强旋工艺的研究与开发答辩稿

LOGO 强旋工艺的研究与开发 学生 学院 安徽农业大学工学院 邮编 合肥 230036 年级专业 11级机械制造及其自动化 指导老师 Company Logo Contents 第一章 绪论 1 第二章 强力旋压形成技术 2 第三章 某个金属铝坯的强旋艺 3 第四章 某强旋板料毛坯的模具与旋轮展示图 4 Company Logo 摘要 毛坯与芯芯模共同旋转，由旋轮进给并施加压力，使毛坯紧贴芯模逐点局部变形的冲压成形工艺。根据毛坯旋压加工工艺的特点 ,建立毛坯旋压工艺参数的数学模型 ,通过对减薄率旋压力、旋压轨迹切点等关键数据的计算 ,得到毛坯旋压加工工艺参数 ,并经过多次试验 ,对毛坯加工旋压刀路轨迹进行对比分析。通过调整减薄率、旋压力、旋压轨迹切点等参数 ,可以建立优化的旋压加工工艺和加工轨迹路线。旋压加工的优点是设备和模具都比较简单（没有专用的旋压机时可用车床代替），除可成形如圆筒形、锥形、抛物面形成或其它各种曲线构成的旋转体外，还可加工相当复杂形状的旋转体零件。缺点是生产率较低，劳动强度较大，比较适用于试制和小批量生产。随着飞机、火箭和导弹的生产需要，在普通旋压的基础上，又发展了变薄旋压（也称强力旋压）。强力旋压成型所需要的旋压力较大 ,旋压机的结构一般也较复杂。强力旋压成型又依旋轮移动的方向与金属流动的方向，分为正旋和反旋。旋轮移动的方向与金属流动的方向相同，叫正旋；反之，称为反旋。同一种材料，反旋成型所需的旋压力较大。我们通过对旋压的工艺特点、成形原理和发展应用的研究 ,从不同角度对旋压技术进行新的分类 ,有助于从本质上掌握旋压成形工艺 ,促进对各种毛坯旋压方法的理论分析和实验研究、并为更多的新工艺新方法的产生提供科学依据。 Company Logo 关键词 强力旋压 芯模 变形机理 Abstract： Blank and core mandrel rotation together, by the and of feeding pressure, point of local deformation of the blank is clingy core mould, stamping forming process.According to the characteristics of the blank spinning process, a mathematic model of the spinning process parameters, based on the trajectory of spinning force reduction ratio, spinning tangent point calculate the key data, such as, get blank spinning process parameters, and through many experiments, the rough machining spinning knife road track were analyzed.By adjusting the ratio of thin, the parameters such as pressure, spinning trajectory point of tangency, can establish trajectory route optimization of spinning processing technology and processing.Spinning processing equipment and mold are of the method is simple, no special spinning machines can be substituted for lathe), in addition to forming such as cylindrical, conical, parabolic form or other forms of the rotation of the curves in vitro, can also be processing complicated shape of revolving parts.The disadvantage is that productivity is low, the intensity of labor is larger, more suitable for trial production and small batch production.With the production