CN112916706B - 一种薄壁复杂工件的普旋加工方法 - Google Patents

Abstract

一种薄壁复杂工件的普旋加工方法，根据工件外形面轮廓实时调整旋轮座运动，确保在普旋加工过程中旋轮轴线始终垂直于程序设计加工面母线的法线方向，采用“多道次变角度弯曲普旋与第一道次变角度贴模普旋结合”方式成形高精度薄壁复杂旋压结工件。在旋压过程中根据工件外轮廓实时调整旋轮的运动，确保在旋压中旋轮轴线始终垂直于加工面母线的法线方向，进而实现板料弯曲变形的增加、拉薄变形的减小，实现壁厚易拉薄部位的壁厚精确控制。通过采用“多道次旋轮变角度弯曲普旋与第一道次变角度贴模普旋结合”的方式成形高精度薄壁复杂旋压结工件，有效提高薄壁回转体复杂工件的壁厚、形位精度及加工效率，实现板料的精净成形，有效节约原材料。

Description

一种薄壁复杂工件的普旋加工方法

技术领域

本发明涉及旋压制造行业，具体是一种薄壁复杂回转体工件的普通旋压加工方法。

背景技术

随着我国航空、航天等高精制造行业以及国民经济的迅速发展，对薄壁复杂工件的需求也越来越多、越来越迫切，且工件的精度要求也越来越高，例如图1所示某铝合金薄壁复杂回转体工件。

该工件工件材料为3A21铝合金，轴对称薄壁回转体结构，该工件外轮廓母线由AB圆弧段与CD椭球段结合组成，AB圆弧段与CD椭球段通过BC圆弧段光滑过渡连接；其高度为210±0.5mm；最大直径要求为570.6±0.8；A处底部壁厚为3.5±0.3mm；壁厚由A处底部位置的3.5±0.3mm均匀减薄至BC圆弧处的2.5±0.15mm；CD椭球弧段处的壁厚为2.3±0.15mm；CD椭球弧段处的轮廓度要求为不大于0.15mm；该薄壁回转体工件与其他工件的配合间隙要求不大于0.3mm；该薄壁回转体工件具有壁厚较薄且变化均匀、尺寸较大、型面复杂、容易变形、精度要求高等加工难题。

经过调研，市场上类似结构工件的加工主要采取两套方案：1、板料冲压成形，2、板料传统普通旋压成形，上述两种方案存在以下几点不足：

1、采用板料冲压成形，使用3A21板料作为原材料，在冲压过程中，需要制造多套冲压旋压模具，工装成本过高；同时，由于冲压为一次成形，该工件的圆度、跳动以及较高的壁厚精度要求无法得到可靠保证；同时由于冲压时需要压边，板料的下料尺寸远远大于产品尺寸，原材料浪费较为严重，增加了制造成本；薄壁工件冲压成形后，需要转移至数控车床上进行边缘余料切边、表观打磨等工序，需要多套设备、工装，工艺过程复杂。该薄壁回转体工件采用板料冲压成形时冲压机、旋压模具成本较高，原材料浪费严重且工艺过程较为复杂。

2、板料传统普通旋压成形薄壁复杂工件原理如图2所示，现有传统普旋技术成形该薄壁回转体工件主要采用单旋轮或双旋轮同步加工。在传统普旋加工过程中，旋轮一般预先调整一定的角度后固定与旋轮座上，在后续多道次普旋过程中旋轮与旋轮座不再调整角度，并沿预设数控程序完成多道次普旋与终旋道次的贴模旋压加工。由于旋轮及旋轮座角度在加工过程中不再变化，在加工BC圆弧段与CD椭球弧段时，旋轮与板料夹角较小且接触面积较大，板料的切向变形较大，容易出现拉薄现象，因此，产品该位置的壁厚偏差较大且往往超壁厚下差，这时，往往采用增加初始板料毛坯的厚度来保证该位置的壁厚要求，但是，初始板料厚度的增加进一步增大了其他位置的壁厚打磨量，劳动强度增大且材料浪费严重。同时，根据现有相关文献及生产实际经验所知，现有上述传统普旋技术加工该尺寸产品所能达到的精度要求为：壁厚±0.15mm、轮廓度不大于0.30mm，如果需要进一步提高精度，则对旋压设备、工艺参数、旋压模具工装、板料厚度等有较高要求，加之旋压过程中的设备振动、进给不稳、转速波动等不可避免因素也会造成产品精度超差，甚至报废，上述传统普旋工艺方法不适合该高精度工件的大规模、工业化生产。

