变薄旋压(又称强力旋压)是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺特点,用于成形薄壁空心回转体零件的一种金属压力加工方法,被广泛用于工程机械、航空航天、武器装备等制造领域。

变薄旋压-[英文名称]

变薄旋压-[定义]

变薄旋压-[国外概况]

变薄旋压-[影响]

变薄旋压-[技术难点]

变薄旋压-[英文名称]

power spinning

变薄旋压-[定义]

概念定义：强力旋压是在普通旋压基础上发展起来的一种近无余量加工方法,其实质为利用旋压辊子加高压于坯料,旋转坯料借助外力沿成形模具进行局部逐渐辗压产生塑性变形而变薄,从而得到高精度薄壁回转体零件。

研究范围：强力旋压研究范围涉及毛坯、工艺装备、工艺方法和机床。毛坯包括材料、形式、状态及结构设计；工艺装备包括芯模、尾顶装置、旋轮装置和靠模；工艺方法包括旋压方向、温度，减薄率、进给率、转速等因素，冷却润滑和分层错距等。

变薄旋压-[国外概况]

(一)发展过程

40年代--50年代末

需求动力：普通旋压工艺已进入中批和大批生产阶段，设备逐步机械化、自动化，强力旋压工艺就是在普旋工艺的基础上发展起来的。同时航空航天工业和火箭、导弹生产的发展也需要更先进的旋压方法的研究。

主要特点：强力旋压于四十年代在欧洲民用制锅、皿等行业中开始被采用，五十年代初传入美国，首先由ＰｒａｔｔＷｈｉｔｎｅｙ公司与ＬｏｄｇｅＳｈｉｐｌｅｙ机床公司合作制成三台专用强力旋压机并用于Ｊ５７等喷气发动机零件的成批生产，至五十年代末已在美国军工部门大量应用并获得迅速发展。在民用工业的应用方面前西德处于领先地位，其他国家如前苏联、前东德等则开始对强力旋压有所研究。

在五十年代采用强力旋压技术的已有波音、格鲁门、通用电器、福特、莱康明、索拉、马夸特等许多大公司，各公司在工艺方面积累了大量经验并开始了工艺参数的系统研究，也总结出了一些计算旋压力的经验公式等。用强力旋压加工的材料已经包括从铝合金到沉淀硬化不锈钢等材料，强力旋压的喷气发动机零件包括Ｊ５７、Ｊ７５等型号的机匣、支承锥盘、空心轴、火焰筒衬套和尾喷管等；导弹火箭零件则包括锥头、钟形及半球形封头、筒形燃烧室、拉伐尔喷管等等。

60年代--70年代末

需求动力：随着飞机、导弹、航天器产品性能的不断发展，所用新材料越来越难加工，并且产品尺寸不断加大，为达到节省材料消耗、解决加工困难、降低成本、减少工时、提高生产率和产品质量的目的，需要进一步发展强旋工艺。

主要特点：六十年代初美国几乎所有的航空公司都装备了不同类型的强力旋压机床来改进原来的导弹制造工艺，强旋工艺得到进一步的发展和完善。这个时期英国也开始采用强力旋压用于喷气发动机和民用工业。在美国、前东德、前西德、前苏联等国家则进一步开展了对强力旋压的系统研究，包括材料可旋性、变形机理、旋压力、旋压件性能以及隆起与胀径现象等等，而以对旋压力的研究占比重最大。到了七十年代强力旋压的材料扩展到了２５０－３００级的马氏体起高强时效钢，用电渣重溶铸造的Ｄ６ＡＣ超高强度钢，以及双金属板材。重要的制件包括长１２米，直径６００毫米的“阿波罗”筒形输液管、用内旋压法制造的直径３米，高１米的“大力神ⅢＣ”的筒形壳体、用热旋法制造的“北极星”钨喷管等等。在其他行业强力旋压工艺也有所发展，如美国Ｓａｒｇｅｎｔ公司旋制了直径３米，长６.７米的原子反应堆零件，欧美许多汽车公司都设置了用强力旋压生产载重汽车变厚度轮毂的自动线，有些公司还用强力旋压直接生产了高精度细长的缸体。

典型成果和产品：美国研制的“绿色巨人”立式三旋压轮旋压机，高１２.２米，可旋直径２２８０到４０６０毫米，长到６１００毫米的工件，成功地用于旋压“民兵”、“北极星”导弹壳体；“马枪”导弹氧化剂箱和燃料箱；“短跑”导弹发射管以及民用金属制品，化工压力容器。

８０年代初－－至今

需求动力：航天产品零部件形状变化范围越来越广，精度要求也不断提高，使强力旋压工艺需要进一步扩大功能、提高质量、降低成本，并与其他成形工艺相结合，向更高精度和自动化方向发展。

