超长薄壁筒形件整体旋压技术

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超长薄壁筒形件整体旋压技术

崔旭昌、杜尚军、刘声涛、刘溪、苟长平、蒋茂春

1.      四川航天长征装备制造有限公司（四川成都    610100)

2.      中国兵器工业集团第五三研究所（山东济南    250031)

【摘要】以成形长4,800mm、直径 筒形件为例，阐述了CZX800/3CNC数控强力旋压 机自主设计开发过程,并基于该设备开展了 30CrMnSiA 零件旋压工艺研究，获得了整体旋压 合格零件，通过了后续批产考核验证，为超长薄壁筒形件成形研制做出了积极的探索与贡献。

关键词：薄壁筒形件;整体旋压;设备开发;工艺研究

1    引言
    随着航空航天、国防军工和新能源技术等领域的 快速发展，要求关键零件不仅具有极强服役功能，同时要求制造轻量化、结构整体化、综合性能高端化和 制造精度超常化。以贮箱箱底、隧道管等典型零件 为例,为满足新型国际环境下高效、长储、耐腐蚀等需 求,设计明确提出了整体成形要求。旋压技术是一种少无切削的先进加工工艺，适合 于薄壁筒形件的成形工艺。应用旋压成形技术取代焊接，可消除纵向焊缝、减少环向焊缝、充分细化晶粒 组织、提高制件安全使役性能。同时,旋压加工可节 省贵重材料，提高制件尺寸精度和表面质量。
. c; @" o8 S- v, C    目前,欧美日等发达国家的旋压技术日趋成熟， 已成功应用于贮箱箱底、隧道管等复杂结构零件的整体成形，但其关键技术对我国长期实施封锁。近年来，我国的旋压技术工作者在旋压设备与工艺方面开展了大量的研究工作，取得了丰硕的成果和突破，但对于整体成形技术的工程化推广应用尚需进一步加强，尤其是针对特定关键零部件的旋压设备与工艺开发仍存在较大的上升空间。本文主要以某超长薄壁筒形件为例，自主开发了旋压设备，并获得了整体旋压成形的合格零件。
, E2 J% G6 x! c% n( U2    制件分析
$ A/ i- H: j- D/ X6 s& O    某超长薄壁筒形件结构如图1所示，原材料为30CrMnSiA ，制件总长4,800mm，外径为批 ，壁 厚为3%%01，中定心部壁厚为 。该零件属于我单位定型产品，年生产量较大，之 前采取两段拼焊方法获得，为保证整体直线度等指 标，焊前装配调试较为繁琐，对于焊缝区域需探伤(挖 排），最终通过机加得到的定心部壁厚不易保证，整个 零件的生产周期也较长。为了满足制件高效、高可靠 性等指标要求，设计明确提出了整体成形需求。为 此,我单位装备设计开发与工艺技术研究团队进行了 详细的技术方案论证，通过自主研发大型旋压设备及 工艺，攻克了该技术难题。
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3    设备设计开发
    为满足超长薄壁筒形件整体成形需求，我单位自主设计开发了CZX800/3CNC数控强力旋压机。该设 备采取卧式三旋轮结构布置（三旋轮呈120°对称分 布），以及主轴固定、旋轮架移动的全封闭框架式结构，主要组成系统有床身部件、主轴部件、旋轮架部 件、尾顶部件、电气控制系统、液压系统、润滑装置、纸带过滤机和工件冷却及循环系统、安全防护装置等， 设备布局如图2所示。
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& o! S3 M& v/ Q3 r% l* u    该设备纵向工艺力600kN，径向工艺力400kN，加 工范围为令 爪，可实现正旋3,500mm和反旋5,000mm零件旋压,其它参数如表1所不。设备具备强旋功能及反旋轴向自动跟踪功能，能便捷实现正、反旋带台阶变壁厚的筒形件强旋成形，能有效实现反旋多台阶制件轴向尺寸精确控制。此外，为便于装卸料，设备具备尾顶横移功能。


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4    工艺技术
    研 究 针 对 该 30CrMnSiA 超 长 薄 壁 筒 形 件，为 保 证 制 件  整体  精 度，研 究 团 队 借 助 搭 建 的“热 处 理 强 化十旋压 强 化 数 据 库，采用调质坯料。通 过 四 道 次 强 旋 即 得 到 制 件  强 度、延 伸 率 等 指 标 的 方 法，避 免 了 后 续 热 处 理 变 形 等 不 利 影 响。坯料如图3所示， 模具结构 如 图4所示，模 具 参 数 如表2所示。
    工 艺 研 究 过 程 中，针 对 椭 圆 度、直 线 度 两 大 技 术 难 题，研 究 团 队 通 过 大 量 的 试 验 验 证，寻 求 构 建 合 理 的 成 形 边 界 条 件，掌 握 了 坯 料、模 具、设 备 变 形 等 因 素 对 整 个 旋 压 过 程 的 影 响 规 律，但 针 对 不 均 匀 变 形 因 素，所 采 取 的 措 施 收 效 甚 微。
                 
    为此，研 究 团 队  集 思 广 益、挖 掘 潜 力，积 极 査 阅 相 关文 献 资 料 咨 询 行 业专 家 ,并 结 合 实 际情况分析 工 艺 难 题，及时转变技术思路，创 新 性 的 提 出 了“化 整 为 零”技术方案，即在第二道次整体旋压后，后 续 两 道 次采取分段旋压方法,削 弱 了 旋 压 过 程 的 应 力 累 积， 改 善 了 金 属 流 动 状 态，抑 制 了 不 均 匀 变 形 带 来 的 不 利 影 响。最 终 获 得 了 整 体 旋 压 合 格  制件(见图5)，通过 了后续探伤、水压爆破、飞行 等 批 产 考 核 验 证，解决了超长薄 壁 筒 形 件 整 休 制 造 难 题。
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5    结束语
. x6 n8 `+ Y! C    基于超长薄壁筒形件整体成形研制需求,我单位 自主研发了旋压设备与工艺，取得了较好的实施效果， 展现了国产自主研发大型旋压设备与工艺的可行性, 为超长薄壁筒形件研制做出了积极的探索与贡献。
(1)    超长薄壁筒形件的整体成形，采用旋压技术 方案是可行的，并通过了批产验证考核。
(2)    对于30CrMn超长薄壁筒形件，在第二道 次整体旋压后，后续两道次采取分段旋压方法，能够 有效削弱旋压过程的应力累积，改善金属流动状态， 抑制不均匀变形带来的不利影响。 

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5    结束语
/ v# c& [" f" @) G9 @2 E. m3 f( f    基于超长薄壁筒形件整体成形研制需求,我单位 自主研发了旋压设备与工艺，取得了较好的实施效果， 展现了国产自主研发大型旋压设备与工艺的可行性, 为超长薄壁筒形件研制做出了积极的探索与贡献。
. Z( B* w. B' e% ^(1)    超长薄壁筒形件的整体成形，采用旋压技术 方案是可行的，并通过了批产验证考核。
: b2 `- J/ T9 |3 V(2)    对于30CrMn超长薄壁筒形件，在第二道 次整体旋压后，后续两道次采取分段旋压方法，能够 有效削弱旋压过程的应力累积，改善金属流动状态， 抑制不均匀变形带来的不利影响。

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