requirements of aircraft, rockets and missiles, on the basis of ordinary spinning, and developed the variable BoXuan pressure (also called) of power spinning.Required for power spinning forming of spinning force is bigger, general is also more complex the structure of spinning machine.Power spinning forming and in accordance with the wheel and metal flow in the direction of the moving direction, can be divided into positive rotation and reverse rotation.Wheel and metal flow in the direction of the moving direction of the same, is called spin;On the other hand, called reverse spin.The same kind of material, the spinning forming the rotary pressure required.We through to the spinning process characteristics, the forming principle and development of the application of research, from different angles of spinning technology is the new classification, helps to grasp the spinning forming technology from the essence, promote the various blank spinning method of theoretical analysis and experimental research, and as more new technology will provide a scientific basis for the generation of new method. Keyword： power spinning mandrel deformation mechanism Company Logo 第一章 绪论 我国金属旋压成型技术的发展历史近四十年，而在国防工业的应用研究尤为广泛，研究应用水平很高，特别是在旋压成型工艺及装备方面，已经处于国内领先地位。旋压机的设计和制造能力也很强。带轮旋压成形式工艺与设备是一项先进的技术，带轮旋压工艺上取得了折叠式带轮、劈开式带轮、滚压式多 V型带轮和组合式带轮一系列科研成果，在理论与实践两个方面解决了旋压成形中的各种技术难题，并成功地用于生产。但与德国的旋压技术相比，我国还需要努力追敢，因为，我国许多产品还需要进口，尤其是汽车中的某些零部件。由于旋压成型技术具有柔性好、成本低廉等优点，适合加工多种金属材料，是一种经济、快速成形薄壁回转体零件的方法。与其他冲压工艺方法相比，由于它能制造出形状多样、尺寸各异的产品，特别是在结合高效、精密的数控技术后，更具有明显的优越性。因此，不仅在航空、航天、兵器等金属精密加工技术领域占有重要地位，而且在化工、机械制造、电子及轻工业等领域也得到了广泛的应用。 1.1 强旋工艺的发展现状 强力旋压源于普通旋压 ， 目前 ， 普通简彤件强力旋压工艺已经相当成熟 ， 而带有纵向内筋的筒形件强力旋压工艺还相对落后 。 因此 ， 进一步深入开展带内筋筒形件强力旋压工艺成形机理和变形特点的研究 ， 有着重要的理论意义和实际应用价值 。 1.2 主要研究内容 金属铝坯的强旋工艺设计 。 Company Logo 第二章 强力旋压成形技术 2.1 分类 2.1.1 根据旋压类型和金属变形的机理我们可以把强旋分为剪切旋压和挤出旋压，剪切旋压主用于异形件，挤出旋压主用于筒形件。 2.2 成形原理 2.2.1 剪切旋压适用于一些复杂的成形工件，工件一般包括锥形、抛物线和一些曲目线。其中锥形件是异形件中的典范，在旋压过程中，板料由模具和尾顶固定，主轴旋转带动板料旋转，旋轮伺服进给挤压板料，平面板料在旋轮的挤压下与剪切的作用下，厚度变形遵循体积不变定律和正弦规律，变形按照一定的母线形状。 