主要特点：八十年代初国外强力旋压工艺已进入完善提高阶段，许多国家都广泛地采用了强旋技术，其中美国在航空航天产品零部件加工领域应用得最多，前西德在民用工业上应用较多，但也用于军事工业产品的加工。国外旋压设备向大型化、强力化、多用途和自动化发展，生产旋压机床的主要国家有美国、前西德、日本、前苏联、法国和前东德等等，其中以美国生产的旋压机床为最多，制造能力最强，多为大型化、强力化设备，前西德制造能力仅次于美国，但使用小型旋压设备较多。

强力旋压材料包括铝合金、铜合金、软钢、３００系和４００系不锈钢、镍合金、超高强度钢、高温合金、钛合金、钨、钼、铌、锆等难熔金属等。强力旋压工艺也广泛而有效地应用于制造轻重量、高强度的圆筒、圆锥件、半球件、双曲线形、环形、拉瓦尔管形以及带凸筋的筒件和管件等等。

(二)现有水平及发展趋势

强力旋压是近年来迅速发展的一种近无余量加工方法,它无切削加工,无材料损耗,经济效益十分显著,在国外军事和民用工业领域得到了相当广泛的应用。

随着飞机、导弹、航天器产品性能的不断发展,强力旋压技术在航空航天工业中越来越占据重要地位。美国早在六七十年代几乎所有的航空航天公司就已装备了不同类型的强力旋压机床来改进原来的导弹制造工艺。如“宇宙神”洲际导弹的Ti-6Al-4V钛合金球形气瓶的两个半球件是热旋压成形的,每块坯料的旋压成形时间为3-5分钟,采用旋压方法与一般锻造/机加方法相比,可降低成本25-35%,交付时间大大缩短。航天飞机的多次起动的小型再生冷却式发动机镍壳体是由6.35mm×609.6mm×2438.4mm的TD镍板经热旋压而成的,在其表面上用放电成形方法制冷却液流槽并用电铸法在槽上铸成镍外壳构成再生冷却式燃烧室。与管束式发动机的工艺相比,该方法比较简单。目前航空航天强力旋压产品仍向筒形件、锥形件、半球件、异形件、燃烧室、尾喷管、管件发展,不断提高精度、降低成本,并与其他工艺联合应用,如冲压-旋压、挤压-旋压联合工艺等。

国外强力旋压设备正不断向大型化、强力化、多用途和自动化发展。旋压机床先有卧式再有立式,卧式机床由中、小型发展到大型,立式机床则由中、大型发展到大型和小型,如前西德莱费尔德公司生产的最大的VDM6000E型立式旋压机,主轴功率200/250千瓦,加工直径6m,加工钢板厚度30mm。旋压机控制系统也在不断发展,旋轮座操纵由液压发展为数控,主轴变速从有级发展到无级,并开发了多旋轮回转架旋压机。加工大直径零件所需的电视监控系统和壁厚超声波自动测量装置在旋压机上得到应用,数控和计算机控制正逐步推广应用于旋压控制系统,示教录返型旋压机也将适当发展。

国外强力旋压工艺应用较普遍的国家有美国、前西德、日本、前苏联、法国和前东德等。其中美国制造旋压机床的能力最强,产量最大,在航空航天领域应用也最多。如“民兵”固体导弹第一级发动机壳体、“大力神ⅢC”固体发动机端盖、登月舱燃料箱封头、航天飞机固体助推器壳体等均采用了强力旋压工艺。美国生产旋压机床的公司主要有洛奇西普莱公司、辛辛那提公司、赫福德公司和Spinncraft公司,其旋压设备倾向于大型化、强力化,如赫福德公司生产的大型立式240型旋压机可旋压直径6米的封头,并且主要应用于航空航天产品零部件的加工。

前西德的强力旋压设备制造能力仅次于美国,主要生产厂家有莱费尔德公司和开灵毫斯公司等。前西德民用工业应用强力旋压工艺较多,使用小型设备也较多,但也用于军事工业产品的加工,如MBB航空航天公司曾旋压出几十种导弹零件。

多旋轮回转架的旋压机有苏联型、西德型和波兰型。其中前苏联研制的多旋轮回转架强力旋压薄壳零件的旋压机可用于大量成批生产薄壳零件,成形能力大大提高。前苏联还开发了冲压－旋压联合工艺等。

(三)主要研究机构

前西德莱费尔德公司(LeifeldCo.)，主攻技术及工程：生产22种规格的旋压机床，包括各种CNC旋压机及多旋轮回转架的旋压机，同时开发研究计算机数控技术用于强旋机床。

前西德开灵毫斯公司(Keilinghaus)，主攻技术及工程：生产各种旋压机床，以及与旋压床配套的各种自动装置。

美国洛奇·西普莱公司(LodgeandShipley)，主攻技术及工程：制造各种强力旋压设备，对强力旋压的工艺参数、变形机理、旋压力、旋压件性能等进行了系统研究。

