旋压成形工艺装备设计指南

1.旋压成形模具

旋压成形模具包括工作部分、与机床的连接配合部分、坯料定位及压紧部分。组合模制造复杂，装拆不便，分瓣组合模用于母线中部凹凸的轻型件。分段组合模用于母线中部凹陷的工件。

旋压成形模具包括整体模、偏心定位式局部模、内旋定位式局部模、随动局部模、分瓣式组合模及分段式组合模等，详见表7-18。

表7-18 旋压模具的类型

模具外形与工件内形基本相同，考虑工件的壁厚回弹和直径胀缩，模具直径尺寸可参考工件内径尺寸公差的中下限。

强力旋压模具的有效工作段较简单，其硬度、尺寸精度及表面粗糙度要求则较高。普通旋压模具的硬度和尺寸精度要求不及强力旋压模具，但有些模具形状比强力旋压模具复杂。

旋压模具要承受旋压力、尾顶力及弯矩和扭矩，因此应具有足够的强度、刚度和硬度。

旋压模具要求顶端圆角半径取（0.5-1.0）t₀，并有便于装坯料的锥角。旋压模具的空载径向圆跳动应不大于0.10mm。成形工件时，模具与坯料内表面接触，产生轴向滑动摩擦，因此模具工作表面宜精磨光滑，以减少轴向摩擦。

旋压成形高强度钢工件时，模具表面硬度应在58～62HRC范围，尤其是旋压大直径薄壁筒形件时，模具表面硬度不小于60HRC、淬硬层厚度应大于5.0mm才能满足旋压工艺要求。

强力旋压大直径筒形件时，模具设计为空心，壁厚为80～150mm。旋压强度低的铝合金材料，模具可采用铸造成形；旋压高强度金属材料，模具需锻造成形。此时，冷旋模具表面硬度需要大于55HRC，以保证筒形旋压筒件的内表面高质量。

2.旋轮

管材旋压时，旋轮与坯料之间的单位接触压力可高达1000～3500MPa，旋轮需整体淬硬。常用的旋轮材料为工具钢、高速钢、硬质合金，硬度达60～63HRC。热旋时，旋轮采用热模具钢，硬度大于55HRC。

根据机床不同，旋轮外径的范围Dρ为120～380mm。旋轮外径大，有助于限制坯料的横向流动及扩径，可选用较大的旋轮轴承，提高其寿命。旋轮空载径向圆跳动应为0.01～0.03mm。

单旋轮旋压时，于工件圆柱面上的变形区沿螺旋线纵向推进，不平衡的径向旋压力影响工件精度。因此，单旋轮旋压适宜薄壁、粗短件。双旋轮旋压可平衡径向旋压力，但是细长件仍易出现模具振动。

三旋轮均布受力最合理，优于三旋轮非均布。三旋轮旋压可增加坯料夹紧的可靠性，减少模具偏心，增加塑性区及有益于应力分布。旋压的旋轮的分布图如图7-10。(www.xing528.com)

三旋轮旋压时，不但径向力可互相平衡，而且变形区由点接触变为近似环形接触，在旋压成形过程中，工件圆柱面上的环形变形区沿螺旋线纵向前进，变形条件得以改善，工件的尺寸、形状及表面精度大大提高。

图7-10 旋压的旋轮分布图

a）单旋轮 b）双旋轮 c）三旋轮均布 d）三旋轮非均布

旋轮工作部分外形如图7-11所示。R型旋轮用于旋压延展性好的材料，以及筒形件。α型和h-α型旋轮用于旋压时，能避免旋轮前形成的隆起与堆积。成形角α_ρ过小易扩径，过大易失稳隆起，常选择的范围是15°～30°。圆角半径r_ρ≈（0.5～1.5）t₀，对于硬度高的材料取小值。

图7-11 旋轮工作部分外形图

a）R型旋轮 b）α型旋轮 c）h-α型旋轮

均布三旋轮旋压时，通常采用错距旋压，即旋轮互相之间沿径向或轴向错开一定的距离来成形零件。采用错距旋压，可以在一道次中完成非错距旋压时几道次完成的工作，使效率成倍提高，并可提高工件的直径精度，但总旋压力和主轴功率相应增大。

图7-12 错距旋压示意图

错距旋压有两种形式，一是径向错距，另一种是轴向错距，如图7-12所示。多数错距旋压两种形式同时采用。互成120°均匀分布的三个旋轮错距旋压时，三个旋轮径向错开一定距离，轴向也错开一定的距离，这相当于一道工序完成了三道工序的压下量。

采用错距旋压，道次变形率大，工序少，效率高，工艺流程短，工件的尺寸精度及形状精度及表面质量明显提高。

错距旋压在均布三轮旋压机上已获得广泛应用，在双旋轮旋压机上也可采用。坯料起旋处应预制与多旋轮工作相应的台阶。径向压下量的分配要使各旋轮受力大体相当。旋轮型面参数取：r_ρ1≥r_ρ2≥r_ρ3。