数控旋压成形工艺应用实例

山东鲁南机床有限公司 （滕州 277500） 王绍存 王传河 汪玉伟 宋允臣

旋压加工成形技术是利用旋轮对旋转中的金属毛坯（板料、筒形件或锥形件）逐点施以压力，使之变形，金属材料晶粒重新排列，以获得所需形状、尺寸、强度要求的零件的加工方法。它综合了挤压、拉伸、轧制、弯曲和滚压等工艺特点，特别适合薄壁、回转体零件的成形加工。旋压工艺基本分为普通旋压和强力旋压两种，该工艺是真正无切削绿色环保的工艺。

1.强力旋压

强力旋压的正旋律原理：强力旋压时必须先预留出旋轮与芯模之间间隙Δ，也就是需确定经旋压后零件的壁厚，这遵循一个基本原理——旋压变形之正弦律。以平板强旋圆锥形件（见图1）为例。

图1

旋压后工件的壁厚tf，与毛坯原始厚度t0和锥形件的半锥角α之间的关系符合正弦律，即

式中，tf为旋压后工件的壁厚；t0为毛坯原始厚度；α为工件的半锥角。

2.普旋工艺

普旋工艺的原理：依据正旋率的计算分多道次旋压，采用正反渐开线组合运用，即所谓的贝齐埃凸凹曲线，该轨迹方式的运用能降低材料的减薄率，使变薄均匀，实现平稳旋压。

实际在数控旋压设备运用时，考虑数控系统的经济性选型，将分段圆弧代替渐开线，辅以直线过渡，再配合适当的往返点及相应的旋压参数，可以较便利地旋压出合格的产品（编程时可以借助CAD找正程序点）。曲母线零件普旋工艺示意如图2所示。

图2

以下典型工艺均在我公司PXK350A数控旋压机床上完成，单轮旋压，配置广州数控系统GSK980TDa。

3.自动单循环强力旋压

通常如图1中α＞15°的锥体能在一道次中旋制，能产生较大的材料变薄成形，获得底厚边薄的产品。

根据旋压工艺及数控系统功能，建立如图3所示的工件坐标系，选择轴中心线为X轴原点，模具端面Z轴原点，编辑程序如下：

图3 锥形件强旋的编程示意图

4.普通自动旋压

（1）催化器口部的缩径（收口）自动旋压。对于两端均为敞开式的催化器，其旋压工艺的安排是：在主轴上安装一套特殊设计制造的胀胎模工装。利用顶出器使胀胎模胀紧卷成形的筒形毛坯，如图4所示，进行催化器首端口部缩径（收口）旋压。对于已完成首端口部缩径旋压的催化器，催化器末端口部的缩径旋压，可利用特制的自定心卡盘夹紧催化器的方法，如图5所示。

图4 旋压催化器首端的涨胎模工艺

根据旋压工艺，建立图4所示的工件坐标系，选轴中心线为X轴原点，模具端面为Z轴原点，编辑程序如下：

图5 旋压催化器末端的三爪夹紧工艺

在上述程序中，由于进刀段是同样的，可用一个子程序以减少程序录入：

在开始正式批量旋压前，必需要做的工作如下：

Z轴对刀：以胀胎模锥头端面（A面）为基准面用手轮方式对刀，设定Z0。X轴对刀：以胀胎模锥头外圆面（B面）为基准面用手轮方式对刀，设定X79（锥头外圆面直径+旋轮R10mm×2，即59mm+20mm）。空车试运行检验所编程序是否与所加工模具型线吻合，发现Z轴方向偏差－3mm，应调整对刀基准，重新设定Z－3。

实物试旋加工，发现零件收尾段存在少量反弹现象，可不用修模，直接修改程序，将程序中总旋压缩锥拉光N0350语句中G01 X82 Z－28.5 F280改为G01 X81 Z－28.5 F280（使旋轮往X轴方向多压入0.5mm）。

（2）水壶或罐体零件的普旋。器皿、容器等零件常用拉伸旋压式普旋法，通常需要多道次旋压，方能使其成形。图6推荐了水壶或罐体收口旋压工装设计及旋压路线。

图6 水壶或罐体收口工装设计及旋压路线推荐

（3）高压开关屏蔽罩的自动旋压（强旋与普旋的综合旋压）。图7所示的高压开关屏蔽罩前段为一锥台，后段为一卷圆。对前段的锥台可拟采用强旋一次旋成，而后段的卷圆则必须分三道旋压：第一道的卷圆1/4段安排在与锥台一起，强旋后接着普旋列为首旋；第二道的卷圆1/4段的旋压为向内收式普旋，作为二旋；而三旋则为一特殊旋压，即采用卷圆旋轮来完成剩下的1/2卷圆。

首旋（强旋与普旋的综合旋压）：对于如图7所示将板料用旋压方法旋出的工件，其旋压工艺的安排是在主轴上安装一套按曲线要求设计制造的芯模，利用尾顶顶紧毛坯，进行屏蔽罩首道旋压。由于该工件不允许有中心孔，因此必须利用底边支撑的对中装置。建立图7所示的工件坐标系，选轴中心线为X轴原点，芯模端面为Z轴原点，板料厚度2mm，按图7所示工艺路线编辑程序。

图7 旋压屏蔽罩的首旋工

二旋（向内收式普旋旋压）：经过首旋加工后的半成品，翻转一面套入筒形模具中，如图8所示，仍利用原尾顶压紧半成品工件，然而此时在尾顶心轴增设了一只卷圆转盘作为卷圆段内模，二旋旋压完毕尾顶连同卷圆转盘带工件一起退出，取下工件。二旋旋压工艺的安排是，先切掉首旋后多余的边，再进行二旋旋压。

该转盘与尾顶心轴用圆螺母固定，二旋批量旋压完毕卸下转盘，方可进行三旋旋压。

选轴中心线为X轴原点（以筒形模外圆面B面为基准面），筒形模端面（A面）为Z轴原点，按图8所示工艺路线编辑程序。

三旋（卷圆旋压）：经过上两道旋压加工后的半成品，仍利用二旋的筒形模具和原尾顶压紧半成品工件（然而此时应卸下二旋的卷圆转盘），采用一卷圆旋轮对剩下的1/2卷圆段进行旋压。

如图9所示，选轴中心线为X轴原点（以筒形模外圆面B面为基准面），筒形模端面（A面）为Z轴原点，利用卷圆旋轮的端面（a面）和最大外径（b面）进行Z轴和X轴的对刀。设板料厚度2mm，按图9所示工艺路线编辑程序。

同时，该工艺也可以推广到在数控车床上小型旋压件的加工。

图8 旋压屏蔽罩的二旋工艺

图9 旋压屏蔽罩的三旋工艺