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壓 力 加工月目 幾怕 加陰口手 工 旋 壓 成 形陜西航天動 力高科技股份公 司天 慶分公 司 西安 朱 顯旭 旋壓是將金屬板材或管材等毛坯制成各種形狀的旋轉(zhuǎn)對稱件 , 是一種 特殊 的塑性成形方法 , 是機械加工 的一種特殊類 型 , 廣泛用于機械 、 汽車 、 化工 、 航空航天 以及核工業(yè) 中產(chǎn) 品的制造 。 在 多品種小批量 的生產(chǎn)合理化 以及降低成本 中具有很高 的價值 。 普通旋壓 的原 理儼 術(shù)就是拉深旋壓 。 拉深旋壓與沖壓相似 , 但不用 沖頭而用芯模 不用 沖模而用滾輪 不用 沖床而用普通車床 。 由于靠滾輪的運動旋制工件 , 所 以與沖床上 的拉深相 比 , 其加工條件 自由度更大 , 能制 出很復(fù)雜的回轉(zhuǎn)對稱體 , 而且隨意性很大 。 下面我們 的圖 所示上罩為例加 以說明 。 其技術(shù)要求為 ①未 注公差按 。 ②保證 面平整 , 平板檢 測 不 漏 光 。 ③去 毛 刺 。 ④外 表 面 , 黑 色一 , 漆 一 必 沉孔 價 。 一價 沉孔價 今 子, 代 合, 峭 圖 滾輪結(jié)構(gòu)示 意 圖滾刀 體 軸承 刀 架體支承心軸 將 一 塊 金 屬 圓 板 安裝 固 定 在 車 床 上 , 在 毛坯 隨 車 床 主 軸 旋 轉(zhuǎn) 的 同時 , 利 用 圖 所 示 的 滾輪 滾 輪 隨 旋 壓 方 式 不同而 有 不 同 形 狀 , 但 其安 裝 方 法 多 用 軸 向 固定式 緊 壓 其 表 面 排 壓 , 利 用 中滑 板 和 床鞍 控 制滾 輪 , 使 滾 輪 相 對 工 件沿 、 方 向作 復(fù) 合 運動 , 軌 跡 如 圖 所 示 。此 時 的 滾 輪 、 胎 具 和 工 件 之 間 的 運 動 關(guān) 系 是滾 輪 與 工 件 表 面 之 間 做摩擦 擠 壓 動 作 , 滾 輪 沿 、 方 向做復(fù)合軌跡運 動 另外 , 工件與車床胎具繞主軸做高速旋轉(zhuǎn)運 動 , 使工件逐漸變形 , 最后成形 為所需 的筒形 、 錐形及碟形等零件 。 圖 上罩材料為 軟狀態(tài) 。 毛坯尺寸為 協(xié) 。 滾 輪 參數(shù) 為 、 各一 把 用 于粗壓與整形 。 毛坯轉(zhuǎn)速為 。 加工順序如圖 所示 。毛坯 態(tài) 」 甲 曰口因 飛 —自芯棋 才 圖 工作原理示意 圖 長盤 胎具 工件 毛坯 后壓板活絡(luò)頂尖 滾輪具有代表性 的拉深旋壓 在加工 中用得最 多而且有代表性的旋壓成形技 義 局部放大 圖 拉深旋壓成形法 。 , 。 , 。, 四 壓 力 加工 幾抽 , 向加翔公 月 滾輪 的運 動進 給 比要適 中 , 板 材較薄易起皺 , 一次或少次拉深旋壓是不可能成功 的 。 為 了防止起皺 , 必須很小心地進行多道次拉深旋壓 , 否則會 因材料的加工硬化而引起凸沿部分的破裂 。 開始拉深的初期道次 的傾角 。 , 即鋁板 與芯模相切 的夾角 , 應(yīng)該選得 適 當(dāng) , 每 道次變形進 給間距 也必須 適當(dāng) 。 像這些每道次 的進給量 尸 與角度 。 、 , ? ? 、 沒有一個精 確 的數(shù)量 , 也 無普通 規(guī) 律 可循 , 只能是憑借操作者 的經(jīng)驗來確定 , 這就是旋壓的難點所在 。 受力分析如 圖 所示 。 常見 的缺陷 , 也是工藝的重點 、 難點之處 。 總 結(jié) 分析旋壓成形過程 的影響因素 , 可 以總結(jié)出幾個注意方面及提高成 品率的方法 。 廠補 廠 ‘薰色 冬門 八 ” 琳卜如嶸‘ 性 、 一 萬 、‘二‘二召二‘二 二 二 乙 口 ’ 一 一漢人 衛(wèi)去城 也習(xí)〕獷,川 ” 爹鞠 圖 受力分析 由圖 可 以看 出 , 旋壓 過程 中 , 即上罩
