于我国唐代，由制陶工艺发展出了金属的旋压工艺。
到20世纪中叶以后，随着工业的发展和宇航事业的开拓，普旋工艺大规模应用于金属板料成形领域，从而促进了该工艺的研究与发展。
在二十世纪中叶以后，普通旋压有了以下三个方面的重大进展：一是，普通旋压设备逐渐机械化与自动化，在20世纪50年代出现了模拟手工旋压的设备，即采用液压助力器等驱动旋轮往复移动，以实现进给和回程，因而减轻了劳动强度。
二是，在20世纪60~70年代出现了能单向多道次进给的、电器液压程序控制的半自动旋压机。
三是，由于电子技术的发展，于20世纪60年代后期，国外在半自动旋压机的基础上，发展了数控和录返式旋压机。
这些设备的快速发展将旋压工艺带进了中、大批量化的生产中[1-11]。
强力旋压是上世纪五十年代在普通旋压的基础上发展起来的，最早是在瑞典、德国被用于民间工业(例如，加工锅皿等容器)。
由于旋压工艺的先进性、经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，在近四十年中，旋压技术得到了长足的发展，不仅在航空航天领域，而且在化工、机械、轻工等民用工业中都得到了广泛应用。
目前，旋压技术已日趋成熟，已经成为金属压力加工中的一个新的领域。
近20年来，旋压成形技术突飞猛进，高精度数控和录返旋压机不断出现并迅速推广应用，目前正向着系列化和标准化方向发展。
在许多国家，如美国、俄罗斯、德国、日本和加拿大等国己生产出先进的标准化程度很高的旋压设备，这些旋压设备己基本定型，旋压工艺稳定，产品多种多样，应用范围日益广泛[19]。
我国旋压技术的发展状况与国外先进水平相比有较大差距。
但近年来取得了较大发展，许多产品精度和性能都接近或达到了国外较先进水平。
国内许多研究所(如北航现代技术研究所、黑龙江省旋压技术研究所、长春55所等)已经研制出了性能较好的旋压机。
2 旋压技术2．1 旋压技术介绍2.1.1 旋压技术定义与分类旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。
旋压工艺的加工原理如图2-1。
根据旋压加工过程中毛坯厚度的变化情况，一般将旋压工艺分为普通旋压和强力旋压两种。
普通旋压简称普旋。
传统观点认为，普旋过程中毛坯的厚度基本保持不变，成型主要依靠坯料沿圆周的收缩及沿半径方向上的伸长变形来实现，其重要特征是在成型过程中可以明显看到坯料外径的变化。
普通旋压的基本方式有：拉深旋压(拉旋)、缩径旋压(缩旋)和扩径旋压(扩旋)等三种。
拉深旋压是指毛坯拉深过程中的旋压成型方法。
如图2-2-a示。
它是由普通旋压中最主要和应用最广泛的成型方法。
毛坯弯曲塑性变形是它的主要的变形方式。
拉深旋压又可分为简单拉深旋压和多道次拉深旋压。
根据旋压加工过程中毛坯厚度的变化情况，一般将旋压工艺分为普通旋压和强力旋压两种。
普通旋压简称普旋。
传统观点认为，普旋过程中毛坯的厚度基本保持不变，成型主要依靠坯料沿圆周的收缩及沿半径方向上的伸长变形来实现，其重要特征是在成型过程中可以明显看到坯料外径的变化。
普通旋压的基本方式有：拉深旋压(拉旋)、缩径旋压(缩旋)和扩径旋压(扩旋)等三种。
拉深旋压是指毛坯拉深过程中的旋压成型方法。
如图2-2-a示。
它是由普通旋压中最主要和应用最广泛的成型方法。
毛坯弯曲塑性变形是它的主要的变形方式。
拉深旋压又可分为简单拉深旋压和多道次拉深旋压。
剪切旋压指的是不改变毛坯的外径而改变其厚度，以制造圆锥等各种轴对称薄壁件的旋压方式(锥形变薄旋压)。
这种成型方法的特点是旋轮受力较小，半锥角和壁厚互相影响，材料流动流畅，表面光洁和成型精度高，并且能较容易地成型拉深旋压难于成型的材料。
旋压过程中遵循的理论计算公式为：。
根据旋后工件实际壁厚T11与理论值T1比较分为过旋压(T11> T1)和欠旋压(T11< T1)两种旋压方式。
筒形变薄旋压是指旋轮紧压在与芯模同时旋转的管状毛坯上并沿管坯轴向运动而制出薄壁长筒件。
这种旋压过程始终遵循金属材料体积不变的原则，有如图2-4示两种旋压方式，即材料的流动方向与旋轮的移动方向一致的正旋（b）以及材料的流动方向与旋轮的移动方向相反的反旋（a）。