2.2.2 正弦规律就是对锥形件进行强旋时，根据纯剪切变形的原理求出毛坯的厚度，符合的规律为正弦规律： t=t0sin（ a/2） 公式中： t 旋后的零件厚度 t0 旋前毛坯厚度 a 锥角 虽然此规律由锥形件导出，但是它基本适用于任何异形工件，原因是任何异形工件在沿着半径方向以很小的间隔分段后都可以近似于锥形的一小部分，所以可以把任何异形件看作锥形件进行计算，但是会存在一定的误差，异形件的母线曲率半径越大，在它法向的厚度变化越小，则误差越小；反之，误差越大。 2.2.3 在我们实际实验时，锥形件在强力旋压的时候它的壁厚往往不等于正弦定律计算的理论壁厚，即实际壁厚与理论值存在一定的偏差，这种偏差可能由于热膨胀导致旋轮与芯模的间隙误差、毛坯的壁厚误差和旋压工艺系统的弹性形变等导致的，其计算公式： =（ tp-tf） /tf 公式中： tp 毛坯件的实际壁厚； Tf 旋压件的理论壁厚。 当 tf tp时， 0，材料减薄过度；当 tp tf时， 0，材料减薄不足。 在实际实验中偏离正弦律难以避免，实际实验中更倾向于采用 0的方法，因为适当的减薄便于提高材料的极限减薄率，而且可以缓解毛坯的贴模情况，有利于提高旋压件内表面的精度和光洁度。 2.3 变形过程 2.3.1 强力旋压的整个变形过程包括三个阶段：起旋阶段、稳定旋压阶段、旋压终了阶段。三个阶段分别对应着三个不同的变形状态。起旋阶段要从旋轮毛坯到达到要求的壁厚减薄率，这个阶段的壁厚减薄率逐步增大，旋压力一直增大到最大值。稳定旋压阶段是旋轮旋入毛坯要求的壁厚减薄率后，旋压变形进入稳定阶段，这个阶段应力和旋压力基本不变。 2.4 受力分析 2.4.1 旋轮受力随旋压时间变化呈正态分布，旋入时旋轮轴向受力逐渐增大，毛坯变形程度达到最大时旋轮轴向受力达到极大值，毛坯变形程度减小时受力衰减。主轴同旋轮受力方向相反，大小变化一致。 第三章 某个金属铝坯的强旋工艺 3.1 基本要求 3.1.1 生产应符合国家节能减排政策和可持续发展的要求。 3.1.2 金属铝坯旋压工艺设计，应符合循环经济发展模式，应采用节约材料，节能降耗的先进工艺、技术和设备，并应提高废气、废水、废弃物的综合利用水平。 3.1.3 金属铝坯采用旋压加工的主要工艺流程如下： 加热 热旋压 下料 加热 预成形 检验 车外形 局部加热 收口 热处理 冷旋压 3.2 检验规定 3.2.1 冷却之后应该 100 检验各部分主要的成形尺寸。 3.2.2 各工序之间毛坯的检验过程应照按炉号进行分炉管理。 3.2.3 筒形内腔尺寸应通过内孔专用量规检验，外观质量应光滑。 3.2.4 表面及内部缺陷检验宜采用超声波探伤或者磁粉探伤。 3.2.5 旋前毛坯壁厚差应控制在 2mm以内，宜小于 1.5mm。 3.3 其他规定 3.3.1 热旋压的时候适合采用感应加热方式，旋压过程中应采用补充加热。 3.3.2 毛坯应该先进行热处理，力学性能不合格时应该返工。 3.3.3 需要加热的毛坯应该采用自动化上下料装置。 3.3.4 加热后的毛坯适宜采用耐热传送带装置进行传送。 3.3.5 在热旋时，应该同时对设备和模具适当的冷却，可以用冷却水对旋压机的主轴和芯模以及旋轮座进行冷却。 3.4 工艺系统的布局以及主要设备选型 3.4.1 车间的布局应该根据毛坯的规格和品种复杂性等特点进行合理的配置，布置紧凑，流程顺畅。厂房的跨度应根据设备的布置要求，以及设备的维护修理、人员通道、操作安全的要求来确定。在制品存放时应设置中间库合理存放，转移应该选用热装热送和均匀冷却等先进技术。 3.4.2 金属铝坯旋压工艺系统的设计应采用先进、可靠、实用的原则。车间的电气设备水平应与生产工艺要求以及机械设备水品相适应；自动化控制系统和检测系统设备要先进可靠、切合实际，并应该随着时代进行系统升级和维护。金属铝坯应该设置专门的检验工作或者工作台。辅助工艺应该用角磨机去氧化皮。采用热旋时应该用超声波温度仪进行时时探测，保证热旋时的“连贯性”。应该统筹规划人 机 环系统。 3.4.3 毛坯下料可以采用卸料器，加热应该选用丙烷氧气枪双枪加热，材料的温度检测应该选择红外测温仪或热电偶。热选时应该选用 10t20t的数控旋压机。 3.5 预成形工艺 3.5.1 我们在设计工艺时，应该根据毛坯的所需的成形形状进行预成形毛坯，并按照要求计算出毛坯的下料的尺寸和质量。 3.5.2 选择原材料的时候和尺寸及其规格，应该选用标准的型材，并且尺寸外形和相关的产品质量都应该符合现行的国家规定。 3.5.3 强旋金属毛坯应该选用方刚，方刚的断面尺寸应该符合以下的公式要求： b2-3.222rb+2.45r2=1.375c2 公式中： b方刚边长（ mm）； c冲头直径（ mm）； r方刚圆角半径（ mm）。 