將平板毛坯或預(yù)先成型的毛坯固定到旋轉(zhuǎn)的芯模上，用旋輪對毛坯施加壓力，旋輪同時作軸向送進，經(jīng)過一次或多次加工，得到各種薄壁空心回轉(zhuǎn)體制品的工藝方法（見圖）。旋壓時，旋輪和毛坯的接觸區(qū)很小，加工材料只局部發(fā)生塑性變形，變形抗力小，可用小噸位的設(shè)備加工大型的制品，是制造空心錐體、筒形件、半球體和薄壁管材等精密制品的有效方法。旋壓產(chǎn)品的精度高，機械性能好，尺寸范圍廣。旋壓的工具模具簡單、更換容易；就制造某些產(chǎn)品來說，生產(chǎn)成本比其他方法低。主要缺點是生產(chǎn)工時長，產(chǎn)量低，品種受到限制。適用于生產(chǎn)小批量、多品種的產(chǎn)品。
旋壓是一種古老的加工方法。早在10世紀(jì)初中國就使用旋壓方法制造錫器。20世紀(jì)以來，旋壓法在工業(yè)上得到了比較廣泛的應(yīng)用，采用了旋壓機架液壓助力裝置和仿形裝置。目前，旋壓法主要用于加工鋁、銅及其合金，并且越來越多地用于加工鋼鐵和稀有金屬。旋壓產(chǎn)品有日常生活用具、化工容器、各種形狀的機器零件、航空器、火箭導(dǎo)彈及航天器的各種殼體部件等。
旋壓的分類
旋壓按金屬的變形特征可分為普通旋壓和強力旋壓。普通旋壓時，毛坯的壁厚和表面積基本不變，只改變毛坯的形狀（圖a）；這種方法多用于壓制各種薄壁的鋁、銅、不銹鋼等日用品，如燈罩、炊事用具及手工藝品。強力旋壓時，毛坯的形狀和厚度都發(fā)生變化，強力旋壓分錐形件強力旋壓和筒形件強力旋壓。錐形件強力旋壓時，金屬的移動符合正弦定律，是純剪切變形（圖b）；這種方法用于生產(chǎn)等壁厚和變壁厚的錐形件和半球形體件等。筒形件強力旋壓時，筒形毛坯的壁厚減小，長度增加，體積不變（圖c）;這種方法用于生產(chǎn)薄壁無縫管材、圓柱形的帶底容器和殼體等。旋壓按加工溫度分為冷旋壓、溫旋壓和熱旋壓，一般用冷旋壓。
旋壓機床
手工旋壓用的機床結(jié)構(gòu)簡單，由床頭箱、尾頂座、床身和工具支持架組成。靠用人力控制工具的運動和對被旋壓的工件加力，機床的轉(zhuǎn)速可高達2800轉(zhuǎn)/分。新式的普通旋壓和強力旋壓機床的旋輪均以液壓驅(qū)動，并配備液壓仿形和數(shù)控系統(tǒng)。
中小型旋壓機床多為臥式，大型的多為立式。旋壓機床要求剛度好、功率大、精度高和通用性好。目前最大的旋壓機床可旋壓直徑6米的零件，旋輪壓力大到數(shù)百噸。除通用型外，還有各種專用旋壓機床（如封頭旋壓機），以及大量生產(chǎn)的旋壓生產(chǎn)線（如制造油桶和汽車輪箍）。
參考書目
陳適先：《強力旋壓及其應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，北京，1966。
數(shù)控旋壓是建立在手工旋壓基礎(chǔ)上發(fā)展而來，工藝種類可分為普旋、強旋、收口、擴口、翻遍等，加工能力更廣泛，可按照每款產(chǎn)品的外形曲線特性定制工藝和設(shè)備，節(jié)省用料，提高生產(chǎn)效率，以下是數(shù)控旋壓基礎(chǔ)知識的簡介。
①什么是強力旋壓
