国之重器加工人不可不知的旋压成形

如果说到旋压成形技术你并没有直观认识的话,那你可以想象一下陶艺制作时给陶器塑形的画面:飞速转动的拉坯机上,一团黏土在陶艺工人手中不断变换形状。旋压成形的原理其实和这种古老的工艺一样,只不过前者用在金属上,后者用在黏土上。

旋压成形技术凭借优良的加工特性,一直都是军工及航空航天等高精尖领域不可或缺的工艺。如今随着技术的完善,旋压技术也正在制造业的其他领域发挥着越来越大的作用。

旋压成形技术

旋压成形技术是借助于旋轮等工具的进给运动,将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上,由主轴带动芯棒和坯料旋转,同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上,使材料产生逐点连续的塑性变形,从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。

旋压成形原理示意图

强力旋压作为塑性加工中的一种新工艺,在生产薄壁高精度回转体零件方面具有明显优势:

(1)旋压成形后材料的强度和硬度比母材提高了约35%~45%,因此旋压技术能有效地减小零件的设计壁厚、减轻重量,其疲劳性能也能显著提高;

(2)旋压是局部连续性加工,瞬间的变形区小,所需总的变形力较小,加工设备要求简单,模具费用低;

(3)旋压属于无切削加工工艺,材料利用率高,有利于降低生产成本;

(4)旋压成形零件的尺寸公差和形位公差较小;

(5)旋压属于轴向拉延成形,变形区材料处于二向或者三向压应力状态,因而可以达到较高的变形程度。

旋压成形技术应用

旋压成形技术在成形壁薄、质轻、高强度、高精度、良好的抗疲劳性能的回转体零部件上的工艺优势不可替代。正是基于众多的优点,特别是强力旋压后零件的强度、硬度和抗疲劳性能的提高,旋压技术在汽车、军工、航空航天领域的零部件制造中得到了广泛应用。

目前可用于旋压成形的材料包括铝合金、镁合金、钛合金、铜合金、低碳钢、高温合金、马氏体时效钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢等。

汽车零部件制造

在汽车行业,轮毂制造是旋压成形技术重要的应用领域。作为轮毂制造的三种主要工艺之一,旋压技术加工的轮毂综合了锻造、挤压、拉伸、横轧、轧制等各种技术特点,具有质量好、柔性高、轻量化、刚性强等多项优点。旋压成形的轮毂不仅使加工量减少更为节省材料,并且能够保持金属的致密性和轮毂的动平衡。此外,旋压轮毂在具有足够刚度的同时,能更方便的控制轮毂的壁厚,让重量更轻。如同尺寸的铝合金旋压轮毂和铸造轮毂,前者的重量可减少15%。

航空零部件制造

旋压成形技术已经在航空航天制造领域取得了广泛应用。比如航空发动机方面,螺旋桨桨帽、机匣、唇口、进气锥、喷管、喷口等都部分采用旋压成形工艺。这类零部件材料特殊、尺寸偏大,采用旋压成形工艺后,提高了结构部件的整体性,减少了焊缝和零件变形,减少了手工校形的工作量,更重要的是,由于旋压后材料强度增加,可以降低零件的设计壁厚,从而降低整机的重量,提高了整机的可靠性。

此外在飞机制造中,各种机头罩、副油箱、进气道、气瓶、拉杆、滑轨、作动筒都已经采用旋压成形。

旋压成形零件在飞机制造中的应用

军工航天零件制造

大型数控强力旋压机是航空航天领域大型薄壁回转体金属结构制造的必备装备,具备高精度、重型机床高刚度和高载荷等特点。主要满足航空、航天、船舶、核工业、化工等行业大型薄壁回转体零件的制造。

目前,旋压技术,尤其是强力旋压技术常用于加工导弹壳体、端盖、贮箱封头、鼻锥体、喷管、压力容器的各种球形或圆柱形气瓶、管件以及航空发动机喷口、燃烧室锥体、整流罩、压气机盘和涡轮轴等零件。

此前,美国航空航天局(NASA)与洛克希德马丁公司合作,利用搅拌摩擦焊和旋压成形组合技术研制出了直径达5.5m,深度达1.6m的铝锂合金火箭液体燃料罐圆顶。日本运载火箭的顶部零件也采用了旋压成形技术。

使用精密旋压技术制造的H2A火箭鼻锥体

我国旋压技术向领先水平看齐

经过几十年的发展,国外的金属旋压技术已非常成熟,美国、德国、西班牙等都拥有世界一流的旋压技术,这些国家的旋压机已实现专业化、系列化且性能稳定、操作方便。虽然起步较晚,但进入新世纪后我国的旋压技术有了长足的进步。这里就不能不提到旋压领域的国产明星企业——广东博赛数控机床有限公司。广东博赛数控成立于上世纪90年代,目前已成为亚洲规模最大的旋压机研发制造企业,产量在国内也位居第一。目前海外市场已占到博赛数控业务的一半,产品销往全球四十多个国家和地区。

博赛卧式双滑台强力数控旋压机

博赛近年研发的立式旋压机、卧式双滑台强力数控旋压机,都为同类产品中的亚洲之最。这几型旋压机均采用先进的数控技术、液压系统及控制系统,推力大、精度高,突破了高温合金、钛等有色难熔金属的旋压制品的形成工艺难题,大大提高我国金属旋压成型能力,填补了我国在大型金属旋压重大装备方面的空白,打破了国外的技术壁垒,有效解决我国军用特种旋压制品的生产问题。

如今我国已经突破技术发展的瓶颈,旋压技术已进入稳步发展的阶段。随着旋压技术应用范围的不断拓展,更高的加工效率、更好的与其他加工工艺结合成为当前行业的新要求。相信经过不断向多功能、柔性化、专业化、自动化、系列化的方向发展,旋压技术将为中国制造业带来更多惊喜。




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