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旋壓成形——神奇的金屬成形技術

資料圖：德國研制的大型數控旋壓機床

旋壓成形——神奇的金屬成形技術

旋壓成形屬于金屬塑性成形的特殊方式，旋壓成形的原理就是將毛坯固定在模具上，模具連同毛坯一起高速旋轉，外側的旋輪對毛坯施加很大的壓力，使得金屬毛坯變形，最后成形出與模具形狀一致的零件。

旋壓分為普通旋壓和強力旋壓。普通旋壓是指在成形的過程中毛坯的形狀發生變化，毛坯的厚度不發生變化。普通旋壓起源很早，在民用領域應用最廣泛，如器皿、餐具以及一些精度要求不高的零件；強力旋壓是指金屬在成形過程中不但毛坯的形狀發生變化，厚度也同時變化，一般是變薄，在旋壓過程中毛坯體積不變，減薄的毛坯材料增加了零件的高度。強力旋壓屬于無切削加工，在加工過程中材料沒有任何損失。

強力旋壓作為近代塑性加工中的一種新工藝，在國防工業各領域應用最多、最為廣泛。強力旋壓在生產薄壁高精度回轉體零件方面具有明顯優勢：

強力旋壓后材料的強度和硬度比母材提高了約35%~45%，因此在航空航天領域，強力旋壓能有效地減小零件的設計壁厚、減輕重量，其疲勞性能也能顯著提高；強力旋壓對厚壁毛坯逐點施加很高的壓力使其減薄變形，材料的金屬纖維流向得到保護，使得零件的疲勞性能得到提高；強力旋壓屬于整體成形技術，成形的零件沒有母線焊縫，因此零件整體性能提高，尤其是疲勞壽命能顯著提高；強力旋壓的無切削加工和簡易的成形模具降低了生產成本，縮短了零件制造周期短；強力旋壓在一次成形過程中可以讓毛坯減薄60%甚至更多，由于減薄率較大，強力旋壓能有效地檢驗母材中的冶金缺陷；用強力旋壓能生產加工超寬板材；強力旋壓零件的尺寸公差和形位公差較小，精度很高，甚至高于機械加工。

基于上述優點，強力旋壓技術在化學工業、核工業、船舶工業、兵器、航空航天，特別是飛機及飛機發動機的零部件制造中得到廣泛應用。如常見的一些化工、船舶、鍋爐用大型壓力容器，由于存在母線焊縫，對內部壓力有一定要求。如果用旋壓成形工藝成形中間圓筒段，可以取消壓力容器最薄弱的環節——直線焊縫。如果采用強力旋壓成形，筒形部分的整體強度比母材提高12%~25%，大大提高了這類壓力容器的安全性和可靠性，且模具制造簡單，制造周期短，加工成本低。而這種提高壓力容器承壓壓力的方法是其它任何一種加工工藝無法做到。如果這類壓力容器用在航空航天領域，在相同壓力下可以大大減輕容器的壁厚，從而減輕零部件的重量，達到減少油耗、增大射程的目的。

強力旋壓成形的材料除了碳鋼、鋁及其合金、銅及其合金、不銹鋼這些傳統的金屬材料以外，還包括近年來又開發出的一些特殊材料的旋壓如高強度鋼、超高強度鋼、鈦及鈦合金、高溫合金、鎢、鉬、鈮及其合金的旋壓，可以說，在金屬塑性成形領域，可旋壓成形的金屬材料種類最為廣泛。

飛機、飛機發動機上越來越多的構件使用鈦合金及高溫合金等難變形材料。這些構件有的型面復雜，如外形為雙曲線、拋物線、雙錐形件，并且對壁厚公差、直徑公差、圓度、直線度要求都很高。對于這些零件，目前主要工藝是鍛造后機械加工成形。材料的利用率有的只能達到3%，大量貴重的材料都變成鐵屑，并且破壞了金屬本身的纖維流向。而采用強力旋壓技術，可以使旋壓成形后零件材料晶粒細化，強度、抗疲勞性能得到提高，從而使構件的壁厚減小，零部件的可靠性大大提高。

旋壓技術的應用越來越廣泛，對旋壓機床的要求越來越高，尤其是大回轉直徑、大推力、高精度、自動化程度高的旋壓設備。國外強力旋壓設備已經系列化并且不斷向大型化、多用途和和自動化程度高的方向發展。隨著計算機技術的發展，旋壓機床控制系統也不斷發展。旋輪進給完全發展到數控，主軸變速由有級發展到無級，并發展到多旋輪回轉架旋壓機。加工大直徑零件所需的電視監控系統和壁厚超聲波自動測量裝置在旋壓機床上也得到了應用。

就旋壓工藝技術水平來講，我國與國外先進技術差踞不大。盡管旋壓設備的自動化程度、可靠性與國外先進技術存在差距，但這個差距越來越小。近幾年，我國在大型旋壓設備的研發上也取得突破。作為最早的研究單位，中航工業制造所研制旋壓工藝與旋壓設備有近50年的歷史。在旋壓工藝的開發、在異形零件、特殊材料的旋壓方面該所一直處于國內領先。

最近，制造所為航天某企業研制的亞洲最大的數控立式旋壓機床已經完成工藝驗收。該設備為立式三旋輪結構，設備本身重量達600噸，單個旋輪推力為100噸，機床回轉直徑2.6米，能旋壓直徑2.6米、高度為3.5米的大型筒形零件，能夠將厚度為35毫米的超高強度鋼旋壓碾薄到2毫米，旋壓后的筒體壁厚精度達到一個頭發絲，精度高于機械加工。該設備具有三個旋壓力自調節自平衡、具有同步進刀錯距旋壓等獨特功能，具有智能旋壓的特點，總體技術達到了國際先進水平。

旋壓成形的應用越來越廣泛。旋壓技術能解決制約我國制造業、軍工行業的重大瓶頸問題；體現軍民結合、寓軍于民，對保障國家安全和增強綜合國力具有重大戰略意義。隨著我國國民經濟和軍工事業的發展，旋壓成形這個傳統工藝必將煥發青春，發揮越來越重要的作用。

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