旋壓工藝裝備有旋壓工具、旋壓模、尾頂裝置、模板裝置、切割裝置、加熱裝置及輔助裝置等。普通旋壓與強力旋壓因變形程度不同,旋輪裝置有所區(qū)別;筒形件與異形件因形狀差異,旋壓模外形各異。
1 剪切旋壓
錐形件剪切旋壓工藝裝備如圖6-30所示,芯模外形取決于工件的內(nèi)形,旋輪形狀比筒形件變薄旋壓的旋輪簡單,以R型為主。錐形件剪切旋壓旋輪的圓角半徑比普通旋壓旋輪的圓角半徑小。
2 流動旋壓
筒形件變薄旋壓工藝裝備如圖6-31所示。與擠壓、拉深相比,變薄旋壓工藝裝備結(jié)構(gòu)簡單,容易制造,成本低廉,調(diào)整方便。
受設(shè)備條件限制,筒形件旋壓工藝裝備有立式、臥式之分。立式芯模長度受限,易對中,無需尾頂,不易正向旋壓。臥式設(shè)備可安裝較長芯模,正、反旋壓方便,需尾頂支撐配合。
3 芯模
芯模包括工作部分、與機床連接配合部分、坯料定位及壓緊部分。組合模制造復(fù)雜,裝拆不便。分瓣組合模用于母線中部凸凹的輕型件;分段組合模用于母線中部凹陷的工件。
旋壓芯模工作部分應(yīng)含名義段和支撐段,支撐段用于臥式旋壓無尾頂時。旋壓模頂端圓角半徑取(0.5~1.0)8.,并有便于裝坯料的錐角。旋壓芯模空載徑向跳動應(yīng)不大于0.01~0.10mm.
工件成形時,芯模與坯料內(nèi)表面接觸產(chǎn)生軸向滑動摩擦,芯模工作表面宜精磨光滑,以減少軸向摩擦。
強力旋壓芯模有效工作段較簡單,其硬度、尺寸精度及表面粗糙度則要求高。
普通旋壓芯模硬度和尺寸精度要求不及強力旋壓芯模,有些芯模形狀比強力旋壓芯模復(fù)雜。
芯模要承受旋壓力、尾頂力以及彎矩和扭矩,因此應(yīng)具有足夠的強度、剛度和硬度。筒形件旋壓芯模實例如圖6-32所示。
旋壓芯模包括整體模、偏心局部模、內(nèi)旋局部模、隨動局部模、分瓣旋壓模及分段旋壓模等。不同種類旋壓芯模如圖6-33所示。
芯模外形與工件內(nèi)形基本相同,考慮工件的壁厚回彈和直徑脹縮,芯模直徑尺寸可參考工件內(nèi)徑公差的中下限。變薄旋壓時,工件直徑小于Φ1000mm,芯模直徑可比工件內(nèi)徑小0.2~0.5mm;工件內(nèi)徑大于φ1000mm,芯模直徑比工件內(nèi)徑小0.5~0.8mm.具體數(shù)值要視旋壓材料強度而定,如材料強度高則選上限,因為要充分考慮工件的回彈量,反之選下限。
芯模表面粗糙度決定工件內(nèi)表質(zhì)量,芯模表面粗糙度R.一般可達0.8μm.高強度鋼工件旋壓成形時,芯模表面硬度應(yīng)在HRC58~62范圍,尤其是大直徑薄壁筒形件旋壓,芯模表面硬度HRC不小于60時,淬硬層應(yīng)大于5.0mm,這樣才能滿足旋壓工藝要求。
大直徑筒體變薄旋壓時,芯模設(shè)計為空心,壁厚為80~150mm.旋壓強度低的鋁合金材料,芯模可采用鑄造成形。旋壓高強度金屬材料,芯模需鍛造成形。此時,冷旋芯模表面硬度需大于HRC55,以保證旋壓筒體內(nèi)表高質(zhì)量。
4 旋輪
管材旋壓時旋輪與坯料間單位接觸壓力可高達1000~3500 MPa,旋輪需整體淬硬。常用材料為工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金,硬度達HRC60~63.熱旋旋輪采用熱模具鋼,硬度大于HRC55.
