壓 力 加工月目 幾怕 加陰口手 工 旋 壓 成 形陜西航天動 力高科技股份公 司天 慶分公 司 西安 朱 顯旭 旋壓是將金屬板材或管材等毛坯制成各種形狀的旋轉對稱件 , 是一種 特殊 的塑性成形方法 , 是機械加工 的一種特殊類 型 , 廣泛用于機械 、 汽車 、 化工 、 航空航天 以及核工業 中產 品的制造 。 在 多品種小批量 的生產合理化 以及降低成本 中具有很高 的價值 。 普通旋壓 的原 理儼 術就是拉深旋壓 。 拉深旋壓與沖壓相似 , 但不用 沖頭而用芯模 不用 沖模而用滾輪 不用 沖床而用普通車床 。 由于靠滾輪的運動旋制工件 , 所 以與沖床上 的拉深相 比 , 其加工條件 自由度更大 , 能制 出很復雜的回轉對稱體 , 而且隨意性很大 。 下面我們 的圖 所示上罩為例加 以說明 。 其技術要求為 ①未 注公差按 。 ②保證 面平整 , 平板檢 測 不 漏 光 。 ③去 毛 刺 。 ④外 表 面 , 黑 色一 , 漆 一 必 沉孔 價 。 一價 沉孔價 今 子, 代 合, 峭 圖 滾輪結構示 意 圖滾刀 體 軸承 刀 架體支承心軸 將 一 塊 金 屬 圓 板 安裝 固 定 在 車 床 上 , 在 毛坯 隨 車 床 主 軸 旋 轉 的 同時 , 利 用 圖 所 示 的 滾輪 滾 輪 隨 旋 壓 方 式 不同而 有 不 同 形 狀 , 但 其安 裝 方 法 多 用 軸 向 固定式 緊 壓 其 表 面 排 壓 , 利 用 中滑 板 和 床鞍 控 制滾 輪 , 使 滾 輪 相 對 工 件沿 、 方 向作 復 合 運動 , 軌 跡 如 圖 所 示 。此 時 的 滾 輪 、 胎 具 和 工 件 之 間 的 運 動 關 系 是滾 輪 與 工 件 表 面 之 間 做摩擦 擠 壓 動 作 , 滾 輪 沿 、 方 向做復合軌跡運 動 另外 , 工件與車床胎具繞主軸做高速旋轉運 動 , 使工件逐漸變形 , 最后成形 為所需 的筒形 、 錐形及碟形等零件 。 圖 上罩材料為 軟狀態 。 毛坯尺寸為 協 。 滾 輪 參數 為 、 各一 把 用 于粗壓與整形 。 毛坯轉速為 。 加工順序如圖 所示 。毛坯 態 」 甲 曰口因 飛 —自芯棋 才 圖 工作原理示意 圖 長盤 胎具 工件 毛坯 后壓板活絡頂尖 滾輪具有代表性 的拉深旋壓 在加工 中用得最 多而且有代表性的旋壓成形技 義 局部放大 圖 拉深旋壓成形法 。 , 。 , 。, 四 壓 力 加工 幾抽 , 向加翔公 月 滾輪 的運 動進 給 比要適 中 , 板 材較薄易起皺 , 一次或少次拉深旋壓是不可能成功 的 。 為 了防止起皺 , 必須很小心地進行多道次拉深旋壓 , 否則會 因材料的加工硬化而引起凸沿部分的破裂 。 開始拉深的初期道次 的傾角 。 , 即鋁板 與芯模相切 的夾角 , 應該選得 適 當 , 每 道次變形進 給間距 也必須 適當 。 像這些每道次 的進給量 尸 與角度 。 、 , ? ? 、 沒有一個精 確 的數量 , 也 無普通 規 律 可循 , 只能是憑借操作者 的經驗來確定 , 這就是旋壓的難點所在 。 受力分析如 圖 所示 。 常見 的缺陷 , 也是工藝的重點 、 難點之處 。 總 結 分析旋壓成形過程 的影響因素 , 可 以總結出幾個注意方面及提高成 品率的方法 。 廠補 廠 ‘薰色 冬門 八 ” 琳卜如嶸‘ 性 、 一 萬 、‘二‘二召二‘二 二 二 乙 口 ’ 一 一漢人 衛去城 也習〕獷,川 ” 爹鞠 圖 受力分析 由圖 可 以看 出 , 旋壓 過程 中 , 即上罩
將平板毛坯或預先成型的毛坯固定到旋轉的芯模上，用旋輪對毛坯施加壓力，旋輪同時作軸向送進，經過一次或多次加工，得到各種薄壁空心回轉體制品的工藝方法（見圖）。旋壓時，旋輪和毛坯的接觸區很小，加工材料只局部發生塑性變形，變形抗力小，可用小噸位的設備加工大型的制品，是制造空心錐體、筒形件、半球體和薄壁管材等精密制品的有效方法。旋壓產品的精度高，機械性能好，尺寸范圍廣。旋壓的工具模具簡單、更換容易；就制造某些產品來說，生產成本比其他方法低。主要缺點是生產工時長，產量低，品種受到限制。適用于生產小批量、多品種的產品。
