筒形件强力旋压新技术--浮动芯模法

一、引言

金属的旋压成形是现代金属成形工业的一个重要的分枝。近几年来，随着板料成形技术的发展，旋压工艺也得到了很大的完善。先后出现剪切旋压、流动旋压、冷旋、热旋、差距旋压、对轮旋压等新技术。使筒形件、锥形件以及其它轴对称的零件，基本上都可以用旋压的方法来加工。

按传统的方法，对筒形件的加工一般采用芯模旋压成形。芯模旋压必须有一根与所旋工件相匹配的芯棒。为了保证所旋工件的质量，芯棒必须有足够的强度、刚度和表面质量。这样芯模的加工制造就非常的困难，有时需要进口，造成芯模的费用特别高。因此芯棒是芯模旋压中一个至关重要的零件，芯模的好坏，直接影响工件的质量。

传统的芯模旋压经常采用正旋和反旋两种方法，如图1所示。对于正旋，由于工件存在着扭曲变形问题，旋完后的工件放置一段时间，形状和尺寸会发生变化，严重影响工件的质量。为了解决这一问题，提出了对轮旋压工艺。就是把传统的芯棒换成旋轮，采用内外旋轮的结构，这在一定程度上解决了芯棒所带来的问题。不可否认，对轮旋压工艺虽然是一种先进的工艺，但内旋轮的安装，内外旋轮的调整都比较麻烦，在一定程度上限制了此工艺的应用。

图1

二、浮动芯模旋压

为了解决芯模旋压和对轮旋压所存在的弊端，提出了一种介于芯模旋压和对轮旋压之间的工艺，称为浮动芯模旋压，如图2所示。这种方法的原理仍然采用传统芯模旋压的理论，工件外径的成形采用旋轮，内径采用芯棒，这和传统的芯模旋压一样，但二者之间又有区别，浮动芯模旋压采用的芯棒长度尺寸比较短，同时在旋压过程中芯棒是随变形的进行而在浮动，省去了传统芯模旋压中芯棒必须和工件的长度相一致，以及芯棒安装固定的问题；浮动芯棒比较小，同时又在不停的运动，这和对轮旋压中的内旋轮的作用很一致，但比内旋轮的安装要容易的多。所以，浮动旋压是介于芯模旋压和对轮旋压之间的一种工艺。

图2
(a) 1.导轨 2.毛坯 3.浮动芯模 4.旋轮 5.卡盘
(b) 1.毛坯 2.旋轮 3.浮动芯模 4.卡盘

1.浮动芯模旋压结构分析

浮动芯模旋压的结构按工件尺寸的不同分两种形式：

(1)当工件的直径尺寸比较大时，相应的芯模直径也比较大，为了增加芯模的导向性，在芯模的中间加一根导向杆，如图2所示。由于在旋压过程中，多数采用三旋轮和多旋轮旋压，所以芯棒有自动定心作用，中间的导轨仅起到辅助导向的作用。虽然在结构上和传统的芯模旋压相似，但这时的导轨和芯模旋压中的芯棒所起的作用是不同的，这样导轨的加工制造、安装比芯模的加工制造、安装要简单的多，同时对导轨的强度、刚度以及表面的精度都要比芯模低的多。

当加工不同直径的管子时，导轨并不用更换，只更换相对应的浮动芯模就可以。由于芯模尺寸比较小，加工起来比较容易，可以根据管子的直径系列，事先做成相应的成系列的不同尺寸的芯模。这些芯模在一定尺寸范围内其导轨孔的尺寸可以相同，这样可以减少导轨的数目，通过这样的处理在加工不同尺寸的工件时，只需更换芯模就可以，缩短了整个周期。

(2)当加工工件的直径尺寸较小时，相应的芯模尺寸也比较小，这时芯模不用导向装置，完全靠自动定心，如图2b所示，这时所加工工件的长度原则上是不受限制的。

浮动芯模旋压时，旋轮只做旋转运动，并不沿轴向做直线运动；工件毛坯在机床所施加的拉力下做轴向运动。在旋压过程中，管子的已变形区始终承受一个轴向的拉应力，所以工件不会产生扭曲变形。

2.芯模的受力分析

芯模的受力如图3所示，在径向受压应力Q，Q值主要是由于旋轮挤压毛坯而引起的，在Q的作用下，毛坯的外径才能一次比一次小，管子的厚度才能变薄。

图3

芯模在轴向受摩擦力F1和轴肩所受到旋轮所施加的轴向推力F2，正是由于F2的作用，才能使芯模在旋压过程中不断向前运动，保持变形的连续性。而同时F1的作用使芯模和变形区的材料保持紧密的接触。否则芯模稍微脱离变形区，F2就迅速变为零，在F1的作用下，芯模只能又回到和变形区相接触，所以芯模不会向前脱离变形区；随着旋轮与芯模轴肩距离的减小，F2会迅速增大，而F1的值不变，当F2＞F1时，芯模就相对毛坯向前运动，直到F1＝F2为止，所以芯模也不会被旋轮越过。这样浮动芯模旋压才能稳定的进行下去。

三、结论

(1)浮动旋压方法从根本上解决了传统芯模旋压由于芯模的加工制造、安装难，以及费用高的问题。
(2)浮动旋压由于已变形区始终承受拉应力的作用，所以消除了工件的扭曲等质量问题。

参考文献
1徐洪烈.强力旋压技术.北京：国防工业出版社，1984.
2日本塑性加工学会.旋压成形技术.北京：机械工业出版社，1988.

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