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摘要：提出了一種新的旋壓方法—浮動(dòng)芯模法。該方法采用的芯模長(zhǎng)度尺寸較小，兩端不固定，加工、制造和安裝非常容易。由于該方法是采用旋輪不動(dòng)，工件做軸向運(yùn)動(dòng)，故解決了正旋所帶來(lái)的工件扭曲的問(wèn)題。此法用于加工長(zhǎng)管類件，更顯示出它的優(yōu)越性，對(duì)改善管類件的加工具有重要的意義。
關(guān)鍵詞：筒形件；強(qiáng)力旋壓；浮動(dòng)芯模

一、引言

金屬的旋壓成形是現(xiàn)代金屬成形工業(yè)的一個(gè)重要的分枝。近幾年來(lái)，隨著板料成形技術(shù)的發(fā)展，旋壓工藝也得到了很大的完善。先后出現(xiàn)剪切旋壓、流動(dòng)旋壓、冷旋、熱旋、差距旋壓、對(duì)輪旋壓等新技術(shù)。使筒形件、錐形件以及其它軸對(duì)稱的零件，基本上都可以用旋壓的方法來(lái)加工。

按傳統(tǒng)的方法，對(duì)筒形件的加工一般采用芯模旋壓成形。芯模旋壓必須有一根與所旋工件相匹配的芯棒。為了保證所旋工件的質(zhì)量，芯棒必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和表面質(zhì)量。這樣芯模的加工制造就非常的困難，有時(shí)需要進(jìn)口，造成芯模的費(fèi)用特別高。因此芯棒是芯模旋壓中一個(gè)至關(guān)重要的零件，芯模的好壞，直接影響工件的質(zhì)量。

傳統(tǒng)的芯模旋壓經(jīng)常采用正旋和反旋兩種方法，如圖1所示。對(duì)于正旋，由于工件存在著扭曲變形問(wèn)題，旋完后的工件放置一段時(shí)間，形狀和尺寸會(huì)發(fā)生變化，嚴(yán)重影響工件的質(zhì)量。為了解決這一問(wèn)題，提出了對(duì)輪旋壓工藝。就是把傳統(tǒng)的芯棒換成旋輪，采用內(nèi)外旋輪的結(jié)構(gòu)，這在一定程度上解決了芯棒所帶來(lái)的問(wèn)題。不可否認(rèn)，對(duì)輪旋壓工藝雖然是一種先進(jìn)的工藝，但內(nèi)旋輪的安裝，內(nèi)外旋輪的調(diào)整都比較麻煩，在一定程度上限制了此工藝的應(yīng)用。

圖1

二、浮動(dòng)芯模旋壓

為了解決芯模旋壓和對(duì)輪旋壓所存在的弊端，提出了一種介于芯模旋壓和對(duì)輪旋壓之間的工藝，稱為浮動(dòng)芯模旋壓，如圖2所示。這種方法的原理仍然采用傳統(tǒng)芯模旋壓的理論，工件外徑的成形采用旋輪，內(nèi)徑采用芯棒，這和傳統(tǒng)的芯模旋壓一樣，但二者之間又有區(qū)別，浮動(dòng)芯模旋壓采用的芯棒長(zhǎng)度尺寸比較短，同時(shí)在旋壓過(guò)程中芯棒是隨變形的進(jìn)行而在浮動(dòng)，省去了傳統(tǒng)芯模旋壓中芯棒必須和工件的長(zhǎng)度相一致，以及芯棒安裝固定的問(wèn)題；浮動(dòng)芯棒比較小，同時(shí)又在不停的運(yùn)動(dòng)，這和對(duì)輪旋壓中的內(nèi)旋輪的作用很一致，但比內(nèi)旋輪的安裝要容易的多。所以，浮動(dòng)旋壓是介于芯模旋壓和對(duì)輪旋壓之間的一種工藝。

