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连续局部塑性成形的发展前景 |
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作者：吉林工业大学 宋玉泉 |
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连续局部塑性成形是金属压力加工领域中一个重要的方面，且在轧制领域的应用已相当成熟 ，如板材、型材和管材等轧制技术的发展不仅对工业生产、经济建设起到非常重要的推动作 用，而且在日常生活中也普遍使用了金属的板材、管材和型材。连续局部塑性加工在型材轧 制中之所以占有这样重要的地位，是由于这种加工技术具有静压成形(冲击、振动和危害环 境甚小)、能量利用率高、生产质量稳定、易于实现机械化与自动化、生产效率高、能充分 地发挥金属材料塑性的潜在能力等优点。但是轧制的成形特点之一是，只能生产不同形状等 横截面的产品，至于生产变截面的产品，则是在20世纪50年代才逐渐发展起来的，如楔横轧 、辊锻、旋压和摆辗等。本文试图对连续局部塑性成形在零件及其坯料制造领域中的地位、 存在的问题及其发展前景略述拙见，旨在求得同行专家学者的共识，唤起年轻一代工程技术 人员的重视，以便在新世纪开元之际有新的起步，形成我国在这一领域的特色和实力。
1连续局部塑性成形简介
因轧制问题已为同行技术人员所熟悉，故仅就以下几方面作一简述：
(1)楔横轧楔横轧是指圆柱形坯料在两轧辊的模具间或是两平板模具之间 发生连续局部变形，轧制成的零件形状与模具底部型槽的形状一致，辊式楔横轧的基本原理 见图1。北京科技大学的胡正寰 ［1］ 和东北大学的栾瑰馥应居这一技术领域之首，而北京机电研究所的任广升和吉林工业大学的于鸣也颇具特色。楔横轧又分辊式楔横轧 和板式楔横轧两种：辊式楔横轧是利用装在上辊和下辊上的模具进行成形，将坯料横向(与 辊轴平行的方向)送入，在上下辊同向旋转的过程中，圆柱形坯料在径向变形的同时也产生轴向变形，借此轧成阶梯轴 ；板式楔横轧则是在上板和下板的对向滑动过程中，借助装在上下滑板上的模具，使圆柱形 的坯料在径向变形的同时产生轴向变形，加工成与模具型腔形状一致的圆柱形或圆锥形零件 。 
图1楔横轧原理图
(2)辊锻辊锻是指将模具装在一对旋转的锻辊上，借助模具型腔对坯料的 横向约束使其产生塑性变形以获得所需形状的零件，其基本原理见图2。吉林工业大学的傅 沛福 ［2］ 在这一领域作出了较大贡献，而张仲景、杨慎华也有各自的特色。近年来 北京机电研究所的海锦涛，后起跃至榜首。辊锻这一术语，国内是在60年代初引入金属塑性 加工领域的，就其变形实质而言，用术语“辊锻”并不能描述其真实的变形特征，因为在所 谓的辊锻变形过程中，只有静压而无锻打，所以用“辊压成形”来描述更符合实际。辊压是 利用上下辊的对向旋转过程使坯料变形，模具也是分别装在上辊与下辊上，但它与楔横轧不 同的是坯料一般为纵向送入，即坯料的轴向与压辊的轴正交，而且在坯料的轴向没有约束。 辊压成形对于加工轴对称的零件是很有优越性的，目前已普遍应用于轴对称零件成形的制坯 过程中。
图2 辊锻原理图
(3)旋压旋压主要是对板材进行成形加工，板材是装在芯模的顶部，动旋 轮在旋转的同时还有轴向运动和径向运动，于是使板料在滚压作用下产生局部连续变形，加 工成与芯旋模外形相同的零件。图3所示为筒形变薄旋压原理示意图。旋压技术的研究在我 国始于20世纪60年代，到目前已获得了较大的发展，在设备设计制造、理论研究及技术推广等方面都取得了 很大的成绩，并已成功地举办了八届(三年一届)旋压技术交流会，对国内旋压技术的发展进 行了总结与展望 ［3］ 。哈尔滨工业大学的康达昌、王涛，兵器部第五五研究所的郭 全江及北京有色金属研究总院的赵云豪等属这一领域的佼佼者。