強力旋壓相比普通旋壓對旋壓設(shè)備的剛性要求更大，成型過程中刀輪和模具的間隙小于料片實際的壁厚，料片除了受刀輪的拉伸力之外，還承受剪切擠壓力。擠壓力會使料片的內(nèi)壁緊貼模具表面，最終產(chǎn)品內(nèi)壁的表面質(zhì)量和模具的表面接近，產(chǎn)品內(nèi)壁直徑尺寸和模具尺寸接近；同時擠壓力能讓材料內(nèi)部的晶粒細化，成型后產(chǎn)品的強度更好，硬度更大。
②什么是管旋
管旋的加工毛坯材料是薄壁管件，管旋有擴口、翻邊、收口旋壓等加工工藝，相比板料旋壓成型更加節(jié)省材料，加工效率更快。管旋需要定制一個專用的夾具，旋壓鋁件產(chǎn)品，用氣動夾具即可滿足要求，成本更低。旋壓鐵管和不銹鋼管時，需要液壓夾具，夾持力更大，裝夾更穩(wěn)定，但是成本更大。
③什么是無模旋壓
無模旋壓是指在旋壓成型過程，產(chǎn)品內(nèi)部并無模具支撐，無模旋壓應(yīng)用最常見的是管旋收口工藝，板旋有時考慮產(chǎn)品脫模也采用局部無模旋壓。
開始旋壓工藝之前，先用一種叫做圓盤剪的機器把金屬板坯切割成圓形。
集中全身的每一根神經(jīng)，邊移動兩腿交替承受體重邊用趕棒向坯料均衡施壓使其成形。
一邊調(diào)整趕棒支點的按鈕位置一邊用趕棒小心翼翼地進行操作。
在制作所里我們看到了如此巨大的模具，還看到了最里面的木制模具。
成型件中的大型衛(wèi)星天線
加工過程中需要多次根據(jù)敲擊金屬板坯時發(fā)出的聲音以及從“趕棒”處傳來的感覺，來判斷板坯是否依照模具完美成形。如果一下子用力過度會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢，所以大師級技工們在進行旋壓工藝時全身的每一根神經(jīng)都需高度集中，一邊用兩腿交替承受體重一邊用“趕棒”對板坯均勻施壓。
左：時而噴涂潤滑蠟，時而用趕棒對金屬板坯施壓使其瞬間成形
右：采用旋壓工藝將鉭金屬板坯塑形加工成坩堝的場景
“旋壓工藝”幾乎所有工序都采用手工作業(yè)，與沖壓機加工相比有什么不同嗎？
因為金屬具有彈性，變形后還是會恢復(fù)原狀。因此，即使試圖將坯料緊貼模具使其成形，也會因為金屬的這種特性導(dǎo)致輕微的成形不良。相比“旋壓工藝”的均衡施壓緩慢成形，沖壓機加工時坯料局部受力，所以這種傾向更為明顯。因此對成品精度要求很高的金屬加工來說只有“旋壓工藝”才能實現(xiàn)。此外，兩種工藝相比加工所需的模具數(shù)量也不同。沖壓機加工是將坯料夾在一對模具中間進行加工，所以永遠都需要成對的模具。而“旋壓工藝”只需一個模具就可以了，因而降低了模具成本。這就是為什么在樣品加工等少量生產(chǎn)上多采用“旋壓工藝”的原因。不過從生產(chǎn)性的角度來看，沖壓機加工更為有利。在對精度要求不那么高的大批量生產(chǎn)上，敝司也同時采用自動旋壓機和沖壓機進行加工。
“旋壓工藝”難在什么地方？
當(dāng)對厚度極薄的板坯（0.1mm左右）進行加工時，用“趕棒”輕輕一加壓就可能造成目標(biāo)位置以外部分的變形，因而作業(yè)必須慎之又慎。反之，有些材質(zhì)的金屬板坯厚度超過5mm時則需要加大力度。尤其是當(dāng)對又硬又厚的金屬板進行加工時，如果用“趕棒”施加很大的壓力，很可能會導(dǎo)致支撐“趕棒”的下端（杠桿的支點）破損，或者“趕棒”的尖頭部位因無法承受力道而損壞。此外，由于“旋壓工藝”是向金屬板均衡加壓使其延伸的加工工藝，僅用“趕棒”使金屬板塑形為又長又大的產(chǎn)品則需要極其高超的技術(shù)。旋壓工藝進行的操作需要憑感覺，所以成形產(chǎn)品顯露個性。無論是多么熟練的大師級技工，當(dāng)身體狀態(tài)不好時，都不可避免會對產(chǎn)品的成形效果產(chǎn)生影響。