发明内容

为克服现有技术中存在的加工精度低、原材料浪费严重的不足，本发明提出了一种薄壁复杂工件的普旋加工方法。

本发明中，所述工件为轴对称薄壁回转体。该工件的外轮廓由圆弧段、过渡段和椭圆弧段组成；轴向长度为210mm。以该工件的轴对称线为中心线。

本发明提出的普旋加工的具体过程是：

步骤1，加工前的准备：

所述准备工作包括旋压机的选择、旋压模具的准备和旋轮的准备。

所述旋压模具的外型面轮廓与所加工薄壁回转体工件的内型面相同，并使该旋压模具的外廓尺寸比所加工薄壁回转体工件的外廓尺寸大30～50mm。

将该旋压模具安装在数控普旋机的卡盘上，并使旋压模具型面的跳动量≤0.05mm。

所述旋轮圆角半径型面跳动量≤0.05mm。

步骤2，薄壁回转体复杂工件板料毛坯的制备；

步骤3，工件外轮廓母线的分段处理：将待成形工件的外轮廓母线分为AB圆弧段、BC圆弧段和CD椭圆弧段。

所述对工件外轮廓母线分段时，以该工件圆弧段外表面的顶点作为A点，并且该A点处于所述中心线上；该A点为AB圆弧段的起点。使以A点为起点的圆弧段与所述椭圆弧段相交。为使所述圆弧段与椭圆弧段之间光滑过渡，在该圆弧段与椭圆弧段之间做过渡段；该过渡段的一端与所述圆弧段相交形成交点B，另一端与椭圆弧段相交形成交点C；以交点B作为AB圆弧段的终点，同时也是BC圆弧段的起点。以交点C作为BC圆弧段的终点，同时也是CD椭圆弧段的起点。所述椭圆弧段的终点D为工件的端面。

所述CD椭圆弧段通过方程(1)确定：

(x-210)²/220²+(y-330)²/150²＝1 (1)

所述AB段的半径为305mm。BC圆弧段的半径为30mm，该BC圆弧段的圆心坐标为(128.96,159.58)；所述B点距所述中心线的距离为176.99mm；C点处距所述中心线的距离为188.69mm。所述D点距该中心线的距离为285.30mm；

步骤4，多道次普旋加工。对得到的铝合金圆形板料毛坯进行连续第五道次普旋成形；确定多道次普旋加工薄壁回转体工件时各道次的旋轮起旋位置、终止位置和旋轮初始偏转角度。确定旋轮进给速度、旋压机主轴转速和旋压间隙。

所述多道次普旋加工的具体过程是：

Ⅰ第一道次普旋加工。

使用R6/25°双锥面旋轮。所述第一道次普旋加工的起旋点与所述工件的中心线之间的垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；该第一道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

所述旋轮沿着与旋压模具外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至所述第一道次普旋加工的起旋点时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为20°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第一道次的旋压。该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第一道次轨迹。

第一道次普旋加工实现了与工件中心线垂直距离为100mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的20°夹角下的弯曲成形。

Ⅱ第二道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮。该第二道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线之间的垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；该第二道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

所述第二道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至所述工件中心线垂直距离为170mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为35°；所述旋轮持续运动至第二道次普旋加工终止位置后停止，完成第二道次的旋压。该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第二道次轨迹。

所述第二道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为170mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的35°夹角下的弯曲成形。