旋壓是一種古老的加工方法。早在10世紀初中國就使用旋壓方法制造錫器。20世紀以來，旋壓法在工業上得到了比較廣泛的應用，采用了旋壓機架液壓助力裝置和仿形裝置。目前，旋壓法主要用于加工鋁、銅及其合金，并且越來越多地用于加工鋼鐵和稀有金屬。旋壓產品有日常生活用具、化工容器、各種形狀的機器零件、航空器、火箭導彈及航天器的各種殼體部件等。
旋壓的分類
旋壓按金屬的變形特征可分為普通旋壓和強力旋壓。普通旋壓時，毛坯的壁厚和表面積基本不變，只改變毛坯的形狀（圖a）；這種方法多用于壓制各種薄壁的鋁、銅、不銹鋼等日用品，如燈罩、炊事用具及手工藝品。強力旋壓時，毛坯的形狀和厚度都發生變化，強力旋壓分錐形件強力旋壓和筒形件強力旋壓。錐形件強力旋壓時，金屬的移動符合正弦定律，是純剪切變形（圖b）；這種方法用于生產等壁厚和變壁厚的錐形件和半球形體件等。筒形件強力旋壓時，筒形毛坯的壁厚減小，長度增加，體積不變（圖c）;這種方法用于生產薄壁無縫管材、圓柱形的帶底容器和殼體等。旋壓按加工溫度分為冷旋壓、溫旋壓和熱旋壓，一般用冷旋壓。
旋壓機床
手工旋壓用的機床結構簡單，由床頭箱、尾頂座、床身和工具支持架組成。靠用人力控制工具的運動和對被旋壓的工件加力，機床的轉速可高達2800轉/分。新式的普通旋壓和強力旋壓機床的旋輪均以液壓驅動，并配備液壓仿形和數控系統。
中小型旋壓機床多為臥式，大型的多為立式。旋壓機床要求剛度好、功率大、精度高和通用性好。目前最大的旋壓機床可旋壓直徑6米的零件，旋輪壓力大到數百噸。除通用型外，還有各種專用旋壓機床（如封頭旋壓機），以及大量生產的旋壓生產線（如制造油桶和汽車輪箍）。
參考書目
陳適先：《強力旋壓及其應用》，國防工業出版社，北京，1966。
數控旋壓是建立在手工旋壓基礎上發展而來，工藝種類可分為普旋、強旋、收口、擴口、翻遍等，加工能力更廣泛，可按照每款產品的外形曲線特性定制工藝和設備，節省用料，提高生產效率，以下是數控旋壓基礎知識的簡介。
①什么是強力旋壓
強力旋壓相比普通旋壓對旋壓設備的剛性要求更大，成型過程中刀輪和模具的間隙小于料片實際的壁厚，料片除了受刀輪的拉伸力之外，還承受剪切擠壓力。擠壓力會使料片的內壁緊貼模具表面，最終產品內壁的表面質量和模具的表面接近，產品內壁直徑尺寸和模具尺寸接近；同時擠壓力能讓材料內部的晶粒細化，成型后產品的強度更好，硬度更大。
②什么是管旋
管旋的加工毛坯材料是薄壁管件，管旋有擴口、翻邊、收口旋壓等加工工藝，相比板料旋壓成型更加節省材料，加工效率更快。管旋需要定制一個專用的夾具，旋壓鋁件產品，用氣動夾具即可滿足要求，成本更低。旋壓鐵管和不銹鋼管時，需要液壓夾具，夾持力更大，裝夾更穩定，但是成本更大。
③什么是無模旋壓
無模旋壓是指在旋壓成型過程，產品內部并無模具支撐，無模旋壓應用最常見的是管旋收口工藝，板旋有時考慮產品脫模也采用局部無模旋壓。
開始旋壓工藝之前，先用一種叫做圓盤剪的機器把金屬板坯切割成圓形。
集中全身的每一根神經，邊移動兩腿交替承受體重邊用趕棒向坯料均衡施壓使其成形。
一邊調整趕棒支點的按鈕位置一邊用趕棒小心翼翼地進行操作。
在制作所里我們看到了如此巨大的模具，還看到了最里面的木制模具。
成型件中的大型衛星天線
加工過程中需要多次根據敲擊金屬板坯時發出的聲音以及從“趕棒”處傳來的感覺，來判斷板坯是否依照模具完美成形。如果一下子用力過度會導致產品報廢，所以大師級技工們在進行旋壓工藝時全身的每一根神經都需高度集中，一邊用兩腿交替承受體重一邊用“趕棒”對板坯均勻施壓。
左：時而噴涂潤滑蠟，時而用趕棒對金屬板坯施壓使其瞬間成形
右：采用旋壓工藝將鉭金屬板坯塑形加工成坩堝的場景
“旋壓工藝”幾乎所有工序都采用手工作業，與沖壓機加工相比有什么不同嗎？
因為金屬具有彈性，變形后還是會恢復原狀。因此，即使試圖將坯料緊貼模具使其成形，也會因為金屬的這種特性導致輕微的成形不良。相比“旋壓工藝”的均衡施壓緩慢成形，沖壓機加工時坯料局部受力，所以這種傾向更為明顯。因此對成品精度要求很高的金屬加工來說只有“旋壓工藝”才能實現。此外，兩種工藝相比加工所需的模具數量也不同。沖壓機加工是將坯料夾在一對模具中間進行加工，所以永遠都需要成對的模具。而“旋壓工藝”只需一個模具就可以了，因而降低了模具成本。這就是為什么在樣品加工等少量生產上多采用“旋壓工藝”的原因。不過從生產性的角度來看，沖壓機加工更為有利。在對精度要求不那么高的大批量生產上，敝司也同時采用自動旋壓機和沖壓機進行加工。
