压 力 加工月目 几怕 加阴口手 工 旋 压 成 形陕西航天动 力高科技股份公 司天 庆分公 司 西安 朱 显旭 旋压是将金属板材或管材等毛坯制成各种形状的旋转对称件 , 是一种 特殊 的塑性成形方法 , 是机械加工 的一种特殊类 型 , 广泛用于机械 、 汽车 、 化工 、 航空航天 以及核工业 中产 品的制造 。 在 多品种小批量 的生产合理化 以及降低成本 中具有很高 的价值 。 普通旋压 的原 理俨 术就是拉深旋压 。 拉深旋压与冲压相似 , 但不用 冲头而用芯模 不用 冲模而用滚轮 不用 冲床而用普通车床 。 由于靠滚轮的运动旋制工件 , 所 以与冲床上 的拉深相 比 , 其加工条件 自由度更大 , 能制 出很复杂的回转对称体 , 而且随意性很大 。 下面我们 的图 所示上罩为例加 以说明 。 其技术要求为 ①未 注公差按 。 ②保证 面平整 , 平板检 测 不 漏 光 。 ③去 毛 刺 。 ④外 表 面 , 黑 色一 , 漆 一 必 沉孔 价 。 一价 沉孔价 今 子, 代 合, 峭 图 滚轮结构示 意 图滚刀 体 轴承 刀 架体支承心轴 将 一 块 金 属 圆 板 安装 固 定 在 车 床 上 , 在 毛坯 随 车 床 主 轴 旋 转 的 同时 , 利 用 图 所 示 的 滚轮 滚 轮 随 旋 压 方 式 不同而 有 不 同 形 状 , 但 其安 装 方 法 多 用 轴 向 固定式 紧 压 其 表 面 排 压 , 利 用 中滑 板 和 床鞍 控 制滚 轮 , 使 滚 轮 相 对 工 件沿 、 方 向作 复 合 运动 , 轨 迹 如 图 所 示 。此 时 的 滚 轮 、 胎 具 和 工 件 之 间 的 运 动 关 系 是滚 轮 与 工 件 表 面 之 间 做摩擦 挤 压 动 作 , 滚 轮 沿 、 方 向做复合轨迹运 动 另外 , 工件与车床胎具绕主轴做高速旋转运 动 , 使工件逐渐变形 , 最后成形 为所需 的筒形 、 锥形及碟形等零件 。 图 上罩材料为 软状态 。 毛坯尺寸为 协 。 滚 轮 参数 为 、 各一 把 用 于粗压与整形 。 毛坯转速为 。 加工顺序如图 所示 。毛坯 态 」 甲 曰口因 飞 —自芯棋 才 图 工作原理示意 图 长盘 胎具 工件 毛坯 后压板活络顶尖 滚轮具有代表性 的拉深旋压 在加工 中用得最 多而且有代表性的旋压成形技 义 局部放大 图 拉深旋压成形法 。 , 。 , 。, 四 压 力 加工 几抽 , 向加翔公 月 滚轮 的运 动进 给 比要适 中 , 板 材较薄易起皱 , 一次或少次拉深旋压是不可能成功 的 。 为 了防止起皱 , 必须很小心地进行多道次拉深旋压 , 否则会 因材料的加工硬化而引起凸沿部分的破裂 。 开始拉深的初期道次 的倾角 。 , 即铝板 与芯模相切 的夹角 , 应该选得 适 当 , 每 道次变形进 给间距 也必须 适当 。 像这些每道次 的进给量 尸 与角度 。 、 , ? ? 、 没有一个精 确 的数量 , 也 无普通 规 律 可循 , 只能是凭借操作者 的经验来确定 , 这就是旋压的难点所在 。 受力分析如 图 所示 。 常见 的缺陷 , 也是工艺的重点 、 难点之处 。 总 结 分析旋压成形过程 的影响因素 , 可 以总结出几个注意方面及提高成 品率的方法 。 厂补 厂 ‘薰色 冬门 八 ” 琳卜如嵘‘ 性 、 一 万 、‘二‘二召二‘二 二 二 乙 口 ’ 一 一汉人 卫去城 也习〕犷,川 ” 爹鞠 图 受力分析 由图 可 以看 出 , 旋压 过程 中 , 即上罩
将平板毛坯或预先成型的毛坯固定到旋转的芯模上，用旋轮对毛坯施加压力，旋轮同时作轴向送进，经过一次或多次加工，得到各种薄壁空心回转体制品的工艺方法（见图）。旋压时，旋轮和毛坯的接触区很小，加工材料只局部发生塑性变形，变形抗力小，可用小吨位的设备加工大型的制品，是制造空心锥体、筒形件、半球体和薄壁管材等精密制品的有效方法。旋压产品的精度高，机械性能好，尺寸范围广。旋压的工具模具简单、更换容易；就制造某些产品来说，生产成本比其他方法低。主要缺点是生产工时长，产量低，品种受到限制。适用于生产小批量、多品种的产品。