Ⅲ第三道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮。

第三道次普旋加工时，该第三道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线之间的垂直距离为150mm、旋压间隙为2.6mm；该第三道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

所述第三道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.6mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为215mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为47°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第三道次的旋压。该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第三道次轨迹。

第三道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为150mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69至215mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的47°夹角下的弯曲成形。

Ⅳ第四道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮。

第四道次普旋加工时，该第四道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线垂直距离为170mm、旋压间隙为2.4mm；该第四道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

第四道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为240mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为60°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第四道次的旋压。该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第四道次轨迹。

所述第四道次普旋加工实现了距离与所述工件中心线垂直距离为170mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69mm至240mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的60°夹角下的弯曲成形，进一步的普旋成形减小了与所述工件中心线垂直距离为240mm范内的工件的贴膜程度，提高了该范围内工件的成形精度。

Ⅴ第五道次普旋加工：使用R6/25°双锥面旋轮。

第五道次普旋加工时，该第五道次普旋加工的起旋点为距离与所述工件中心线垂直距离为200mm、旋压间隙为2.2mm；该第五道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为290mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为30°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第五道次的旋压。该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第五道次轨迹。

所述第五道次普旋加工实现了与工件中心线垂直距离为200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及工件一定切边余量的普旋成形，进一步提高了该200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的贴膜程度。

步骤5、精修；

至此，完成薄壁回转体复杂工件的普旋加工。

所述第五道次普旋加工中，第一道次普旋加工的旋压机主轴转速为300r/min，旋轮的进给速度为350mm/min。第二道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为350mm/min。第三道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为300mm/min。第四道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为280mm/min。第五道次普旋加工的旋压机主轴转速设定为400r/min，旋轮进给速度设定为250mm/min。

本发明在薄壁复杂回转体工件普通旋压过程中根据成形工件外形面轮廓实时调整旋轮座的运动，确保在普旋加工过程中旋轮轴线始终垂直于程序设计加工面母线的法线方向，采用“多道次变角度弯曲普旋与第一道次变角度贴模普旋结合”的方式成形高精度薄壁复杂旋压结工件。

本发明能够实时调整角度的数控普旋机，具体是在薄壁复杂回转体工件普通旋压过程中根据成形工件外形面轮廓实时调整单旋轮或两旋轮旋轮座的运动，确保在普旋过程中旋轮轴线始终垂直与程序设计加工面母线的法线方向，进而实现板料弯曲变形的增加、拉薄变形的减小，进而实现传统普旋加工时壁厚易拉薄部位的壁厚精确控制，通过采用“多道次旋轮变角度弯曲普旋与第一道次变角度贴模普旋结合”的方式成形高精度薄壁复杂旋压结工件。

本发明结合了传统普旋成形、钣金弯曲成形与钣金剪切成形原理，提出的一种新型普旋加工方法，通过数控程序实时调整单旋轮或两旋轮旋轮座的运动，确保在每道次普旋过程中旋轮轴线始终垂直于设计加工面母线的法线方向，这时，旋轮的运动方向始终为板料弯曲流动方向且受力最大，且金属板料变形及切向流动最容易，由于板料弯曲变形的增加以及拉薄变形的减小，在传统普旋加工时壁厚易拉薄部位的壁厚更容易实现精确控制，进而成形高精度薄壁复杂旋压结工件。本发明所述板料普通旋压成形薄壁复杂工件原理如附图3所示。

本发明通过对工件外轮廓母线进行分段处理后，明确了工件外轮廓各段组成部分母线的起点、终点；所述各个起点、终点均为工件金属板料变形较为复杂区域，在板料弯曲、拉伸、贴膜普旋加工过程中各个起点、终点区域容易出现金属板料变形失温现象，导致拉裂、起皱、起皮等加工质量问题，严重时，甚至会造成旋压设备的损坏；因此，需要对工件外轮廓母线进行分段处理，在后续在编制数控普旋程序时，各道次程序的起始点、停止点应当避免与所述工件外轮廓母线各段起点、终点重合，确保普旋加工过程稳定。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

