旋压成形

出处：按学科分类—工业技术江苏科学技术出版社《铆工实用技术手册》第433页（6143字）

1．基本原理

旋压用以制造各种不同形状的旋转体零件，基本原理如图6－78所示。毛坯1用尾顶针5上的压块4紧紧地压在模胎2上，当主轴3旋转时，毛坯和模胎一起旋转。操作旋棒7对毛坯施加压力，同时旋棒又作纵向运动，开始旋棒与毛坯是一点接触，由于主轴旋转和旋棒向前运动，毛坯在旋棒的作用下，产生由点到线，由线到面的变形，逐渐地被赶向模胎，直到最后与模胎贴合为止。

图6－78 旋压原理图

1－毛坯；2－模胎；3－主轴；4－压块；5－尾顶针；6－支架；7－旋棒；8－助力臂

材料在旋压过程中，产生切向收缩和径向延伸，这一点可以通过如图6－79所示的实验得到验证。将一圆形毛坯，划出等距离的同心圆和由中心向外辐射的半径线，经旋压后，在零件的直筒部分的半径线，变成互相平行的母线，而各同心圆，变成与零件底相互平行的同心圆，圆与圆之间距离则有显着的增长，离开底面愈远则增长程度愈大。旋压前的扇形阴影区，经旋压变成一个长方形。

图6－79 毛坯上网格的变形

1－毛坯；2－零件

2．旋压工具及模具

(1)旋压工具及其用途

旋压用的工具主要是旋棒。旋棒可分为单臂式和双臂式，双臂式是由助力臂和主力臂组成，如图6－78所示，图中旋棒7即为主力臂。助力臂用销钉固定在旋压床的支架上，主力臂用销钉固定在助力臂上，助力臂绕支架转动，主力臂又绕助力臂转动。旋压时用手可同时操作两个旋棒运动。单臂式旋棒则仅有主力臂而无助力臂。双臂式比单臂式省力，灵活。

旋棒本身可分为头、尾两个部分，头部为工作部分，尾部是锥形，锥形用于锒木质手柄。旋棒工作部分有各种不同的形式，如图6－80所示，用于旋压不同形状的零件。

图6－80 旋棒的形式

图6－80所示各种旋棒的用途：

①钝头旋棒(图a)：旋压接触面积大，用于初旋成形。

②尖头旋棒(图b)：用于旋压凹槽、辗平等。

③舌形旋棒(图c)：用于内表面成形。

④球形旋棒(图d)：旋压时接触面积小，适用于表面要求精细的零件成形。

⑤弯头旋棒(图e)：用于内表面成形。

⑥刮刀(图f)：用于切割余料。

⑦滚轮旋棒(图g)：凸形的用于旋光表面或初旋成形，凹形的用于卷边；滚轮旋棒的滚轮部分在旋压过程中，受模胎的带动而旋转，这样就减少摩擦，操作时比较省力。滚轮圆角半径愈大，滚轮与毛坯接触面积也愈大，零件表面也就愈光滑，材料变薄较小，但操作费力。相反滚动圆角半径愈小，滚轮与毛坯接触面积愈小，赶料省力，但表面不光滑，易产生纹沟。目前工厂一般采用的滚轮尺寸如表6－20所示。

表6－20 滚轮直径及圆角半径

旋棒的材料：

①旋压铝件和铜件的旋棒，用工具钢制造，经淬火后表面抛光。

②旋压钢件和不锈钢件时，旋棒头部用青铜或磷青铜制造。

③滚轮一般用夹布胶木或工具钢制造。

(2)旋压模具

旋压模具的结构和材料取决于零件的形状、尺寸大小、材料及生产数量。

1)旋压模具结构

旋压模的外形应符合零件内表面的形状。模具表面要求光滑、硬度高、质量均匀、重量轻。对于大型模具要注意动平衡，转动时模具不能偏摆，因此重量不能偏心，必须以中心对称。

小型模具本身带有尾柄，如图6－81所示，旋压时用尾柄直接在旋压床上的主轴卡盘上夹紧固定。

图6－81 带尾柄的旋压模

图6－82所示为用螺纹固定在主轴上的旋压模。螺纹旋紧方向和主轴旋转方向相反，这样工作中越旋越紧，工作安全可靠。

图6－82 螺纹固定式旋压模

大型模具的结构及固定形式如图6－83所示，除了用主轴螺纹固定外，又从主轴箱穿入一个拉杆，拉杆一端用螺母固定在主轴尾部，另一端用螺母旋紧模胎，旋压时并用尾顶针顶住。大模胎不能做成实心，否则过重，转动后惯性太大，会引起机床振动，生产不安全，所以必须做成空心构架式结构。

图6－83 大型模具的结构及安装形式

1－模胎；2－压板；3－拉杆；4－螺母；5－主轴

对于形状较复杂的收口型零件，模具可采用分瓣组合式模胎，如图6－84所示。模胎本体是分瓣组合而成的，中间有心棒，用外套上的内螺纹固定。

图6－84 分瓣式模胎

1－模胎；2－心棒；3－外套

2)旋压模具材料

①木材。木质旋压模是经过人工干燥处理的枫木、白桦、白杨等，木质模价格便宜、制造方便、重量轻。在旋压过程中，木质受力变形和零件变薄程度较小，但旋压后零件精度低，同时木材吸湿性大，易变形，寿命短。在零件生产数量较少，产品要求不高时用木质制造旋压模。