旋压是一种古老的加工方法。早在10世纪初中国就使用旋压方法制造锡器。20世纪以来，旋压法在工业上得到了比较广泛的应用，采用了旋压机架液压助力装置和仿形装置。目前，旋压法主要用于加工铝、铜及其合金，并且越来越多地用于加工钢铁和稀有金属。旋压产品有日常生活用具、化工容器、各种形状的机器零件、航空器、火箭导弹及航天器的各种壳体部件等。
旋压的分类
旋压按金属的变形特征可分为普通旋压和强力旋压。普通旋压时，毛坯的壁厚和表面积基本不变，只改变毛坯的形状（图a）；这种方法多用于压制各种薄壁的铝、铜、不锈钢等日用品，如灯罩、炊事用具及手工艺品。强力旋压时，毛坯的形状和厚度都发生变化，强力旋压分锥形件强力旋压和筒形件强力旋压。锥形件强力旋压时，金属的移动符合正弦定律，是纯剪切变形（图b）；这种方法用于生产等壁厚和变壁厚的锥形件和半球形体件等。筒形件强力旋压时，筒形毛坯的壁厚减小，长度增加，体积不变（图c）;这种方法用于生产薄壁无缝管材、圆柱形的带底容器和壳体等。旋压按加工温度分为冷旋压、温旋压和热旋压，一般用冷旋压。
旋压机床
手工旋压用的机床结构简单，由床头箱、尾顶座、床身和工具支持架组成。靠用人力控制工具的运动和对被旋压的工件加力，机床的转速可高达2800转/分。新式的普通旋压和强力旋压机床的旋轮均以液压驱动，并配备液压仿形和数控系统。
中小型旋压机床多为卧式，大型的多为立式。旋压机床要求刚度好、功率大、精度高和通用性好。目前最大的旋压机床可旋压直径6米的零件，旋轮压力大到数百吨。除通用型外，还有各种专用旋压机床（如封头旋压机），以及大量生产的旋压生产线（如制造油桶和汽车轮箍）。
参考书目
陈适先：《强力旋压及其应用》，国防工业出版社，北京，1966。
数控旋压是建立在手工旋压基础上发展而来，工艺种类可分为普旋、强旋、收口、扩口、翻遍等，加工能力更广泛，可按照每款产品的外形曲线特性定制工艺和设备，节省用料，提高生产效率，以下是数控旋压基础知识的简介。
①什么是强力旋压
强力旋压相比普通旋压对旋压设备的刚性要求更大，成型过程中刀轮和模具的间隙小于料片实际的壁厚，料片除了受刀轮的拉伸力之外，还承受剪切挤压力。挤压力会使料片的内壁紧贴模具表面，最终产品内壁的表面质量和模具的表面接近，产品内壁直径尺寸和模具尺寸接近；同时挤压力能让材料内部的晶粒细化，成型后产品的强度更好，硬度更大。
②什么是管旋
管旋的加工毛坯材料是薄壁管件，管旋有扩口、翻边、收口旋压等加工工艺，相比板料旋压成型更加节省材料，加工效率更快。管旋需要定制一个专用的夹具，旋压铝件产品，用气动夹具即可满足要求，成本更低。旋压铁管和不锈钢管时，需要液压夹具，夹持力更大，装夹更稳定，但是成本更大。
③什么是无模旋压
无模旋压是指在旋压成型过程，产品内部并无模具支撑，无模旋压应用最常见的是管旋收口工艺，板旋有时考虑产品脱模也采用局部无模旋压。
开始旋压工艺之前，先用一种叫做圆盘剪的机器把金属板坯切割成圆形。
集中全身的每一根神经，边移动两腿交替承受体重边用赶棒向坯料均衡施压使其成形。
一边调整赶棒支点的按钮位置一边用赶棒小心翼翼地进行操作。
在制作所里我们看到了如此巨大的模具，还看到了最里面的木制模具。
成型件中的大型卫星天线
加工过程中需要多次根据敲击金属板坯时发出的声音以及从“赶棒”处传来的感觉，来判断板坯是否依照模具完美成形。如果一下子用力过度会导致产品报废，所以大师级技工们在进行旋压工艺时全身的每一根神经都需高度集中，一边用两腿交替承受体重一边用“赶棒”对板坯均匀施压。
左：时而喷涂润滑蜡，时而用赶棒对金属板坯施压使其瞬间成形
右：采用旋压工艺将钽金属板坯塑形加工成坩埚的场景
“旋压工艺”几乎所有工序都采用手工作业，与冲压机加工相比有什么不同吗？
因为金属具有弹性，变形后还是会恢复原状。因此，即使试图将坯料紧贴模具使其成形，也会因为金属的这种特性导致轻微的成形不良。相比“旋压工艺”的均衡施压缓慢成形，冲压机加工时坯料局部受力，所以这种倾向更为明显。因此对成品精度要求很高的金属加工来说只有“旋压工艺”才能实现。此外，两种工艺相比加工所需的模具数量也不同。冲压机加工是将坯料夹在一对模具中间进行加工，所以永远都需要成对的模具。而“旋压工艺”只需一个模具就可以了，因而降低了模具成本。这就是为什么在样品加工等少量生产上多采用“旋压工艺”的原因。不过从生产性的角度来看，冲压机加工更为有利。在对精度要求不那么高的大批量生产上，敝司也同时采用自动旋压机和冲压机进行加工。