1.本发明所述方法在每道次普旋过程中旋轮轴线始终垂直于道次加工面母线的法线方向，该状态时变形区域金属板料受最大的剪切力，流动更容易。经过试旋压加工的实时检测，采用本发明方法成形所述的薄壁复杂型面回转体工件BC圆弧段时，所需最大旋压力为5吨，而采用传统普旋加工方法加工该薄壁复杂回转体工件BC圆弧段时，所需最大旋压力为8吨，旋压力降低37.5％；采用本发明方法成形所述的薄壁复杂型面回转体工件CD椭球弧段时，所需最大旋压力为4吨，而采用传统普旋加工方法加工该薄壁复杂回转体工件CD椭球弧段时，所需最大旋压力为6吨，旋压力降低33.3％；

2.本发明所述方法在每道次普旋过程中旋轮轴线始终垂直于道次加工面母线的法线方向，一定时间内参与变形的金属体积最小，且金属堆积较小，表面质量更好。同时由于变形力更小，可用吨位较小的普旋机加工尺寸更大、壁厚更厚的工件。采用传统普旋加工方法，最大旋压力10吨、最大加工直径800mm的数控普旋机可加工的3A21铝合金薄壁复杂回转体工件最大壁厚为6.5mm，采用本发明方法可加工的3A21铝合金薄壁复杂回转体工件最大壁厚为10mm，加工能力提升53.8％；

3.在加工过程板料弯曲变形增加、拉薄变形减小，壁厚更容易实现精确控制；经过试旋压加工的两件产品尺寸及精度的检测数据可知，采用本发明方法成形的薄壁复杂型面回转体工件BC圆弧段壁厚精度可达±0.05mm，CD椭球弧段壁厚精度可达±0.05mm，CD椭球弧段轮廓度≤0.1mm，该工件与其他部件的装配间隙≤0.1mm；而采用传统普旋加工方法加工该薄壁复杂回转体工件BC圆弧段壁厚精度为±0.25mm，CD椭球弧段壁厚精度可达±0.25mm，CD椭球弧段轮廓度≥0.25mm，该工件与其他部件的装配间隙≥0.25mm；壁厚精度提升80％、CD椭球弧段轮廓度精度提升60％、与其他部件的装配精度提升60％；

4.在加工过程板料弯曲变形增加、拉薄变形减小，可使用更接近于产品壁厚要求的板料成形薄壁复杂旋压结工件，原材料利用高；经过试旋压加工的两件产品尺寸及精度的检测数据可知，采用本发明方法成形的薄壁复杂型面回转体工件下料尺寸为600mm，而采用本发明方法成形的薄壁复杂型面回转体工件下料尺寸为650mm。原材料利用率提高7.69％；

5.加工过程板料弯曲变形增加、拉薄变形的减小，在采用传统普旋加工时壁厚易拉薄部位的壁厚更容易实现精确控制，可用于成形更高精度薄壁复杂旋压结工件，产品合格品率显著提升，节约了成本；经过统计，采用本发明方法成形加工的25件薄壁复杂型面回转体工件产品均为合格产品，合格品率100％，而采用传统普旋方法成形的20件薄壁复杂型面回转体工件产品，合格产品为8件，合格品率40％。产品合格品率提升60％％；节约成本6万元；

本发明能够有效提高薄壁回转体复杂工件的壁厚、形位精度及加工效率，可实现板料的精净成形，有效节约原材料成本。

附图说明

图1是某铝合金薄壁复杂回转体工件。

图2是板料传统普通旋压成形薄壁复杂工件原理图。

图3是本发明所述板料普通旋压成形薄壁复杂工件原理图。

图4是本发明的流程图。

图中：1.旋压模具；2.工件；3.旋轮；4.板料；5.第一道次轨迹；6.第二道次轨迹；7.第三道次轨迹；8.第四道次轨迹；9.第五道次轨迹。

具体实施方式

本实施例是用单旋轮多道次普旋加工薄壁复杂回转体工件，所加工工件的结构如图1所示。工件材料为3A21铝合金、轴对称薄壁回转体结构。该工件2的外轮廓由圆弧段、过渡段和椭圆弧段组成；轴向长度为210mm。所述圆弧段的半径为305mm。

