旋压成形技术的未来发展

机工

　　作者：曹振 北京航空材料研究院

　　与古代制陶的拉坯工序类似，旋压成形技术，是指通过旋转工件与旋轮接触产生局部而又连续的塑性变形来成形金属空心回转体零件的方法。相对于其他空心轴对称金属零件的成形技术，旋压成形具有设备投入小、工艺成本低、尺寸精度高、表面光洁度好、机械性能高等优点。近些年，旋压技术得到了长足的发展，旋压产品在制造业，特别是汽车和航空航天领域中的应用范围不断增大。目前采用旋压技术生产的产品种类繁多，包括轮毂、导弹壳体、灯罩、阀体、高压屏蔽罩等。

　　当前，市场对于产品的形状、精度和使役性能提出了更高的要求，与其它成形技术一样，旋压对于人工智能的需求程度越来越高，这将推动自动自控型旋压技术的进一步发展。本文结合作者的研究体会，以及一些来自于市场产品的动态，尝试预测未来旋压技术的发展趋势。

　　专用计算机软件预测旋压成形技术

　　由于旋压成形工艺的复杂性，有限元建模中需要考虑复杂的边界条件，且为了得到较为精确的计算结果，一般需要采用隐式非线性求解器、六面体单元及弹塑性材料模型进行仿真建模计算。目前常用的金属成形仿真软件有MARC、ABAQUS、DEFORM和SIMUFACT等。虽然上述软件可以对旋压工艺进行一定程度的仿真模拟，但是，建模的复杂性、材料模型的精确性及计算时间相对过长，限制了软件的实际工程应用。因此，如何进一步降低建模的复杂性、建立能够反映实际材料力学性能的材料模型及加快计算速度，成为未来旋压仿真技术的发展方向。第一，可以进行仿真软件与数控旋压机的接口开发，使软件可以直接读取旋轮的运动轨迹及芯模旋转定义。第二，建立更加符合实际的材料模型，如对于镁、铝、钛等材料可以考虑相变及组织变化对材料总体性能的影响。第三，在不降低计算精度的情况下，进一步提高旋压仿真的计算速度。

　　向复杂回转体转变的成形技术

　　目前一些复杂的回转体零件通常采用旋压与焊接相结合的成形工艺，但其焊缝处的性能较差，容易发生失效。而采用无焊接多工序一体旋压成形工艺可以克服焊缝的缺点，并获得更好的外观和性能。计算机数控系统的出现，使得旋压机可以精确控制旋轮进给路线，进而能够加工形状复杂的工件，如高压屏蔽罩、汽车轮毂等，因而旋压成形技术也由简单回转体成形向复杂回转体产品一体成形转变。

　　高尺寸精度和高性能产品成形技术

　　在旋压变形后，材料的弹性变形会导致金属材料有一定程度的反弹。当利用旋压技术加工大尺寸壁厚产品时，这种材料反弹造成的尺寸增加效应更加明显，往往需要进一步精加工才能达到所需精度的尺寸，这是影响旋压成形尺寸精度的一个重要因素。对此进行改善的途径有：针对不同的材料建立材料成形数据库，提前对材料的尺寸进行补偿;发展高精度的数控旋压装备。目前，采用计算机数字控制(CNC)技术的旋压机是旋压机制造的主流。而今后，数控旋压装备更是朝着高精度、高自动化、多用途的方向发展。

　　高性能新材料的旋压成形技术

　　现代制造业的需求以及旋压装备的发展使得可用于旋压的金属材料种类范围越来越广，除了传统的钢铁和铝合金材料以外，镁合金、钛合金等难成形的新型金属材料也逐渐应用到了旋压成形技术中。这些合金比强度非常高，具有广阔的应用前景。随着航空航天工业以及汽车工业等需求的不断增加，高性能新材料的旋压成形技术需要进一步探究，旋压产品将向更轻、更薄和性能更佳的方向发展。

　　除了以上旋压技术的发展方向之外，近年来还出现了三维非对称零件、非圆横截面零件、齿形零件等新旋压工艺，突破了传统旋压技术用于生产轴对称产品的限制。当前，科技发展日新月异，市场对于复杂旋压产品需求不断增加，需要发展更高自动化、更高效、更高性能和更低成本的数控旋压技术，需要重点研发专用快速旋压仿真软件、开发复杂回转体一体成形技术、以高档数控旋压机床为基础的大尺寸高精度旋压成形技术、新材料的旋压成形技术等。