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旋壓成形——神奇的金屬成形技術(shù)

資料圖：德國研制的大型數(shù)控旋壓機(jī)床

旋壓成形——神奇的金屬成形技術(shù)

旋壓成形屬于金屬塑性成形的特殊方式，旋壓成形的原理就是將毛坯固定在模具上，模具連同毛坯一起高速旋轉(zhuǎn)，外側(cè)的旋輪對毛坯施加很大的壓力，使得金屬毛坯變形，最后成形出與模具形狀一致的零件。

旋壓分為普通旋壓和強(qiáng)力旋壓。普通旋壓是指在成形的過程中毛坯的形狀發(fā)生變化，毛坯的厚度不發(fā)生變化。普通旋壓起源很早，在民用領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛，如器皿、餐具以及一些精度要求不高的零件；強(qiáng)力旋壓是指金屬在成形過程中不但毛坯的形狀發(fā)生變化，厚度也同時(shí)變化，一般是變薄，在旋壓過程中毛坯體積不變，減薄的毛坯材料增加了零件的高度。強(qiáng)力旋壓屬于無切削加工，在加工過程中材料沒有任何損失。

強(qiáng)力旋壓作為近代塑性加工中的一種新工藝，在國防工業(yè)各領(lǐng)域應(yīng)用最多、最為廣泛。強(qiáng)力旋壓在生產(chǎn)薄壁高精度回轉(zhuǎn)體零件方面具有明顯優(yōu)勢：

強(qiáng)力旋壓后材料的強(qiáng)度和硬度比母材提高了約35%~45%，因此在航空航天領(lǐng)域，強(qiáng)力旋壓能有效地減小零件的設(shè)計(jì)壁厚、減輕重量，其疲勞性能也能顯著提高；強(qiáng)力旋壓對厚壁毛坯逐點(diǎn)施加很高的壓力使其減薄變形，材料的金屬纖維流向得到保護(hù)，使得零件的疲勞性能得到提高；強(qiáng)力旋壓屬于整體成形技術(shù)，成形的零件沒有母線焊縫，因此零件整體性能提高，尤其是疲勞壽命能顯著提高；強(qiáng)力旋壓的無切削加工和簡易的成形模具降低了生產(chǎn)成本，縮短了零件制造周期短；強(qiáng)力旋壓在一次成形過程中可以讓毛坯減薄60%甚至更多，由于減薄率較大，強(qiáng)力旋壓能有效地檢驗(yàn)?zāi)覆闹械囊苯鹑毕�；用�?qiáng)力旋壓能生產(chǎn)加工超寬板材；強(qiáng)力旋壓零件的尺寸公差和形位公差較小，精度很高，甚至高于機(jī)械加工。

基于上述優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)力旋壓技術(shù)在化學(xué)工業(yè)、核工業(yè)、船舶工業(yè)、兵器、航空航天，特別是飛機(jī)及飛機(jī)發(fā)動機(jī)的零部件制造中得到廣泛應(yīng)用。如常見的一些化工、船舶、鍋爐用大型壓力容器，由于存在母線焊縫，對內(nèi)部壓力有一定要求。如果用旋壓成形工藝成形中間圓筒段，可以取消壓力容器最薄弱的環(huán)節(jié)——直線焊縫。如果采用強(qiáng)力旋壓成形，筒形部分的整體強(qiáng)度比母材提高12%~25%，大大提高了這類壓力容器的安全性和可靠性，且模具制造簡單，制造周期短，加工成本低。而這種提高壓力容器承壓壓力的方法是其它任何一種加工工藝無法做到。如果這類壓力容器用在航空航天領(lǐng)域，在相同壓力下可以大大減輕容器的壁厚，從而減輕零部件的重量，達(dá)到減少油耗、增大射程的目的。