本实施例的具体过程是：

步骤1，加工前的准备：

所述准备工作包括旋压机的选择、旋压模具1的准备和旋轮3的准备。

Ⅰ旋压机的选择。按常规方法，根据待加工产品的尺寸及变形力，选择能够满足工件2最大加工直径、主轴转速、进给速度与旋压力的普旋机，且该普旋机具备各旋轮座独立转动、进给功能，能够实现普旋过程中单旋轮或两旋轮轴向、径向进给以及实时角度调整的方法进行板料4普旋加工。本实施例中，选择PS-CNC1500HD数控普旋机，该普旋机最大加工直径1000mm，最大旋压力10T，单旋轮，最大主轴转速2500r/min，可加工的最大3A21铝合金板料厚度为10mm。

Ⅱ旋压模具的准备。该旋压用旋压模具采用45#钢，调质硬度HRC33-38，经整体铸造、热处理后机加成形。该旋压模具的外型面轮廓与所加工薄壁回转体工件的内型面相同，并使该旋压模具的外廓尺寸比所加工薄壁回转体工件的外廓尺寸大30～50mm。在该旋压模具的最大外径处的非工作面部位沿周向均布四个吊装螺纹孔。

将该旋压模具安装在PS-CNC1500HD数控普旋机的卡盘上。安装到位后，要求旋压模具工作面型面跳动≤0.05mm。

Ⅲ旋轮的准备。将旋轮安装在数控普旋机旋轮架上。要求旋轮圆角半径型面跳动≤0.05mm。

步骤2，薄壁回转体复杂工件板料毛坯的制备。

通过板料划线、下料、机加，加工出直径为600mm的圆形板料毛坯，厚度为3.5mm。

步骤3，工件外轮廓母线的分段处理：通过对工件外轮廓母线进行分段处理后，明确了工件外轮廓各段组成部分母线的起点、终点；所述各个起点、终点均为工件金属板料变形较为复杂区域，在板料弯曲、拉伸、贴膜普旋加工过程中各个起点、终点区域容易出现金属板料变形失温现象，导致拉裂、起皱、起皮等加工质量问题，严重时，甚至会造成旋压设备的损坏；因此，需要对工件外轮廓母线进行分段处理，在后续在编制数控普旋程序时，各道次程序的起始点、停止点应当避免与所述工件外轮廓母线各段起点、终点重合，确保普旋加工过程稳定。

对待成形工件2的外轮廓母线分段。

以该工件的轴对称线为中心线，以该工件圆弧段外表面的顶点作为A点，并且该A点处于所述中心线上；该A点为最终确定工件普旋成形高度的点，同时也是普旋加工时的数控程序起点。

该圆弧段的终点与所述椭圆弧段相交。为使所述圆弧段与椭圆弧段之间光滑过渡，在该圆弧段与椭圆弧段之间做过渡段；该过渡段的一端与所述圆弧段相交形成交点B，另一端与椭圆弧段相交形成交点C。该椭圆弧段的终点D为工件的端面。

通过所述分段处理，得到该工件外轮廓母线的AB圆弧段、BC圆弧段和CD椭圆弧段；AB段的半径为305mm。

BC圆弧段的半径为35mm。该BC圆弧段的圆心坐标为(128.96,159.58)。所述B点距所述中心线的距离为176.99mm；C点处距所述中心线的距离为188.69mm。

CD椭圆弧段通过方程(1)确定：

(x-210)²/220²+(y-330)²/150²＝1 (1)