②夹布胶木。夹布胶木的主要特点，就是能够克服木材结构的缺点，但价格比木材贵。

③铸铁。零件尺寸较大，数量多时采用铸铁旋压模。耐用，但笨重。表面易产生砂眼。

④铸钢。零件尺寸大，材料厚、强度比较大、精度要求比较高时采用铸钢旋压模。铸钢模耐用，旋用件精度高，但笨重；加工方便，但表面易产生砂眼。

⑤铸铝。加工容易，重量轻，但寿命较短。在生产数量较少，用木质模胎保证不了质量要求时，采用铸铝模胎。

一般情况下，旋压模较小，直接用钢棒料车削而成，大模胎采用铸铝、铸铁、铸钢。为了克服大模具外形加工的困难，可以在铸件表面浇铸一层环氧树脂，但这种模胎只能作最后赶光用，加工时表层易脱落，且难以保管，容易碰坏。

3．旋压设备

旋压床是主要的旋压设备，一般用车床改制而成。利用车床主轴带动旋压模和毛坯一起旋转，操纵旋棒进行旋压成形。

图6－85是液压半自动旋压床。主轴3通过调速手柄2可以调到所需转速，尾座6上的尾顶针在液压作动筒的带动下，可以左右移动，支架5上安装有旋压滚轮，它的纵横向运动是由纵横向液压作动筒来带动，横向作动筒在靠模控制下可以自动旋压。如图6－86所示，横向作动筒2的壳体和托板3及随动阀4三者连在一起，并在纵向作动筒1的壳体带动下作纵向移动。随动阀4的阀芯与靠模板5接触，并沿着靠模板表面滑动，阀芯的移动就可控制横向作动筒活塞两边的压力，使托板上的滚轮与模胎保持一定间隙，靠模板的外形与零件的外形一样，这样托板上的滚轮在纵、横向液压作动筒和随动系统的作用下，保持和模胎一定间隙运动。因而完全自动旋压工作。

图6－85 液压半自动旋压床

1－主轴箱；2－手柄；3－主轴；4－操纵盒；5－支架；6－尾座；7－床身；8－液压泵

图6－86 靠模工作原理

1－纵向进给作动筒；2－横向进给作动筒；3－托板；4－随动阀；5－靠模板

4．旋压操作方法

(1)毛坯的准备

旋压前除检查材料牌号、厚度、尺寸、表面质量外，主要是旋压零件展开图的形状和尺寸下料。旋压零件的展开毛坯可以按照拉延零件计算公式初步确定，即按面积相等的原则将零件展开为圆形，然后在直径方向加上切割余量，每道工序的切割余量约为10～15mm。

(2)模胎的安装

按零件选定模胎，先检查表面是否有碰伤，防止旋压时损伤零件。模胎安装在旋压床的主轴上，要检查模胎是否同心，旋转后是否产生偏摆。如果模胎安装不同心，有偏摆，在高速旋压下零件容易出废品。

(3)退火

零件在旋压过程中，材料变薄和冷作硬化程度比拉延时要大得多。因此，在旋压过程中，要根据零件硬化程度进行中间退火。退火时机全靠操作者的经验，材料硬化后，旋压费力，变形困难，这时就要退火。退火前如果零件有皱纹，要用木槌在规铁上敲平，这样对消除内应力有较好效果。

(4)润滑

旋压时旋棒与材料的剧烈摩擦，容易擦伤表面或摩擦生热而使零件变软，因此，旋压时必须润滑。常用的润滑剂为肥皂、黄油、蜂蜡、石蜡、机油等混合剂，在高温下用石墨或凡士林的混合油膏。

(5)旋压操作

旋压过程中，毛坯受旋棒的压力，一方面产生塑性变形，使局部毛坯贴合模胎，另一方面产生弹塑性变形，使毛坯弯曲。前者为旋压所必需的，因为只有使材料局部贴胎变形，沿旋转线由内向外地发展，以至遍及整个毛坯，才能完成毛坯的切向收缩，径向延伸，使平板料经过多次在锥形过渡形状而最后全部贴胎。后者因毛坯失去稳定性而起皱，这是旋压所要防止的。其次，在圆角部位，因毛坯离边缘较远，材料不易向里流动，零件成形全靠内缘材料的延伸，从而易使零件变薄，以至旋裂。

综上所述，旋压基本操作要领如图6－87所示。首先赶辗毛坯内缘，如图6－87(a)中0－0范围内，使这部分材料靠向模胎的底面圆角。为防止变薄或旋裂，要扩大赶辗区，由局部向圆角部位反复赶料至靠胎，如图中状态1所示。而后由内向外赶料，形成锥形，如图中状态2所示。这时毛坯形成锥形，稳定性较好。再赶辗锥形2的内缘由外向内赶料，使这段材料贴胎，如图中状态3所示。再由内向外赶料，形成锥形4，这样反复下去，最后使毛坯全部贴胎。为了提高表面光滑程度，在贴胎后，沿全部表面赶光。

图6－87 旋压过程

在旋压过程中，外缘不宜过多赶料，因为该处的稳定性差，用力过大，就会起皱。但在离开外缘较远处赶料，由于外缘刚性凸缘的牵制，仍比较稳定，可以旋加较大的压力加速材料流动。在赶料过程中，如果外缘不起皱，则内缘也不易起皱；如果开始不起皱，以后起皱的可能性也较小。旋压带凸缘的零件，如图6－87(b)所示，在圆角处材料容易变薄，旋压时沿箭头方向赶料。

图6－88是切边操作，图6－89是卷边操作，图6－90是缩口操作。