根据旋压轮是否在同一截面上还可将强力旋压分为错距旋压（图2-5）和同步旋压。
2.1.2 旋压技术工艺要素普通旋压主要是改变毛坯的形状，而壁厚改变很小或不改变，其毛坯形状及尺寸的设计计算是关键技术。
其工艺要素为旋压轮运动轨迹、旋轮直径、旋压间隙、进给率、主轴转速、旋压线速度、旋轮圆角半径、旋轮前侧面与模具母线夹角等。
强力旋压主要是改变工件的壁厚和直径尺寸，工件长度会相应作以改变，其工艺要素为旋轮直径、旋轮圆角半径、旋轮前角、旋轮后角、旋压攻角、主轴转速、进给率、旋压间隙、旋压道次、减薄率、工件半锥角、旋压线速度等。
当然对于材料要求要具有较高的延伸率、断面收缩率，抗拉及屈服强度也要适当。
金属材料的热处理也是旋压工艺中主要的因素，在旋压过程中由于受到强大的压、拉应力，致使材料硬化严重，必须采取热处理手段加以软化，为了改变最终工件的机械性能也需要进行必要的热处理。
2.2 旋压技术在不同领域的应用旋压产品形状各式各样（如图2-6示），通过旋压可完成成形、缩径、收口、封底、翻边、卷边、压筋等各种工作，其产品广泛应用于各行各业（表2-1）。
图2-6 旋压成型的工件形状表2-1 各种旋压制件2.3 典型旋压产品的工艺技术2.3.1 圆筒形件强力旋压图2-3-b为圆筒形件强力旋压工艺过程，其材料变形过程始终遵循体积不变原则，工件形状的改变为旋压前后圆筒壁厚的减薄、直径的变小、长度的增加，同时产品内径也会因工艺参数的不同而有不同程度的改变，最终产品要素为圆筒外（内）径、壁厚、长度、直线度、圆度等，产品长度可用式2-1计算。
其中：L1--工件长度L0--毛坯长度S0--毛坯厚度S1--工件厚度di--内径在圆筒形件强力旋压中有一种特殊的旋压方式就是分层错距旋压，是指多个旋轮在周向相互错开而在径向又依次使毛坯厚度减薄的旋压过程（图2-2）。
这种旋压方式可以在一道次旋压过程中完成多道次旋压，提高了生产效率，同时由于对材料变形区增加了约束致使工件直径精度得到了提高[2]。
工艺方案及参数的制定主要考虑毛坯材料的延伸率、断面收缩率、抗拉强度、屈服强度等因素。
旋压单道次材料减薄率不能大于极限减薄率可通过在多道次旋压中间增加热处理软化工序成形最终产品，主要的工艺参数为道次减薄率、旋压间隙、旋轮进给比、旋轮成形角、旋轮圆角半径以及错距量等，旋轮成形角、旋压间隙要合理匹配，负责旋轮前沿材料极易产生局部隆起、堆积以至失稳开裂。
毛坯的设计主要依据体积不变的原则（式2-1），按道次安排同时考虑旋压效率等因素，旋压前后直径的变化也应该考虑，一般遵循旋轮进给比大有利于缩径，进给比小有利于扩径的规律。
2.3.2 锥筒形件剪切旋压图2-3-a为锥形工件剪切旋压工艺过程，除了遵循体积不变原则外，正弦理论是该工艺过程中必须依据的主要理论（式2-3/2-4）。
板料成形锥形件：S1=S0*sinα（式2-3）预成形件成形锥形件（两次或多次剪切旋压）：工件形状的改变主要是壁厚的减薄、锥度减小和高度的增加，最终产品要素为锥筒段高度、半锥角、壁厚、已知位置的直径、锥筒段母线直线度、圆度等。
在实际剪切旋压中常有三种偏离状态，即“零偏离”、“正偏离”和“负偏离”，用偏离率△t（式2-5）来表示。
当△t=0 时为“零偏离”，即实际壁厚等于理论壁厚；当△t>0时为“正偏离”或称“欠旋”，此时实际壁厚大于理论壁厚；当△t<0 时为“负偏离”或称“过旋”，此时实际壁厚小于理论壁厚。
此三种状态可根据工艺需要适当调整。
只有在“零偏离”时工件贴模性良好、精度较高。
工艺方案及参数的制定也因考虑所旋材料的延伸率、断面收缩率等因素。
根据变形程度的大小，可适当增加剪切旋压道次，在道次中间增加热处理工序以软化材料，增加可旋性。
在铝合金材料的剪切旋压中由于变形程度较大，可通过热旋压的方式成形工件，具体是将毛坯均匀预热到再结晶温度以上，同时将旋压模具加热到200~300℃，在旋压过程中可用乙炔焰直接加热毛坯，以保证温度不会过快降低，使材料处于软化状态，有利于旋压成形。
其主要工艺参数除无错距量外，其余同圆筒强力旋压，为了增大材料变形区面积，防止材料所受拉应力过大，旋轮前沿处材料局部隆起过高，旋轮大多使用大圆角的普旋旋轮。