3-24  曲面薄壁异形件的旋压成形工艺

李亚非

针对某曲面薄壁异形件的旋压加工，采用强旋、普旋方法，从旋压件贴模、壁厚、旋压道次、裂纹等方面做了对比试验，探索旋压成形的规律。

该零件材料为#20钢，正火状态下s_b » 410 MPa , s_s » 245 MPa , d₅ »25% , y»55%，结构如图1，为典型的大长径比曲母线薄壁件，尺寸精度和形位公差要求较高，对壁厚均匀性也有一定要求，属于具有较大难度的旋压加工件。图1中半锥角26.7°处为按旋压剪切理论公式及材料物理性能确定的断裂处。

研究设计了Ⅰ和Ⅱ两种工艺方案，考虑到加工效率、通用性、经济性，方案Ⅰ和Ⅱ旋压的预制坯采用了相同的设计，板料下料后机车加外圆再冲压成型球头部分即可，车凹面尺寸与凸模相配。

工艺方案Ⅰ为：预制坯→普旋+强旋预成形→强旋预成形→退火→清洗→强旋成形，旋压道次如图2。在旋压加工到图1中的26.7°前，预制坯贴模情况良好，26.7°以后旋轮间隙大于壁厚，不再贴模，旋轮轨迹为锥面，工件在旋轮作用下迅速变薄，在旋轮接近板坯法兰端时板坯直端向内反弹，与旋轮发生摩擦，法兰端压边困难，旋轮离开时同板坯发生碰撞，局部出现起皱。预制坯分别出现环向拉裂、边缘纵向裂纹。其中环向裂纹为材料变形超过极限变薄率，产生拉裂现象；边缘纵向裂纹为板坯直端与旋轮碰撞产生碰撞裂纹，边缘局部出现褶皱。研究裂纹形貌可知，断裂形貌包括韧断与脆断，其中韧断为材料变薄超过极限变薄率而拉裂；脆断为碰撞产生裂纹，主要是在旋压过程中产生的褶皱与旋轮碰撞产生。裂纹表面分析表明，断裂面存在大量韧窝，主要是韧性断裂，这说明该材料在大锥角旋压时剪切应力不会超过其极限而发生此类破裂，只是当随着锥角的减小，变形区内拉应力增大，以致超过了抗拉强度而拉断。

按方案Ⅰ的试验结果，工艺方案Ⅱ为：预制坯→强旋+普旋预成形→普旋预成形→退火→清洗→普旋­＋强旋成形。实验结果旋压件成形良好，在旋压加工到图1中的26.7°处前以强旋为主，贴模良好，26.7°以后以普旋为主，预成形良好，壁厚变化均匀，未出现拉旋现象，法兰端在普旋时旋轮压边成功，旋压力切向、法向分力合适，未出现法兰直边反弹、与旋轮碰撞、起皱等干涉现象，表面质量良好，Ra≤6.3 mm。

工件在未贴模状态下以强旋方式加工易出现拉旋现象，材料迅速变薄、拉裂。普旋在预制件未贴模状态下预成形效果较好，可节省模具，经济实用。单一的旋压方式不利于曲面异形件加工，需综合考虑强旋、普旋相结合。