薄壁錐形件加工工藝改進

福建兵工裝備有限公司(永安 366032）朱君力

軸對稱空心錐形件廣泛應用于軍工產品，在民用產品中也時有見到，如彈藥中的整流罩及內錐罩、風機中的噴管等。軍品中的錐形件通常具有壁厚薄、錐孔深、尺寸精度高、力學性能好等特點或性能要求。如圖1中的內錐罩，要求采用高強度鋁合金2A12材料制成，其壁厚均為0.850－0.14mm，要求零件不得有裂紋、氣泡、變形等缺陷。

為了在滿足內錐罩的性能及尺寸要求的前提下，能有效節約材料成本，降低勞動強度，提高生產效率，滿足批量生產要求，我們對該零件的加工工藝方法進行了不斷改進及探索。本文對錐形件加工傳統工藝方法進行了介紹，對內錐罩的擠壓及旋壓工藝方法進行分析，確定了內錐罩改進工藝方案，完成了工藝設計，并提出了旋壓過程中的注意事項。

1.傳統工藝方法及問題

(1)車削加工 用直徑100mm、長度為215mm的原材料逐步車削成形。該加工工藝容易控制，能獲得較高的合格率，但材料消耗大、工序繁多、生產率低、勞動強度大、生產成本高。

(2)鑄造成形 2A12是一種高強度硬鋁，抗拉強度σb≥420MPa，屈服強度 σs≥265MPa，伸長率δ≥10%，可進行熱處理強化，有很好的鑄造性。該工藝方法材料消耗小、生產效率高，但壓鑄成型的零件極易產生以下缺陷:沿開模方向鑄件表面呈線性條狀的拉傷痕跡;金屬液與模具表面粘合，導致鑄件表面缺料;鑄件表面易出現氣孔或由于零件壁薄引起的變形、裂紋等缺陷。因此，內錐罩采用壓鑄成型方法難以滿足產品的尺寸及性能要求。

2.改進加工工藝方法探討

針對內錐罩采用機加及鑄造成型方法存在的不足，我們對內錐罩的沖壓方案進行了不斷探索及試驗，提出了如下工藝路線:下料→一次沖壓→退火→二次沖壓→退火→三次沖壓→退火→四次沖壓→淬火→時效→機加。由于受到沖壓次數、沖壓精度及生產成本等多因素的制約，經四次沖壓后毛坯壁厚仍達到8～10mm，需對毛坯的內、外形進行機加才能滿足零件尺寸要求。采用該方案制造的內錐罩，材料成本有明顯降低，但綜合成本較機加工方案并無優勢。

隨著科技的發展和國防建設的需要，旋壓技術已得到廣泛的應用。變薄旋壓工藝的成形過程是通過尾頂將毛坯夾緊，芯模帶動坯料旋轉，旋輪碾壓坯料作進給運動，使毛坯連續逐點地變薄并貼靠芯模而成為所需要的工件。該工藝方法適用于薄壁筒形件和錐形件的制造，且加工精度好，生產效率高。內錐罩屬錐形件，采用的2A12材料塑性較好，金相組織均勻，有利于冷旋壓塑性變形。但該零件口部有一直臺，頭部為球頭過渡，僅通過旋壓加工難以實現。

綜合分析了沖壓及旋壓工藝的特點，結合其在錐形件加工中的應用情況，根據內錐罩的形狀、尺寸及性能要求，提出了采用旋壓、車削、沖壓拉伸相結合的工藝方案制造該零件，充分發揮旋壓及沖壓拉伸的優勢。

3.改進加工工藝設計

(1)下料 選4mm厚2A12鋁合金板，沖壓成φ163mm的圓片。

(2)預形件壓制 將圓片沖壓成如圖2所示預形件。

(3)一次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.06mm，主軸轉速450r/min，旋輪進給量0.08mm/r，控制壁厚尺寸2.25mm、錐體母線長度90mm， 圓 角SR9.15mm及角度尺寸 66°由芯模保證，如圖3所示。

(4)二次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.05mm，主軸轉速450r/min，旋輪進給量0.07mm/r，控制壁厚尺寸 (1.30±0.05)mm、錐體母線長度138mm，圓角SR9.15mm及角度尺寸38°由芯模保證，如圖4所示。

圖2

圖3

圖4

(5)三次旋壓 保證芯模徑向跳動不大于0.03mm，主軸轉速450r/min，旋輪進給量0.06mm/r，控制壁厚尺寸0.85mm、錐體母線長度215mm，圓角SR9.15mm及角度尺寸23°±10'由芯模保證，如圖5所示。

(6)切口 將工件裝入定位轉軸，用內錐面定位，芯模頂緊，切除工件口部，控制錐體母線長度213mm，如圖6所示。

(7)車球頭 工件以內錐面定位，套在芯模上，擰緊鎖緊螺母，車球頭 SR10mm，保證球頭壁厚0.85mm，與錐體母線圓弧過渡，如圖7所示。

圖5

圖6

圖7

(8)沖壓拉伸直臺 內錐罩拉伸模工作主體部分如圖8所示，在工件口部外表面涂抹適量拉伸油，放入凹模內，在內錐面套上壓料圈 (用于防止內表面出現波浪形的皺紋)，開啟液壓拉伸油壓機，工件內部材料受擠壓沿凸模形成內直臺φ93.2+0.220mm及圓角R15mm，外部材料受縱向壓力沿凹模拉伸成外直臺φ94.9mm。

(9)車總長 借用圖6所示夾具，去除工件直臺多余部分，控制總長208.2+0.320mm，保證內、外直臺長度15mm、15.1mm。

4.旋壓過程中的注意事項

(1)工件旋壓前須涂少量潤滑油;旋壓過程摩擦劇烈，必須采用柴油冷卻及潤滑工件，以免影響產品的直線度。

圖8

(2)注意觀察工件表面粗糙度，及時拋光旋輪表面，防止工件表面出現起皮、波紋等缺陷。

(3)如遇工件尺寸超差，須及時調整旋輪與芯模的間隙。

(4)靠模板必須與芯模軸線平行。

5.結語

采用旋壓、車削、沖壓拉伸等相結合的方法制造內錐罩，是一種復雜的技術方案，實踐證明采用該方案能顯著節省材料，提高生產效率及零件質量，降低生產成本，具有很強的先進性、實用性和經濟性，對類似薄壁錐形件的生產也具有一定的指導作用。