圖2
(a) 1.導(dǎo)軌 2.毛坯 3.浮動(dòng)芯模 4.旋輪 5.卡盤
(b) 1.毛坯 2.旋輪 3.浮動(dòng)芯模 4.卡盤

1.浮動(dòng)芯模旋壓結(jié)構(gòu)分析

浮動(dòng)芯模旋壓的結(jié)構(gòu)按工件尺寸的不同分兩種形式：

(1)當(dāng)工件的直徑尺寸比較大時(shí)，相應(yīng)的芯模直徑也比較大，為了增加芯模的導(dǎo)向性，在芯模的中間加一根導(dǎo)向桿，如圖2所示。由于在旋壓過(guò)程中，多數(shù)采用三旋輪和多旋輪旋壓，所以芯棒有自動(dòng)定心作用，中間的導(dǎo)軌僅起到輔助導(dǎo)向的作用。雖然在結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)的芯模旋壓相似，但這時(shí)的導(dǎo)軌和芯模旋壓中的芯棒所起的作用是不同的，這樣導(dǎo)軌的加工制造、安裝比芯模的加工制造、安裝要簡(jiǎn)單的多，同時(shí)對(duì)導(dǎo)軌的強(qiáng)度、剛度以及表面的精度都要比芯模低的多。

當(dāng)加工不同直徑的管子時(shí)，導(dǎo)軌并不用更換，只更換相對(duì)應(yīng)的浮動(dòng)芯模就可以。由于芯模尺寸比較小，加工起來(lái)比較容易，可以根據(jù)管子的直徑系列，事先做成相應(yīng)的成系列的不同尺寸的芯模。這些芯模在一定尺寸范圍內(nèi)其導(dǎo)軌孔的尺寸可以相同，這樣可以減少導(dǎo)軌的數(shù)目，通過(guò)這樣的處理在加工不同尺寸的工件時(shí)，只需更換芯模就可以，縮短了整個(gè)周期。

(2)當(dāng)加工工件的直徑尺寸較小時(shí)，相應(yīng)的芯模尺寸也比較小，這時(shí)芯模不用導(dǎo)向裝置，完全靠自動(dòng)定心，如圖2b所示，這時(shí)所加工工件的長(zhǎng)度原則上是不受限制的。

浮動(dòng)芯模旋壓時(shí)，旋輪只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并不沿軸向做直線運(yùn)動(dòng)；工件毛坯在機(jī)床所施加的拉力下做軸向運(yùn)動(dòng)。在旋壓過(guò)程中，管子的已變形區(qū)始終承受一個(gè)軸向的拉應(yīng)力，所以工件不會(huì)產(chǎn)生扭曲變形。

2.芯模的受力分析

芯模的受力如圖3所示，在徑向受壓應(yīng)力Q，Q值主要是由于旋輪擠壓毛坯而引起的，在Q的作用下，毛坯的外徑才能一次比一次小，管子的厚度才能變薄。

圖3

芯模在軸向受摩擦力F1和軸肩所受到旋輪所施加的軸向推力F2，正是由于F2的作用，才能使芯模在旋壓過(guò)程中不斷向前運(yùn)動(dòng)，保持變形的連續(xù)性。而同時(shí)F1的作用使芯模和變形區(qū)的材料保持緊密的接觸。否則芯模稍微脫離變形區(qū)，F(xiàn)2就迅速變?yōu)榱�，在F1的作用下，芯模只能又回到和變形區(qū)相接觸，所以芯模不會(huì)向前脫離變形區(qū)；隨著旋輪與芯模軸肩距離的減小，F(xiàn)2會(huì)迅速增大，而F1的值不變，當(dāng)F2＞F1時(shí)，芯模就相對(duì)毛坯向前運(yùn)動(dòng)，直到F1＝F2為止，所以芯模也不會(huì)被旋輪越過(guò)。這樣浮動(dòng)芯模旋壓才能穩(wěn)定的進(jìn)行下去。

三、結(jié)論

(1)浮動(dòng)旋壓方法從根本上解決了傳統(tǒng)芯模旋壓由于芯模的加工制造、安裝難，以及費(fèi)用高的問(wèn)題。
(2)浮動(dòng)旋壓由于已變形區(qū)始終承受拉應(yīng)力的作用，所以消除了工件的扭曲等質(zhì)量問(wèn)題。

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