所述D点距该中心线的距离为285.30mm；

综上，则该工件外轮廓母线由AB圆弧段与CD椭球段结合组成，AB圆弧段与CD椭球段通过BC圆弧段光滑过渡连接；工件的轴向长度为210±0.5mm；最大直径为570.6±0.8mm；A点为工件底部，该点处壁厚为3.5±0.3mm；壁厚由A点位置的3.5±0.3mm均匀减薄至B点位置的2.5±0.15mm；BC圆弧处的壁厚为2.5±0.15mm；CD椭球弧段处的壁厚为2.3±0.15mm；CD椭球弧段处的轮廓度≤0.15mm。该薄壁回转体工件与其他工件的配合间隙≤0.15mm。

步骤4，多道次普旋加工。

对得到的铝合金圆形板料毛坯进行连续第五道次普旋成形，

确定薄壁回转体工件多道次普旋加工时，各道次的旋轮起旋位置、终止位置和旋轮初始偏转角度。

确定旋轮进给速度、旋压机主轴转速和旋压间隙。

本实施例采用单旋轮经过第五道次普旋成形产品的最终外轮廓母线。在普旋加工过程中旋轮轴线始终垂直于所设计的每道次旋轮运动轨迹曲线的法线方向，经第五道次连续普旋成形加工得到满足工件最终外轮廓母线要求的薄壁回转体复杂工件。

所述多道次普旋加工的具体过程是：

Ⅰ第一道次普旋加工。

使用R6/25°双锥面旋轮3。该旋轮3的起旋点与所述工件中心线垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮3的初始偏转角为0°，使旋轮3轴线与A点切线方向平行。

旋轮3沿着与旋压模具1外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至与工件中心线垂直距离为100mm处时，使旋轮3的轴线与该A点切线之间形成20°夹角，持续运动至终止位置后停止，完成第一道次的旋压。该旋轮3的旋压过程所形成的轨迹为第一道次轨迹5。第一道次普旋加工实现了与工件中心线垂直距离为100mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的20°夹角下的弯曲成形，为后续进一步的弯曲实现了预成形，降低了板料后续道次弯曲成形难度。

第一道次普旋加工时，旋压机主轴转速为300r/min，旋轮3的进给速度为350mm/min。

Ⅱ第二道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮3。该旋轮3的起旋点与所述工件中心线垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮3的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

第二道次普旋加工时，旋轮3沿着与旋压模具1外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为170mm处时，使旋轮3的轴线与该A点切线之间形成35°夹角，持续运动至终止位置后停止，完成第二道次的旋压。该旋轮3的旋压过程所形成的轨迹为第二道次轨迹6。第二道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为170mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的35°夹角下的弯曲成形，为后续进一步的BC圆弧段普旋成形实现了预成形，降低了板料后续道次弯曲成形难度以及BC圆弧段开裂、起皱、起皮风险。

第二道次普旋加工时，旋压机主轴转速为400r/min，旋轮3的进给速度为350mm/min。

Ⅲ第三道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮3。

第三道次普旋加工时，旋轮3的起旋点与所述工件中心线垂直距离为150mm、旋压间隙为2.6mm；终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮3的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

普旋加工时，旋轮3沿着与旋压模具外轮廓面2.6mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为215mm处时，使旋轮3的轴线与该A点切线之间形成47°夹角，持续运动至终止位置后停止，完成第三道次的旋压。该旋轮3的旋压过程所形成的轨迹为第三道次轨迹7。第三道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为150mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69至215mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的47°夹角下的弯曲成形，为后续进一步的CD椭圆弧段普旋成形实现了预成形，降低了板料后续道次弯曲成形难度。

第三道次普旋加工时，旋压机主轴转速为400r/min，旋轮3的进给速度为300mm/min。

Ⅳ第四道次普旋加工。使用R6/25°双锥面旋轮3。

第四道次普旋加工时，旋轮3的起旋点与所述工件中心线垂直距离为170mm、旋压间隙为2.4mm；终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮3的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

