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作者： 来源： 发布时间：2018/2/11 16:12:47  点击数：403

the numerical control hot spinning process of forming high pressure c ylinder
liu sixin
（qinghai heavy machine tool plant）
abstract：the hot spinnig process of forming high pressure c ylinder which using home-made numerical control machine,is introduced.this proc ess has the advantage of the higher material utilization and production officien cy.
key words：numerical control machine,coreless mould spinning ,spinning roller,spinni
图1所示为φ229mm高压贮气瓶制件图，材料为30crmo，大批量生产。该制件国内传统的 制造方法 是将管坯切成统一的给定长度，预加热后用手工操作的模板式收口热成形工艺，此成形方 式的 缺点是成形部件的外形轮廓达不到图纸要求，产品的一致性不好，由于手工控制收口过程导 致人为因素，造成废品率较高，浪费较大。

图1 制件图 我厂在消化吸收国外先进技术的基础上，研制开发的sxk-275数控气瓶旋压机床，可实现对薄壁筒形零件局部加热后作无芯模的收口和封底，由于采用数字控制热旋压流程，极大地提高了产品的质量和稳定性，且满足压力容器的机械性能要求。 多道次收口旋压成形 全自动工艺流程是：管坯预加热→上料→夹紧→主轴旋转→旋压加工→主轴停→卸料，旋压 加工时以旋轮作进给运动，多道次加压于夹紧在主轴上的旋转金属坯料，使其产生连续的局部塑性变形使管坯口部逐渐缩小成形。旋压机床如图2所示，x轴为圆弧运动，z轴为直线运动，x轴运动以角度计量。在调试中通过随时修调程序数据，可以灵活地改 变旋转运动轨迹，从而快速获取旋压工艺参数。该零件工艺参数为： 制件名称 普通形或车用形气瓶 材 料 30crmo； 毛坯尺寸 φ229mm×86.1mm (热拔伸预制件)； 成形旋轮 sr(d=395mm，α=11°35′)1个； 管坯转速 800～900r/min； 加工时间 100s(旋压时间为11道次×7s=77s。其余为辅助时间)； 加工顺序 多道次旋压，往复11次。 由于制件成形尺寸较大，使用的旋轮直径也较大，且为专用的特殊成形旋轮。

