摘要：通过加工实例，介绍了变薄旋压毛坯的不同制作方式。讨论了挤压、铸造、卷焊等不同管坯对成品的影响；提出了一般的选用原则和旋坯的设计要点。
关键词：变薄旋压；毛坯；制作方式；设计
一、前言
采用变薄旋压工艺生产大口径、薄壁管材具有模具设计简单、投资少、精度高、适用范围广等诸多优点，因此获得了广泛的应用。大量生产实践认为：旋压毛坯对管材的最终成形至关重要，其设计正确与否往往成为管材能否成形的关键。因此深入开展有关研究具有重要意义。本文着重从不同制作方式毛坯对管材成形的影响，讨论旋压毛坯的一般选用原则和设计要点。
二、管材旋压毛坯分类
除特殊需要外，一般管材旋压毛坯制成厚壁空心坯。按制作方式可分为挤压管坯、铸造管坯、卷焊坯等。
1.挤压管坯
为使旋压管材获得精确的尺寸和精度，终加工应采用冷旋成形，挤压管坯一般已经过90%以上的热变形，基本上消除了铸造缺陷，形成了加工组织，因此对大多数金属材料的管坯，例如：T2、LD2、L2、A3、1Cr18Ni9Ti、H62、TA2等等，可直接进行冷旋成形。均可获得良好的质量。图1为GH169加工态管坯经冷旋成形后的外观。 
图1GH169管坯经冷旋成形外观
由于挤压管坯的规格品种受到市场限制，还可利用环锻，热轧等方式制取旋坯。
2.铸造空心坯
铸坯按铸造方式可分为普通铸坯、离心铸坯、半连续铸坯等。
(1)普通铸坯
普通铸造方法制出的空心坯，铸造缺陷较多，一般较少用于旋压毛坯。
(2)离心铸坯
离心铸坯是将金属液浇入高速回转的离心筒内，在离心力作用下获得组织较为致密的管坯。这种方法特别适用于旋压所需要的厚壁，大直径，直径长度比接近的管坯。如图2所示。其金相组织如图3、图4所示，较为紧密。经旋压热开坯和冷成形获得较好加工组织(图5)。
图2φ1190×δ125×L990离心坯(LG1)
图3宏观铸态组织
 
图4微观铸态组织(×200) 图570%变形率旋压后的金相组织(×100)
(3)半连续铸造
半连续铸造也是可采用的铸造方法之一。图6显示半连续铸坯经旋压加工后获得的加工组织。但其铸态组织略差于离心铸坯，如图7(宏观粗晶区)和图8(半连续法微观疏松)所示。此疏松易在旋压后造成缺陷。 
图6LG1 70%变形率旋压后的金相组织 图7半连续法宏观组织
图8半连续法微观疏松组织(×100)
3.卷焊坯
采用板材卷焊是制作旋坯的常用方法之一。能否采用主要取决于所要求的毛坯壁厚和焊缝质量能否经强力旋压后不产生裂纹。卷焊坯已成功地用于多种材质的旋压件生产。图9，图10所示LF2为焊缝旋压前后的金相组织。 
图9LF2焊缝的金相组织(×100) 图10LF2焊缝经50%变形率旋压后的金相组织(×100)
4.电渣重熔管坯
电渣重熔法对制作金属熔点较高的管坯，有一定优势。近年来得到较高的重视，目前已成功地用于一些不锈钢管坯的制作。如图11所示1Cr18Ni9Ti电渣重熔管坯金相组织。图12所示1Cr18Ni9Ti电渣管坯经65%旋压变形后的组织。图13所示电渣管坯1Cr25Ni20经70%旋压后的变形组织。 
图111Cr18Ni9Ti电渣管坯(×400) 图121Cr18Ni9Ti 65%变形率旋压后的金相组织(×400)
图131Cr25Ni20电渣管坯经70%变形率
旋压后的金相组织(×400)
三、管坯设计
1.管坯制作方式选择
对于同种材质，加工态组织经一定热处理比铸态和焊接组织更易于成形。图14所示L2铸态管坯旋压产生内壁裂纹，图15所示A2焊缝显微内裂。因此选择管坯应遵循以下原则进行。 
图14铸态管坯内壁裂纹 图15焊缝内部裂纹(×300)
(1)尽量选择挤压管坯和环锻、热轧状态的管坯进行旋压成形。
(2)对于壁厚小于30mm，焊接性能好的材料，可采用卷焊管坯。焊缝应打磨光滑，一般宜加热旋压成形。
(3)对壁厚较厚，直径较大，无法采用挤压管坯的旋压毛坯，可采用铸造方法，其中应优先选择离心浇注法。铸态组织一般不宜直接冷旋成形，应选择合适的加热温度，经50%以上热变形后，再冷旋成形。
2.管坯壁厚和长度设计
管坯设计依据体积不变原理进行。通常可利用简化公式计算：
t0l0＝tflf
即旋压前壁厚与长度的乘积，等于成品壁厚与长度乘积。计算时要先根据设备能力和预定工艺确定t0，代入上式求出l0。然后再加上5%～15%的工艺余量。余量的大小与壁厚、工艺参数、材质、旋轮形状等多因素有关，可先按中间值设计，然后经试验加以修正。
3.管坯内径的确定
在利于装卸管坯的原则下，应使管坯内径与芯模外径具有尽量小的滑配合间隙。这有利于成品的几何尺寸和精度控制。对精度要求较高时推荐采用G7/h6配合，一般C11/h11即可。但是在热旋情况下，要注意管坯与芯模线胀系数不一致时所产生的影响。例如某管坯材质TA2，内径1484.5mm，线胀系数8.5×10-6。芯模外径1482mm，材质铸钢，线胀系数12.1×10-6，冷态间隙2.5mm，旋压温度400℃，此时芯模直径尺寸胀量7.17mm，而管坯直径胀量只有5.047mm，间隙由原来的2.5mm减到0.37mm。若冷态时将间隙设计到2mm以下则会造成芯模与管坯过盈配合，金属无法流动而不能成形。
四、结束语
本文推荐的管坯制作方式选择原则和设计要点，已在生产实践中得到大量应用。
参考文献
1日本塑性加工学会编，陈敬之译.旋压成形技术.北京：机械工业出版社，1988.(end)
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