普旋加工时，旋轮3沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为240mm处时，使旋轮3的轴线与该A点切线之间形成60°夹角，持续运动至终止位置后停止，完成第四道次的旋压。该旋轮3的旋压过程所形成的轨迹为第四道次轨迹8。第四道次普旋加工实现了距离与所述工件中心线垂直距离为170mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69mm至240mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的60°夹角下的弯曲成形；第四道次进一步的普旋成形减小了与所述工件中心线垂直距离为240mm范内的工件的贴膜程度，提高了该范围内工件的成形精度，同时为后续进一步的CD椭圆弧段普旋成形实现了预成形，降低了板料后续道次弯曲成形、贴膜成形难度。

第四道次普旋加工时，旋压机主轴转速为400r/min，旋轮3的进给速度为280mm/min。

Ⅴ第五道次普旋加工：

使用R6/25°双锥面旋轮3。

第五道次普旋加工时，旋轮3的起旋点为距离与所述工件中心线垂直距离为200mm、旋压间隙为2.2mm；终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处。该旋轮3的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行。

普旋加工时，旋轮3沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为290mm处时，使旋轮3的轴线与该A点切线之间形成30°夹角，持续运动至终止位置后停止，完成第五道次的旋压。该旋轮3的旋压过程所形成的轨迹为第五道次轨迹9。第五道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及工件一定切边余量的普旋成形；第五道次进一步的普旋成形实现了与所述工件中心线垂直距离为200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的贴膜程度，对工件型面进行了修整，提高了工件的成形精度。

第五道次普旋加工时，旋压机主轴转速设定为400r/min，旋轮3进给速度设定为250mm/min。

步骤4、精修：

按图纸切除翻边余料，车修工件，打磨壁厚及内外表面，得到满足工件最终外轮廓母线要求的薄壁复杂回转体工件。

至此，完成薄壁回转体复杂工件的普旋加工。

表1某回转体产品检测数据对比表

Claims (8)

1.一种薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于，所述工件为轴对称薄壁回转体；该工件的外轮廓由圆弧段、过渡段和椭圆弧段组成；轴向长度为210mm；以该工件的轴对称线为中心线；

普旋加工的具体过程是：

步骤1，加工前的准备：

准备工作包括旋压机的选择、旋压模具的准备和旋轮的准备；

步骤2，薄壁回转体复杂工件板料毛坯的制备；

步骤3，工件外轮廓母线的分段处理：

将待成形工件的外轮廓母线分为AB圆弧段、BC圆弧段和CD椭圆弧段；

步骤4，多道次普旋加工：

对制备的铝合金圆形板料毛坯进行连续五道次普旋成形；

确定多道次普旋加工薄壁回转体工件时各道次的旋轮起旋位置、终止位置和旋轮初始偏转角度；确定旋轮进给速度、旋压机主轴转速和旋压间隙；

所述多道次普旋加工的具体过程是：

Ⅰ第一道次普旋加工；

所述第一道次普旋加工的起旋点与所述工件的中心线之间的垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；该第一道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处；

该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行；

所述旋轮沿着与旋压模具外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至所述第一道次普旋加工的起旋点时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为20°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第一道次的旋压；该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第一道次轨迹；

Ⅱ第二道次普旋加工；

该第二道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线之间的垂直距离为10mm、旋压间隙为3.5mm；该第二道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处；该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行；

所述第二道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面3.5mm的等距运动轨迹运动至所述工件中心线垂直距离为170mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为35°；所述旋轮持续运动至第二道次普旋加工终止位置后停止，完成

第二道次的旋压；该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第二道次轨迹；

Ⅲ第三道次普旋加工；

第三道次普旋加工时，该第三道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线之间的垂直距离为150mm、旋压间隙为2.6mm；该第三道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处；该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行；所述第三道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.6mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为215mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为47°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第三道次的旋压；

该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第三道次轨迹；

Ⅳ第四道次普旋加工；

第四道次普旋加工时，该第四道次普旋加工的起旋点与所述工件中心线垂直距离为170mm、旋压间隙为2.4mm；该第四道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处；该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行；

第四道次普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为240mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为60°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第四道次的旋压；该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第四道次轨迹；