美国赫福德公司(Hufford)，主攻技术及工程：制造各种大型旋压机床，不断向强力化发展。

变薄旋压-[影响]

强力旋压是一种无切削加工，无材料损耗的工艺方法，可节约昂贵的材料费用达７０￣８０％，制造费用和劳动力可节省６０％，而且旋压工具成本比其他方法使用的工具成本减少１０￣２５％。强力旋压的变形方式便于采用局部加温进行热旋，可用来成形稀有金属、超高强钢、粉末压制或特种铸造的坯料。强力旋压后的工件一般可达到较高的精度和表面光洁度，材料机械性能明显改善，强度可提高20-80%，硬度和疲劳强度也得到提高。

强力旋压也存在局限性，如加工段须为薄壁空心回转体，并有一定长度以保证经济上的合理性；工模具必须使用硬化的高质量材料并经特殊工艺方法处理以承受很大的压力，因而成本较高；对大型件的旋压需大型旋压设备，设备的研制时间较长．投资较大；生产较短的或形状复杂的零件，或小批量生产时成本比较高。

军用效益：随着飞机、导弹、航天器产品性能的不断发展，强力旋压技术在航空航天工业中愈来愈占据重要地位。强力旋压常用于加工导弹壳体、端盖、贮箱封头、鼻锥体、喷管、压力容器的各种球形或园柱形气瓶、管件以及航空发动机喷口、燃烧室锥体、整流罩、压气机盘和涡轮轴等零件，经过这种工艺加工后的零件精度高、光度好、壁厚均匀、回弹小，中小零件的直径和壁厚公差可控制在0.03-0.05mm范围内，表面粗糙度Ra可小于0.8μm，而且由于强力旋压为无切屑加工，可提高材料利用率，降低成本。例如“民兵”固体导弹第一级发动机壳体段改用强力旋压法，便构成发动机壳体D6钢环形锻件由5个减到2个，即用2个经过强力旋压成形的环形锻件就可焊成一个完整的筒壳，使原材料费用降低75%，切削加工费节省80%；登月舱燃料箱封头为2219铝合金，直径1270mm，采用强力旋压工艺后研制周期减缩30%，直接劳动费用减少5%，工具费用减少80%，所需材料减少了80%，每个零件总的费用大约可节省85%。

强旋工艺的优越性使其不仅在飞机、导弹、航天器上得到广泛应用，在兵器、舰艇、原子能等领域也日益普遍，包括鱼雷外壳、潜望镜罩、药形罩、尾管、火箭弹壳体、炮管及反应堆零件等，如美国Sargent公司就采用强力旋压工艺旋制了直径3m，长6.7m的原子反应堆零件。

民用效益：强力旋压技术在车辆、化工、冶金、农业等许多领域的应用日益普及，其典型的部件包括汽车轮缘、轮辐、皮带轮；化工容器、封头、气瓶、真空泵器件；冶金采矿用超宽板、无缝管、矿井支柱以及压力锅、杯、盘、兑酒器等家用器皿。经强旋工艺加工后的零件精度高、光度好、壁厚均匀，中小零件的直径和公差可控制在0.03-0.05mm范围内，表面粗糙度可小于0.8μm，材料节约达20-50%。

变薄旋压-[技术难点]

自动控制技术

难点分析：由机械或液压方式控制的强力旋压机床存在着调整费时,操作不便的问题,而且产品的表面质量有待提高,重复精度不高。

解决方法或途径：1.采用电子监控装置,使产品壁厚、直径、椭圆度和平直度都达到最小公差；2.利用机器人上下料。3.推广数控或计算机控制型机床。4.进一步发展示教录返型旋压机床

旋压的特点是：用很小的变形力可成形很大的工件；使用设备比较简单，中小尺寸的薄板件可用普通车床旋压；模具简单，只需要一块芯模，材质要求低。旋压适用于小批生产,因其只能加工旋转体零件,局限性较大，生产率低。旋压可用专门机械，采用仿形旋压和数字控制旋压。

在旋压成形的同时使板厚减薄的工艺称为变薄旋压,又称强力旋压,多用于加工锥形件、薄壁的管形件等，也可用以旋压大直径的深筒，再剖开后制成平板。

旋压加工的优点是设备和模具都比较简单（没有专用的旋压机时可用车床代替），除可成形如圆筒形、锥形、抛物面形成或其它各种曲线构成的旋转体外，还可加工相当复杂形状的旋转体零件。缺点是生产率较低，劳动强度较大，比较适用于试制和小批量生产。

随着飞机、火箭和导弹的生产需要，在普通旋压的基础上，又发展了变薄旋压（也称强力旋压）。