3.5.4 下料工序可以选用等重下料和在线无损探伤等下料工艺。 3.6 辅助工艺准备 3.6.1 坯料在加热时应该达到表面和心部温度均匀，内外温差不应该超过 50 ，金属筒形件毛坯加热可以用感应加热，钢坯的加热时间应该控制在 20到 30分钟，温度控制在 600 到 1150 ；铝坯应该选用电阻炉加热，加热的时间应该控制在 1h 2h，毛坯的温度应控制在 250 到 350 。 3.6.2 模具应该选用丙烷氧气混合喷火枪升温加热，刚开始加热时，模具的温度较低，需要用小火加热，加热模具的火焰温度控制在 400 到 650 ，加热半个小时过后，调节喷火枪的出气阀，使火焰温度升至 900 到 1400 ，模具加热到 200 到300 即可进行上料热旋。注意模具加热完毕后要立即上料，防止在上料时间内模具自然冷却导致热选失败，产生废料，而且坯料在模具加热后加热。禁止在模具加热初期用烈焰，模具受热不均匀会出现内应力使模具炸裂，容易产生事故。 3.6.3 模具加热后要在模具上涂抹润滑油，防止旋压后坯料贴模导致难以卸料；铝坯料加热后要在坯料表面涂抹一层二硫化钼，二硫化钼的作用就是防止旋轮粘铝，在旋压过程中如果旋轮粘铝，很容易产生堆积效应，致使坯料表面凹凸不平，不能保证坯料旋后的壁厚差均匀，严重的可使旋压机受力过载，热旋中断。 3.7 检验 3.7.1 毛坯的检验应包括毛坯的避偏差，毛坯内膛尺寸，毛坯的全长以及毛坯的底部与轴线垂直度等参数，保证毛坯与模具能够达到理想的配合，保证旋前尺寸是强旋成功的基础。 3.7.2 预成形的毛坯需要检验金相组织和力学性能，保证旋时所需的硬性条件。 3.8 旋压工装设计 3.8.1 旋压工装包括连接部分、工作部分以及退料部分和尾顶部分组合而成，旋压工装应该具有结构、制造简单等特点。 3.8.2 旋轮和芯模等一些配件应该适应产品的特点并符合相关指标的要求。在符合要求的条件下应该适当的降低工装的重量以方便人工装卸和降低对机器的负荷。 3.8.3 旋轮的材料应该选用一些具有足够高温和高耐磨的材料，比如高速钢或者 1.2367热作模具钢。 3.8.4 工装以及芯模旋轮都应该严格的制造，旋轮、芯模和辅助工装对旋压工艺系统的稳定工作影响巨大，工件的尺寸形状和表面质量都依赖于工装的制造水平，所以要保证精度，还要对工装的基本参数要进行检测。 3.9 旋压准备 3.9.1 旋压之前应该调试旋轮和模具的保护间隙，防止在旋压时间隙不足导致撞轮损害机器或伤害工作人员。调试旋轮的安装以及芯模的调整，双旋轮的两个旋轮的轴线应该在同一水平面内并平行，旋轮的径向跳动要在0.03mm以内；模具在安装后靠轴端的径向跳动应该在 0.05mm以内，悬臂端的径向跳动应该保证在 0.05mm以内，悬臂端的端面跳动保证在0.05mm以内。 3.9.2 旋压的进给率要依据产品的的要求合理的计算，设计道次以及压削量应该选择合适的旋轮攻角以及旋轮工作圆角，保证旋压的精度以及力度，防止旋压力过载损坏液压缸。 3.9.3 筒形金属毛坯的变薄旋压减薄率，应按下面的公式计算。旋压的减薄率以及应该根据工件的壁厚和材料来确定相关的参数。当壁厚偏大的适宜取上限，壁厚偏小的适宜取下限，还要保证旋轮压下台阶大于减薄量： Tn=（ Tn Tn+1） /Tn*100 式中： Tn-工件的道次减薄率； Tn、 Tn+1 旋压中 n道次、 n+1道次后工件的壁厚。 T=(T0-Tf)/T0 式中： T 工件的总减薄率； T0 旋压毛坯的壁厚 (mm)； Tf 旋压完成后工件的壁厚（ mm）。 3.9.4 旋压的进给率设计应该按照以下公式计算： f=v/N 公式中： f 旋轮的进给率（ mm/r），取 0.5mm/r-2mm/r； v 旋轮沿工件母线的进给速度（ mm/min）； N 主轴（工件）转速（ r/min），取 50 r/min-500 r/min，硬度高的材料应该选用较小的值，反之，硬度低的材料应该选用较大的值。 3.9.5 旋轮的顶端圆角的半径设计应该符合以下的要求。硬度高的材料应该选小值；旋轮的攻角应选 30 ： rp=（ 1 4） t0 公式中： rp 旋轮顶端圆角半径（ mm）。 3.9.6 我们确定工艺参数的时候以变形金属塑流稳定为原则，应该检验预成形毛坯的质量、端面垂直度以及坯料内径与芯模配合的间隙值，误差应该控制在旋压设备和产品精度的要求内。 3.9.7 坯料和芯模的直径间隙的设计应该合理，中小件的间隙值应为 0.1mm 0.2mm，大件应为 0.3mm 0.6mm。 3.9.8 要根据塑形变形理论给出旋轮进给率计算公式，并根据经验规定