图3筒形变薄 旋压原理图
(4)摆辗摆辗，亦称摆动辗压，是将装在模具上的坯料(坯料可以是板材， 也可以是不同横截面的棒料)，借助摆轮的往复运动加工成所需形状的零件，其基本原理见图4。摆辗用于盘类零件的生产有较大的优势，但在国内目前还没有形成实力。 
图4摆辗原理图
2连续局部塑性成形存在的问题及其发展前景
由于楔横轧、辊锻、旋压和摆辗等连续局部塑性成形技术，除了有前述轧制的许多优点外， 还有所需设备吨位小，造价低、资金转化快的优点，因此在现代制造技术中占有重要的地位 ，但是也存在不少问题亟待解决。
(1)楔横轧楔横轧的主要问题，就其设备而言，辊式楔横轧机的刚度较好 ，但成形零件的质量、精度和稳定性均较差，而且辊轧直径和长度较大的阶梯轴还存在一定 的问题。板式楔横轧机可以辊轧精度高、稳定性好的阶梯轴，但是板式楔横轧机的刚度较差 ，因此对辊轧大型阶梯轴也是存在问题的。笔者为了解决上述设备上的问题，把辊式楔横轧 机和板式楔横轧机的优点综合在一起，摒除了其存在的缺点，研制了板压滚动精成形机，并 已获得专利 ［4］ 。楔横轧在工艺上的严重缺点是在楔横轧过程中，坯料的心部因受 拉而产生的疏松，影响了产品的质量。胡正寰院士在技术上已很好地解决了这一难题，而且 利用辊式楔横轧轧制出精度高、强度好的多阶阶梯轴。但是对于楔横轧大型阶梯轴这一问题 ，还是理论上和技术上亟待解决的难题之一。
(2)辊锻辊锻就其变形特点而言，所存在的严重问题是坯料在旋转的上下 辊之间的模具中变形时，必然存在前滑和后移。由于坯料只受模具的横向约束，因此，轴向 的长度是处于自由状态的，所以其成形零件的尺寸稳定性差，只能用于制坯加工。为了解决 这个问题，国内外的一些技术专家曾从润滑、温度和进给等方面作过不少试探性的研究，但 没有取得成功的效果。吉林工业大学等单位曾在山东淄博锻压件厂进行过多年连杆辊锻精成 形的实验研究，主要因为难以控制成形过程中的前滑和后移而告终。笔者把辊锻和闭式模锻 的优点综合起来，对辊锻机作了改进，既保留了辊压的优点，又实现了对工件的纵向约束，研制成辊压塑性精成形机，并已获专利 ［5］ 。
(3)旋压旋压的产品在刚度、强度的改进方面都很有特色，然而现在对其 开发和研究得还不够。如果将其用在可变厚度的壳形件，或者具有起伏变化表面的壳形件上 是完全可行的，若结合计算机程序控制，就能加工出质量稳定、精度较高、形状复杂的轴对 称壳形件。
(4)摆辗摆辗目前的应用还不广，但是摆辗用于大型零件的塑性成形肯定 是有发展前景的。
(5)无模多点成形 ［6］ 无模多点成形也属连续局部塑性加工，而且是近年来才开始研究的一个新的方向，这方面在国内的首创者为吉林工 业大学的李明哲，并已将液压、计算机程序控制和金属变形行为综合在一起，形成了一定的 特色。无模多点成形在船舶制造和现代建筑业中将有良好的应用前景。
(6)超塑性无模拉拔 ［7］ 超塑性无模拉拔是利用超塑性材料在超塑性状态下对温度的敏感性，只在被加工的棒料或管 材外部加设感应加热圈，并在棒料或管材的两端施加载荷，当感应圈移动时，就会形成横截 面周期变化，甚至非周期变化的棒形零件，或者是变壁厚的管形零件。这项加工技术不但设 备简单，而且可以加工成形出用常规塑性加工技术难以成形的零件，如果把计算机程序控制 应用于这一方面，是很有发展前景的。
以上只是连续局部塑性成形技术领域中的几个方面，这一领域的特点远不止于此，其发展前景也更为广阔。 (end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/16/2007) |
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