強(qiáng)力旋壓成形的材料除了碳鋼、鋁及其合金、銅及其合金、不銹鋼這些傳統(tǒng)的金屬材料以外，還包括近年來又開發(fā)出的一些特殊材料的旋壓如高強(qiáng)度鋼、超高強(qiáng)度鋼、鈦及鈦合金、高溫合金、鎢、鉬、鈮及其合金的旋壓，可以說，在金屬塑性成形領(lǐng)域，可旋壓成形的金屬材料種類最為廣泛。

飛機(jī)、飛機(jī)發(fā)動機(jī)上越來越多的構(gòu)件使用鈦合金及高溫合金等難變形材料。這些構(gòu)件有的型面復(fù)雜，如外形為雙曲線、拋物線、雙錐形件，并且對壁厚公差、直徑公差、圓度、直線度要求都很高。對于這些零件，目前主要工藝是鍛造后機(jī)械加工成形。材料的利用率有的只能達(dá)到3%，大量貴重的材料都變成鐵屑，并且破壞了金屬本身的纖維流向。而采用強(qiáng)力旋壓技術(shù)，可以使旋壓成形后零件材料晶粒細(xì)化，強(qiáng)度、抗疲勞性能得到提高，從而使構(gòu)件的壁厚減小，零部件的可靠性大大提高。

旋壓技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，對旋壓機(jī)床的要求越來越高，尤其是大回轉(zhuǎn)直徑、大推力、高精度、自動化程度高的旋壓設(shè)備。國外強(qiáng)力旋壓設(shè)備已經(jīng)系列化并且不斷向大型化、多用途和和自動化程度高的方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，旋壓機(jī)床控制系統(tǒng)也不斷發(fā)展。旋輪進(jìn)給完全發(fā)展到數(shù)控，主軸變速由有級發(fā)展到無級，并發(fā)展到多旋輪回轉(zhuǎn)架旋壓機(jī)。加工大直徑零件所需的電視監(jiān)控系統(tǒng)和壁厚超聲波自動測量裝置在旋壓機(jī)床上也得到了應(yīng)用。

就旋壓工藝技術(shù)水平來講，我國與國外先進(jìn)技術(shù)差踞不大。盡管旋壓設(shè)備的自動化程度、可靠性與國外先進(jìn)技術(shù)存在差距，但這個(gè)差距越來越小。近幾年，我國在大型旋壓設(shè)備的研發(fā)上也取得突破。作為最早的研究單位，中航工業(yè)制造所研制旋壓工藝與旋壓設(shè)備有近50年的歷史。在旋壓工藝的開發(fā)、在異形零件、特殊材料的旋壓方面該所一直處于國內(nèi)領(lǐng)先。

最近，制造所為航天某企業(yè)研制的亞洲最大的數(shù)控立式旋壓機(jī)床已經(jīng)完成工藝驗(yàn)收。該設(shè)備為立式三旋輪結(jié)構(gòu)，設(shè)備本身重量達(dá)600噸，單個(gè)旋輪推力為100噸，機(jī)床回轉(zhuǎn)直徑2.6米，能旋壓直徑2.6米、高度為3.5米的大型筒形零件，能夠?qū)⒑穸葹?5毫米的超高強(qiáng)度鋼旋壓碾薄到2毫米，旋壓后的筒體壁厚精度達(dá)到一個(gè)頭發(fā)絲，精度高于機(jī)械加工。該設(shè)備具有三個(gè)旋壓力自調(diào)節(jié)自平衡、具有同步進(jìn)刀錯(cuò)距旋壓等獨(dú)特功能，具有智能旋壓的特點(diǎn)，總體技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

旋壓成形的應(yīng)用越來越廣泛。旋壓技術(shù)能解決制約我國制造業(yè)、軍工行業(yè)的重大瓶頸問題；體現(xiàn)軍民結(jié)合、寓軍于民，對保障國家安全和增強(qiáng)綜合國力具有重大戰(zhàn)略意義。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和軍工事業(yè)的發(fā)展，旋壓成形這個(gè)傳統(tǒng)工藝必將煥發(fā)青春，發(fā)揮越來越重要的作用。

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