1 成形特征
強力旋壓又稱變薄旋壓,是在普通旋壓的基礎上發展起來的,其成形過程為:芯模帶動坯料旋轉,旋輪做進給運動,使毛坯連續地逐點變薄,并貼靠芯模而成為所需要的工件。旋輪的運動軌跡同樣由靠模或計算機程序控制。
變薄旋壓有剪切旋壓和流動旋壓兩大類。剪切旋壓成形異形件,流動旋壓成形筒形件,如圖6-6所示。
變薄旋壓工件因外形不同,可分為錐形件、筒形件及復合件。復合旋壓件由錐形段和筒形段組成。錐形件強力旋壓采用板坯或預制空心毛坯。筒形件強力旋壓采用短而厚、內徑基本不變的筒形毛坯。
變薄旋壓特點為:
(1)材料利用率高。與機加工相比,材料利用率可提高約10倍,加工工時降低近40%.
(2)產品質量好。旋壓后工件組織致密、纖維連續、晶粒細化、產品綜合性能高。
(3)由于工件是經旋輪逐點連續接觸旋壓成形,因此金屬具有更高、更好的工藝塑性,成形性好。
(4)對設備噸位要求較小,生產成本低,適用于中小批量的生產。
(5)模具磨損小、壽命長、費用低。與拉深成形同類制件相比,旋壓的模具費僅為拉深模具費的1/10左右。
變薄旋壓過程遵循體積不變原理,筒形件變薄旋壓時,變形前后的體積相等,公式表示為:
(Dm+δ0)δ0l0=(Dm+δf)δ0flf (6-1)
式中
Dm-芯模直徑,mm;
δ0,δf-變形前后的壁厚,mm;
L0,Lf-變形前后的長度,mm.
為計算簡化,式6-1可簡寫為:δ0L0=δfLf
錐形變薄旋壓即剪切旋壓,如圖6-6(a)所示,變形遵循正弦規律。
在平板旋壓時:
δf=δosina (6-2)
在預制坯旋壓時:
δ1/sinα1=δ2/sina2 (6-3)
式中
δo一坯料壁厚,同變形前的壁厚;
δ-成品壁厚或變形后的壁厚;
α-芯模半錐角;
δ1-預制坯壁厚;
α1-預制坯半錐角;
δ2-工件壁厚;
α2-工件預制坯半錐角。
2 工藝分類
變薄旋壓可從變形性質、工件形狀、旋輪與坯料相對運動方向、旋輪形狀與數量和旋壓溫度等分類主要類別如下。
按變形性質和工件形狀,變薄旋壓可分為錐形剪切旋壓和筒形流動旋壓。
按旋輪進給方向與坯料流動方向的異同,變薄旋壓可分為正向旋壓(正旋)與反向旋壓(反旋)。正旋指坯料的延伸方向與旋輪進給方向相同;反旋指坯料的延伸方向與旋輪進給方向相反。
按旋壓時加熱與否,變薄旋壓可分為冷旋和熱旋。按旋輪及芯模與毛坯的相對位置,變薄旋壓可分為外旋和內旋。內旋是管坯外有模環,旋輪置于管坯之內,旋輪與管坯相對轉動,相當于外旋時旋輪與坯料位置的相對調換,如圖6-7所示。
按旋壓工具不同,變薄旋壓又可分為旋輪旋壓和滾珠旋壓。滾珠旋壓如圖6-8所示。
按旋輪數量不同,變薄旋壓可分為單輪旋壓和多輪旋壓。
管材旋壓時可進行張力旋壓,即工件軸向的自由端施一張應力,張應力小于變形材料屈服強度。該工藝適宜長管旋壓,可消除變形失穩,提高管材平直度。
3 變形過程
變薄旋壓的變形過程可分為起旋、穩定旋壓和終旋三個階段。
起旋階段是從旋輪接觸毛坯旋至達到所要求的壁厚變薄率。該階段壁厚變薄率逐漸增大,旋壓力相應遞增,直至達到極大值。
旋輪旋壓毛坯達到所要求的壁厚變薄率后,旋壓變形進入穩定階段。該階段的旋壓力和變形區的應力狀態基本保持不變。
終旋階段是從距毛坯末端5倍毛坯厚度處開始至旋壓終了。該階段毛坯剛性顯著下降,旋壓件內徑擴大,旋壓力逐漸下降。
筒形件三個階段的旋壓狀態如圖6-9(a)所示,旋壓力變化曲線如圖6-9(b)所示。
錐形件起旋階段工藝參數選擇不當易產生局部彎曲,坯料凸緣產生褶皺。終旋階段旋輪靠近坯料邊緣時,凸緣易產生彎曲和傾斜,外層材料局部受拉應力易裂開。
4 變形區域
筒形件變薄旋壓分三個區域,即未成形區、成形區和已成形區。成形區即為變形區。三個區域如圖6-10(a)和圖6-10(b)所示。
錐形件剪切旋壓變形區域與筒形件變薄旋壓略有不同,板坯旋壓時,未成形區是法蘭凸緣,如圖6-10(c)所示。錐形件剪切旋壓多為正向旋壓,成形區由抗彎區和主變形區組成,如圖6-10(d)所示。