Ⅴ第五道次普旋加工：

第五道次普旋加工时，该第五道次普旋加工的起旋点为距离与所述工件中心线垂直距离为200mm、旋压间隙为2.2mm；该第五道次普旋加工的终止位置为距离板料毛坯外缘50mm处；该旋轮的初始偏转角为0°，使旋轮轴线与A点切线方向平行；普旋加工时，旋轮沿着与旋压模具外轮廓面2.4mm的等距运动轨迹运动至与所述工件中心线垂直距离为290mm处时，使旋轮的轴线与所述A点切线之间的夹角为30°；所述旋轮持续运动至终止位置后停止，完成第五道次的旋压；该旋轮的旋压过程所形成的轨迹为第五道次轨迹；

步骤4、精修；

至此，完成薄壁回转体复杂工件的普旋加工。

2.如权利要求1所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于，所述加工前的准备中，所述旋压模具的外型面轮廓与所加工薄壁回转体工件的内型面相同，并使该旋压模具的外廓尺寸比所加工薄壁回转体工件的外廓尺寸大30～50mm；将该旋压模具安装在数控普旋机的卡盘上，并使旋压模具型面的跳动量≤0.05mm；所述旋轮圆角半径型面跳动量≤0.05mm。

3.如权利要求1所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于，对工件外轮廓母线分段时，以该工件圆弧段外表面的顶点作为A点，并且该A点处于所述中心线上；该A点为AB圆弧段的起点；使以A点为起点的圆弧段与所述椭圆弧段相交；为使所述圆弧段与椭圆弧段之间光滑过渡，在该圆弧段与椭圆弧段之间做过渡段；该过渡段的一端与所述圆弧段相交形成交点B，另一端与椭圆弧段相交形成交点C；以交点B作为AB圆弧段的终点，同时也是BC圆弧段的起点；以交点C作为BC圆弧段的终点，同时也是CD椭圆弧段的起点；所述椭圆弧段的终点D为工件的端面。

4.如权利要求3所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于：所述CD椭圆弧段通过方程(1)确定：

(x-166)²/210²+(y-195)²/150²＝1(1)。

5.如权利要求3所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于：所述AB圆弧段的半径为305mm；BC圆弧段的半径为30mm；所述交点B距所述中心线的距离为176.99mm；交点C距所述中心线的距离为188.69mm；所述终点D距该中心线的距离为285.30mm。

6.如权利要求1所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于：五个道次普旋加工中，第一道次普旋加工的旋压机主轴转速为300r/min，旋轮的进给速度为350mm/min；第二道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为350mm/min；第三道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为300mm/min；第四道次普旋加工的旋压机主轴转速为400r/min，旋轮的进给速度为280mm/min；第五道次普旋加工的旋压机主轴转速设定为400r/min，旋轮进给速度设定为250mm/min。

7.如权利要求1所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于，五个道次的普旋加工中，所使用的旋轮均为R6/25°双锥面旋轮。

8.如权利要求1所述薄壁复杂工件的普旋加工方法，其特征在于：

第一道次普旋加工实现了与工件中心线垂直距离为100mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的20°夹角下的弯曲成形；

所述第二道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为170mm范围的部分AB圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的35°夹角下的弯曲成形；

第三道次普旋加工实现了与所述工件中心线垂直距离为150mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69至215mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的47°夹角下的弯曲成形；

所述第四道次普旋加工实现了距离与所述工件中心线垂直距离为170mm至176.99mm范围的部分AB圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为176.99mm至188.69mm范围的BC圆弧段、与所述工件中心线垂直距离为188.69mm至240mm范围的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及板料与A点切线之间的60°夹角下的弯曲成形，进一步的普旋成形减小了与所述工件中心线垂直距离为240mm范内的工件的贴膜程度；

所述第五道次普旋加工实现了与工件中心线垂直距离为200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的普旋成形以及工件一定切边余量的普旋成形，进一步提高了该200mm至285.3mm范围内的部分CD椭圆弧段的贴膜程度。