根據(jù)機床不同,旋輪外徑的范圍D.為120~380mm.旋輪外徑大,有助于限制坯料橫向流動及擴徑,可選用較大的旋輪軸承,提高其壽命。旋輪空載徑向跳動應(yīng)在0.01~0.02mm之間。
單輪旋壓時,相當(dāng)于變形區(qū)在工件圓柱面上沿螺旋線縱向推進,不平衡的徑向力影響工件精度。因此,單旋輪工作適宜薄壁、粗短件。雙旋輪旋壓可平衡徑向旋壓力,但是細長件仍易出現(xiàn)芯模振動。
三旋輪均布受力最合理,三旋輪均布優(yōu)于三旋輪非均布。三旋輪旋壓增加坯料夾緊的可靠性,減少模具偏心,增加塑性區(qū)及有益于應(yīng)力分布。旋輪不同排列如圖6-34所示。三旋輪旋壓時,不但徑向力可互相平衡,而且變形區(qū)由點接觸變?yōu)榻骗h(huán)形。在旋壓成形時,環(huán)形變形區(qū)在工件圓柱面上沿螺旋線縱向前進,變形條件得以改善,工件的尺寸、形狀及表面精度大為提高。
旋輪工作部分外形如圖6-35所示。R型旋輪用于旋壓延性好的材料以及筒形件。α型和h-α型能避免旋輪前形成的隆起與堆積。成形角過小易擴徑,過大易失穩(wěn)隆起,常選擇的范圍是15°~30°.圓角半徑rp≈(0.5~1.5)δ0,硬材料取小值。
錯距旋壓通常是在均布三旋輪旋壓時,旋輪相互間沿徑向和軸向錯開一定距離而成形零件的方法。錯距旋壓可以在一道次中完成通常幾道次完成的工作,使工效成倍提高,并可提高工件直徑精度,但總旋壓力和主軸功率則相應(yīng)增大。
錯距旋壓有兩種形式,一是徑向錯距,二是軸向錯距,如圖6-36所示。多數(shù)錯距旋壓兩種形式同時采用。120°均勻分布的三個旋輪錯距旋壓時,1、2、3三個旋輪徑向錯開一定距離,軸向也錯開一定距離,三個旋輪錯距后相當(dāng)于一道工序完成了三道工序的壓下量。三個旋輪錯距旋壓不但可以保持徑向力的平衡,而且可利用三個旋輪錯距量的互相搭配創(chuàng)造一個良好的變形區(qū),從而提高變形量和工件的尺寸精度。
采用錯距旋壓道次變形率大,工序少,效率高,工藝流程短。錯距旋壓工件的尺寸、形狀、表面質(zhì)量明顯提高。
錯距旋壓過程在均布三旋輪旋壓機上已獲得廣泛應(yīng)用,在雙旋輪旋壓機上也可采用。坯料起旋處應(yīng)預(yù)制與多旋輪工作相應(yīng)的臺階。徑向壓下量的分配要使各旋輪受力大體相當(dāng)。旋輪型面參數(shù)取:
rp1≥r2≥rp3.
按1、2、3先后順序排列的旋輪號錯距量盡量小,但不使后輪成形面越過前輪,如圖6-37所示。
旋輪裝置由旋輪、旋輪架、軸承等部分組成,有些旋壓機的后兩部分已構(gòu)成機床本體的一部分。根據(jù)不同工件的要求,可設(shè)計一些專用的旋輪裝置和旋輪。
旋輪架安裝在旋輪座上并將機床作用力傳遞到旋輪上,使工件產(chǎn)生塑性變形。旋輪架有單臂式和叉式之分,單臂式便于更換旋輪,叉式剛性較強。旋輪架又有整體式和組合式之分,其設(shè)計應(yīng)考慮不得與工件、尾頂發(fā)生干涉,材料可選用碳素結(jié)構(gòu)鋼。不同結(jié)構(gòu)形式的旋輪裝置如圖6-38所示。
5 尾頂
尾頂裝置使芯模多一支點,增加系統(tǒng)剛性,正旋時夾緊坯料防止其與芯模相對轉(zhuǎn)動。尾頂裝置的材料可采用鑄鐵或碳鋼。典型尾頂如圖6-39所示。
6 加熱
加熱旋壓的主要方法有火焰加熱、電阻加熱、高頻和中頻大電流加熱以及輻射加熱等。加熱要迅速,并能夠?qū)崿F(xiàn)局部加熱或大面積均勻加熱。在機床上加熱坯料便于在熱旋過程中有效調(diào)節(jié)和控制旋壓所需的溫度。
大直徑厚壁鋁筒用液化石油氣火焰加熱旋壓,成形效果很好,選擇高質(zhì)量柴油加熱,其加熱溫度約達500℃.在熱旋高強度合
金時,可采用氧乙炔火焰加熱,工件加熱溫度可達700~800℃.熱旋高強鈦合金可采用液化石油氣預(yù)熱芯模和坯料,用氧乙炔火焰加熱旋壓,芯模大面積保溫,坯料短時升溫,適合熱旋開坯。
測溫可采用紅外測溫儀,還可設(shè)置具有測溫、反饋、調(diào)節(jié)、控溫功能的自動溫度控制系統(tǒng)。
加熱旋壓時,對機床、旋輪和芯模的軸承要備有熱防護措施以及冷卻系統(tǒng),軸承要用高溫油潤滑,保證潤滑效果。
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