“旋压工艺”难在什么地方？
当对厚度极薄的板坯（0.1mm左右）进行加工时，用“赶棒”轻轻一加压就可能造成目标位置以外部分的变形，因而作业必须慎之又慎。反之，有些材质的金属板坯厚度超过5mm时则需要加大力度。尤其是当对又硬又厚的金属板进行加工时，如果用“赶棒”施加很大的压力，很可能会导致支撑“赶棒”的下端（杠杆的支点）破损，或者“赶棒”的尖头部位因无法承受力道而损坏。此外，由于“旋压工艺”是向金属板均衡加压使其延伸的加工工艺，仅用“赶棒”使金属板塑形为又长又大的产品则需要极其高超的技术。旋压工艺进行的操作需要凭感觉，所以成形产品显露个性。无论是多么熟练的大师级技工，当身体状态不好时，都不可避免会对产品的成形效果产生影响。
听说从事“旋压工艺”的金属加工厂很多，北嶋拉深制作所能脱颖而出的原因是什么呢？
我并不觉得我们的工作内容有什么特别。只是很多其他公司不想或不愿承接的业务，敝司都率先进行了尝试和挑战。而且一旦承接下某项业务，不管有多么困难也一定会圆满完成。以遵守交货期为例，就算实际加工作业并不像接订单时所想的程序那样顺利推进，敝司也绝不会延期交货。有些新客户会对我们提交的报价单上的昂贵价格表示惊讶。但是我们很自信向客户提供的产品绝对具有与此相当的价值。实际上过去也遇到过向报价较低的同行下了订单之后，却又因产品质量差而再次来敝司订货的客户。另外，当坯料材质为稀有金属时，不仅加工困难，而且材料成本高昂。一般的金属加工厂会考虑加工失败时的风险而选择放弃，而敝司为了积累经验总是很积极地承接此类业务。敝司没有营销人员，这是因为我们认为只要能生产出品质优良的产品，产品本身就是最好的广告。
最近在制造业常常听到有人慨叹后继无人。
前阵子敝司资格最老的大师级技工退休了。但是他的技术传给了20、30、40等各个年龄层的技工，可以说技术被很好的传承了下来。敝司从来都没有什么“旋压加工”的作业手册。因为很多细节都要靠人的感觉，无法用语言来进行说明。新员工都是在和前辈员工一起工作的过程中，学到了老员工的很多经验。从新员工到成为能独当一面的技工最少需要10年的时间。根据不同的金属类型和形状，施压的方法也各不相同，只能通过在各种加工现场勤勤恳恳地工作、慢慢积累来掌握技术。
您在什么时候会感觉自己的工作很有价值?
“旋压加工”是从思考如何才能制作出客户所委托的产品形状开始的。我们不但自己制作模具，所有的赶棒也是自己加工制作的。挑战过去从没有人做过的东西、和那些被认为是“旋压工艺”条件下无法加工的产品都会让人感到工作的价值。以前曾有客户委托我们塑形加工头部很细的饮料罐。虽然在“旋压工艺”条件下可以进行成形加工，但因为模具的头部直径很小，成形后无法将板坯从模具上取下来成了一大问题。经过反复试验，为了让产品成形后可以分解以便从模具上取下，我们采用预先将模具切割分段，成形加工时将模具连接起来使用的方法解决了这一问题。我们不仅仅满足于“旋压加工”技术，还致力于研究产品制造工艺，并对加工工具进行改良，用心体验并享受“制作”这个过程本身。
北嶋拉深制作所的代表作品
九轮塔
八角堂擬宝珠 φ1700
澳大利亚墨尔本的挂钟φ3500
长崎县棒球场头盔3950×2750×2800
据说在日本约有400家做旋压加工的公司，他们的规模都在10人左右。虽然他们的规模都很小，然而旋压加工也是用于制造小品种的机加工制品必不可少的技术之一。它也被认为是奠定日本精密制造业的基石之一。
图片来源于JAXA，使用精密旋压工艺制造的H-IIA 火箭鼻锥体
大阪（也是唯一）一家旋压公司使用旋压工艺制作钹（乐器）
另一家在大阪的旋压公司也用此工艺来制作艺术品，
上图中的花瓶特意保留了旋压工艺产生的纹路来凸显金属质感。
来源: 日本科技观察
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