聽說從事“旋壓工藝”的金屬加工廠很多，北嶋拉深制作所能脫穎而出的原因是什么呢？
我并不覺得我們的工作內(nèi)容有什么特別。只是很多其他公司不想或不愿承接的業(yè)務(wù)，敝司都率先進行了嘗試和挑戰(zhàn)。而且一旦承接下某項業(yè)務(wù)，不管有多么困難也一定會圓滿完成。以遵守交貨期為例，就算實際加工作業(yè)并不像接訂單時所想的程序那樣順利推進，敝司也絕不會延期交貨。有些新客戶會對我們提交的報價單上的昂貴價格表示驚訝。但是我們很自信向客戶提供的產(chǎn)品絕對具有與此相當(dāng)?shù)膬r值。實際上過去也遇到過向報價較低的同行下了訂單之后，卻又因產(chǎn)品質(zhì)量差而再次來敝司訂貨的客戶。另外，當(dāng)坯料材質(zhì)為稀有金屬時，不僅加工困難，而且材料成本高昂。一般的金屬加工廠會考慮加工失敗時的風(fēng)險而選擇放棄，而敝司為了積累經(jīng)驗總是很積極地承接此類業(yè)務(wù)。敝司沒有營銷人員，這是因為我們認為只要能生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的產(chǎn)品，產(chǎn)品本身就是最好的廣告。
最近在制造業(yè)常常聽到有人慨嘆后繼無人。
前陣子敝司資格最老的大師級技工退休了。但是他的技術(shù)傳給了20、30、40等各個年齡層的技工，可以說技術(shù)被很好的傳承了下來。敝司從來都沒有什么“旋壓加工”的作業(yè)手冊。因為很多細節(jié)都要靠人的感覺，無法用語言來進行說明。新員工都是在和前輩員工一起工作的過程中，學(xué)到了老員工的很多經(jīng)驗。從新員工到成為能獨當(dāng)一面的技工最少需要10年的時間。根據(jù)不同的金屬類型和形狀，施壓的方法也各不相同，只能通過在各種加工現(xiàn)場勤勤懇懇地工作、慢慢積累來掌握技術(shù)。
您在什么時候會感覺自己的工作很有價值?
“旋壓加工”是從思考如何才能制作出客戶所委托的產(chǎn)品形狀開始的。我們不但自己制作模具，所有的趕棒也是自己加工制作的。挑戰(zhàn)過去從沒有人做過的東西、和那些被認為是“旋壓工藝”條件下無法加工的產(chǎn)品都會讓人感到工作的價值。以前曾有客戶委托我們塑形加工頭部很細的飲料罐。雖然在“旋壓工藝”條件下可以進行成形加工，但因為模具的頭部直徑很小，成形后無法將板坯從模具上取下來成了一大問題。經(jīng)過反復(fù)試驗，為了讓產(chǎn)品成形后可以分解以便從模具上取下，我們采用預(yù)先將模具切割分段，成形加工時將模具連接起來使用的方法解決了這一問題。我們不僅僅滿足于“旋壓加工”技術(shù)，還致力于研究產(chǎn)品制造工藝，并對加工工具進行改良，用心體驗并享受“制作”這個過程本身。
北嶋拉深制作所的代表作品
九輪塔
八角堂擬寶珠 φ1700
澳大利亞墨爾本的掛鐘φ3500
長崎縣棒球場頭盔3950×2750×2800
據(jù)說在日本約有400家做旋壓加工的公司，他們的規(guī)模都在10人左右。雖然他們的規(guī)模都很小，然而旋壓加工也是用于制造小品種的機加工制品必不可少的技術(shù)之一。它也被認為是奠定日本精密制造業(yè)的基石之一。
圖片來源于JAXA，使用精密旋壓工藝制造的H-IIA 火箭鼻錐體
大阪（也是唯一）一家旋壓公司使用旋壓工藝制作鈸（樂器）
另一家在大阪的旋壓公司也用此工藝來制作藝術(shù)品，
上圖中的花瓶特意保留了旋壓工藝產(chǎn)生的紋路來凸顯金屬質(zhì)感。
來源: 日本科技觀察
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