图2 数控气瓶旋压机 试制过程中的几个关键问题及解决办法 1. 管坯预加热温度 为了减小旋压时制件的变形抗力，能够进行大变形量的旋压成形，必须控制好预加热温度。将管坯置于多圈环形中频感应器内加热到1 050±40℃，温带长度为200～250mm。在加热 阶段，保持管坯相对感应器慢速转动，保证均匀加热，管坯在这种温度时，极限变形程度大 。温度如过低，金属伸展性差，机床旋压力增大，易造成机床过载报警，而且制件嘴部金属 积累不够，内孔超大，当变形量超过金属的塑性时就会产生裂纹，影响到旋压件的质量。 控制措施是采用红外线测温仪，按加工批量来标定加热时间，调整加热功率，效果较理想。 制件在旋压过程中，为弥补降温，同时用两支乙炔(或天然气)喷枪进行补热(喷枪固定在旋 轮架上随旋轮自动运动)，补热时间控制在第8或第9道时次关闭。 2. 工艺参数的确定 旋轮的进给速度，管坯转速，每道次压下的角度及纵向进给量等几个重要工艺参数确定原则如下：1)最初几道次进给时旋轮进给速度和压下角以小为宜，否则金属变形量太大 ，导致制件起皱折(从金属管壁的剖面看，制件毛坯由圆形变为多边形)，影响成形的形状和 金属融合；2)管坯的转速和旋轮进给速度决定了旋轮的进给比v(mm/r)，v表示管坯 每转金属的变形量，主轴转速越高，则成形力越小，对机床工作有利。太大的进给比会导致 金属内部的伤痕，裂纹增大，对内孔的成形不利；3)旋压力过大一方面使工件旋压的精度变 差，同时引起机床振动，因此一般以减小旋轮进给速度并提高主轴转速来获取合适的进给比 。 对φ229气瓶采用旋压时，采用500～2 000mm/min的进给速度，主轴转速为800r/mi n，精整(压光)时为900r/min，v的范围为0.55～2.5mm/r。第1道次压下角为50°，进 给量为24mm，第2道次压下角为60°。以后每道次进给量控制在15mm以内。第6道次时使管端 完全锻接起来，第7，8道次两次切头以去除氧化皮，避免金属夹渣，第9，10道次是拉嘴工 序。 控制x轴的压下角度，可以把气瓶嘴部的外径尺寸完全控制在公差之内。试制中发现， 气瓶成形面的表面弧形及光洁度较易达到，但嘴部金属的厚度分布同时满足内外径尺寸的有 较大难度。经摸索，发现嘴部附近及肩部的壁厚与旋轮的运动方向有关，旋轮由上向下、向 嘴部成形时，嘴部金属增加，反之，由嘴部向上带载成形时瓶肩增厚。根据这一规律，再依 据实际要求控制金属旋压时的流动方向和金属的堆积量。 热旋压成形时，在旋压件表面留有旋轮产生的旋压痕迹，为降低表面粗糙度，在精整道次( 最后1道次)中旋轮进给速度取慢速f=500mm/min，并提高主轴转速900r/min。效果很 好。 为提高生产率，在成形完了后旋轮返回原点或在单向旋压的回程中，可提高旋轮的移动速度 f3=500mm/min。 3.制件外形尺寸的要求 根据机床的加工和装夹定位功能，及实际毛坯尺寸对旋压成形的影响，为减少机床工具的 调整时间，消除因毛坯原因造成废品，对1个批量的管坯有尺寸精度的要求。在同一批量管 坯要保持 内外表面的同心度，长度允差不大于8mm，瓶壁厚度差不大于±2mm，瓶坯表面与瓶底(装夹 定位面)的垂直度偏差不能太大，瓶坯长度不够会造成成形尺寸不够，而过长时在第1道会将 坯料切废或产生皱折，旋轮振动或旋轮座与瓶坯干涉管坯外表面与瓶座不垂直时，旋轮与 管坯表面跳动或接触造成振动，这会对机床造成不利影响，使瓶坯瓶口部不规则，厚度 不均匀或有裂纹源时，会引起嘴部金属重叠夹渣或断裂。 旋轮的形状及冷却 常用气瓶形状有两种。如图1所示为半球体瓶肩气瓶；另一种为圆锥体瓶肩气瓶。旋 轮成形角是直接影响气瓶成形形状的重要参数，根据气瓶形状所使用旋轮的成形角度由 下面计算公式确定： 对半球体瓶肩气瓶(见图3)，旋轮成形角为： 当时 式中：d——气瓶瓶体外径；d——气瓶嘴外径。

图3 半球体瓶肩 对圆锥体瓶肩气瓶（见图4)，旋轮成形角为： 式中：x为旋轮摆动中心位移量。 当时

图4 圆锥体瓶肩 图4中气瓶的瓶嘴与弧形连接处的圆角r决定于旋轮的圆角半径r，两者数值相等，用同一半径r表示。 旋轮材料选用高耐磨合金钢，材料为4cr5movsi淬火至hrc60后表面抛光至ra0.4mm，经实际使用证明其耐磨、抗蚀性均较好。为减小旋压时摩擦和金属粘附，旋轮接触工作时被动旋转，较大地提高了旋轮的工作寿命。旋压时，由于金属塑性变形会产生旋压热，再加之热管坯的热传递， 都会使旋轮升温，机床采用雾化水自动喷射在旋轮外表面冷却方法，效果很好。 旋轮在使用一段时期后，表面如有金属氧化物粘附，经修整抛光后可再使用。 另外，该机床还可以加工φ219mm，30mn2v和φ232mm，30crmo高压贮气瓶，制件最大加工直径为φ257mm。 刘四新（青海重型机床厂 810100） 参考文献 1，陈适先主编.强力旋压工艺与设备.国防工业出版社，1986 2，锻压学会旋压学术委员会编.旋压工艺及设备

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