“旋壓工藝”難在什么地方？
當對厚度極薄的板坯（0.1mm左右）進行加工時，用“趕棒”輕輕一加壓就可能造成目標位置以外部分的變形，因而作業必須慎之又慎。反之，有些材質的金屬板坯厚度超過5mm時則需要加大力度。尤其是當對又硬又厚的金屬板進行加工時，如果用“趕棒”施加很大的壓力，很可能會導致支撐“趕棒”的下端（杠桿的支點）破損，或者“趕棒”的尖頭部位因無法承受力道而損壞。此外，由于“旋壓工藝”是向金屬板均衡加壓使其延伸的加工工藝，僅用“趕棒”使金屬板塑形為又長又大的產品則需要極其高超的技術。旋壓工藝進行的操作需要憑感覺，所以成形產品顯露個性。無論是多么熟練的大師級技工，當身體狀態不好時，都不可避免會對產品的成形效果產生影響。
聽說從事“旋壓工藝”的金屬加工廠很多，北嶋拉深制作所能脫穎而出的原因是什么呢？
我并不覺得我們的工作內容有什么特別。只是很多其他公司不想或不愿承接的業務，敝司都率先進行了嘗試和挑戰。而且一旦承接下某項業務，不管有多么困難也一定會圓滿完成。以遵守交貨期為例，就算實際加工作業并不像接訂單時所想的程序那樣順利推進，敝司也絕不會延期交貨。有些新客戶會對我們提交的報價單上的昂貴價格表示驚訝。但是我們很自信向客戶提供的產品絕對具有與此相當的價值。實際上過去也遇到過向報價較低的同行下了訂單之后，卻又因產品質量差而再次來敝司訂貨的客戶。另外，當坯料材質為稀有金屬時，不僅加工困難，而且材料成本高昂。一般的金屬加工廠會考慮加工失敗時的風險而選擇放棄，而敝司為了積累經驗總是很積極地承接此類業務。敝司沒有營銷人員，這是因為我們認為只要能生產出品質優良的產品，產品本身就是最好的廣告。
最近在制造業常常聽到有人慨嘆后繼無人。
前陣子敝司資格最老的大師級技工退休了。但是他的技術傳給了20、30、40等各個年齡層的技工，可以說技術被很好的傳承了下來。敝司從來都沒有什么“旋壓加工”的作業手冊。因為很多細節都要靠人的感覺，無法用語言來進行說明。新員工都是在和前輩員工一起工作的過程中，學到了老員工的很多經驗。從新員工到成為能獨當一面的技工最少需要10年的時間。根據不同的金屬類型和形狀，施壓的方法也各不相同，只能通過在各種加工現場勤勤懇懇地工作、慢慢積累來掌握技術。
您在什么時候會感覺自己的工作很有價值?
“旋壓加工”是從思考如何才能制作出客戶所委托的產品形狀開始的。我們不但自己制作模具，所有的趕棒也是自己加工制作的。挑戰過去從沒有人做過的東西、和那些被認為是“旋壓工藝”條件下無法加工的產品都會讓人感到工作的價值。以前曾有客戶委托我們塑形加工頭部很細的飲料罐。雖然在“旋壓工藝”條件下可以進行成形加工，但因為模具的頭部直徑很小，成形后無法將板坯從模具上取下來成了一大問題。經過反復試驗，為了讓產品成形后可以分解以便從模具上取下，我們采用預先將模具切割分段，成形加工時將模具連接起來使用的方法解決了這一問題。我們不僅僅滿足于“旋壓加工”技術，還致力于研究產品制造工藝，并對加工工具進行改良，用心體驗并享受“制作”這個過程本身。
北嶋拉深制作所的代表作品
九輪塔
八角堂擬寶珠 φ1700
澳大利亞墨爾本的掛鐘φ3500
長崎縣棒球場頭盔3950×2750×2800
據說在日本約有400家做旋壓加工的公司，他們的規模都在10人左右。雖然他們的規模都很小，然而旋壓加工也是用于制造小品種的機加工制品必不可少的技術之一。它也被認為是奠定日本精密制造業的基石之一。
圖片來源于JAXA，使用精密旋壓工藝制造的H-IIA 火箭鼻錐體
大阪（也是唯一）一家旋壓公司使用旋壓工藝制作鈸（樂器）
另一家在大阪的旋壓公司也用此工藝來制作藝術品，
上圖中的花瓶特意保留了旋壓工藝產生的紋路來凸顯金屬質感。
來源: 日本科技觀察
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