旋压技术在汽车零件制造成形中的应用

孟凡奎

摘 要：目前，汽车作为便利的代步工具，已成为人们生活的重要一部分。随着我国现代化建设的快速发展，人们对于交通工具的要求越来越高，对于汽车制造业也提出了更高的要求，旋压技术逐渐在汽车零件制造成形中熟练应用，以提升国内汽车生产质量，满足人们的需求。文章将对旋压技术及其原理进行简要分析，进而讨论旋压技术在汽车零件制造成形过程中的实际应用，为旋压技术在汽车制造领域得推广提供借鑒。

关键词：旋压技术；汽车；零件制造；应用

1 前言

当前社会之中，汽车对于人们的重要性是不言而喻的，所以汽车零件在人们的日常生活之中也是经常被接触的。但是一些汽车零件制造过程之中的技术就不是那么的被人们所了解，本文旨在阐述旋压技术在汽车零件制造的过程之中的应用。希望能够给予大家一些新的启发。

2 旋压技术概述

随着技术的进步及社会的发展，我国汽车保有量急剧增加，到2015年已达到6800万辆左右，汽车制造业成为我国制造业发展的重要支柱。同时，为紧跟经济发展的步伐，我国对汽车制造业提出了更高的要求，要求不断提高汽车及其零部件的制造水平，提升国产汽车的质量。而旋压技术，这种无切削的加工工艺，不仅能够保证汽车零部件在制造成形中保持较高的强度，同时能够保证成形零部件壁厚均匀，零件符合标准化程度，特别适用于性能好、档次高的各类机动车辆的零部件加工制造。

日本是首个研制出旋压机床并将旋压技术广泛应用到汽车排气管等零部件的生产实践中的国家。随后各国开始对旋压成形技术进行探索研究，2004年，德国开发研制出非圆形零部件的数控旋压成形技术，成功用于椭圆形零部件的制造中；美国开发出第一台非圆形截面零部件的全数控旋压机床。旋压技术不断地发展，从单一形状零部件加工逐渐发展为几何形复杂化零部件的精准制造成形。在汽车制造领域得到了广泛的应用。

金属旋压成形技术，即旋压技术，是一种通过旋转将受力从点传递到线、面，并结合一定方向的受力，使金属块件延受力方向均匀变形的先进工艺。旋压技术主要利用金属材料的塑性变形和流动变形性能处理的一种复杂过程。因此，只有具有一定塑性变形或流动性的金属材料才能够使用旋压技术处理成形。目前，我国所采用的旋压成形技术是强力旋压和普通旋压相结合的处理技术。

2.1 旋压技术的主要装备

旋压技术应用装备主要包括整形与整修模具、旋轮与芯模两大部分。

整形与整修模具是指对于金属材料的处理过程中的形状处理及修整的模具。旋压技术能够通过整形模具对金属毛胚进行固定，确定材料轴度及平面度，以保证零部件加工质量以及零件尺寸的精度；能够通过整修模具，对旋压初处理后的部件边缘进行精确修整，保证零部件的平整程度。

旋轮与芯模是指旋转部件的主要组成设备，是保证旋压技术精度的关键。旋轮能够决定旋压皮带轮的尺寸以及轮槽的形状。另外，因为旋压机床在工作时，会与金属毛胚接触受到较大的摩擦力，从而产生较高温度，造成机械旋轮损伤。因此，为保证旋压机床正常运行，需要保证旋压材料具有较高的强度、硬度、韧性和耐磨性。

2.2 旋压技术的分类

旋压技术有多种分类方式。主要分类方式，即按照零部件的形状分类。

旋压技术可分为轴对称旋压和非轴对称旋压。轴对称旋压是传统型的一种旋压技术，主要包括普通旋压和强力旋压。普通旋压在制造成形过程中，不会改变零部件的原始形状、尺寸和性能，只是材料厚度会发生微小的变化；强力旋压在制造成形过程中，对于零部件的原始尺寸、形状、性能以及零部件的厚度都会有显著的改变。轴对称旋压还可以根据金属部件变形方向与旋轮变形方向的一致性划分为正旋和反旋两种旋压方式。非轴对称旋压改变传统固定金属材料的方式，旋轮随机床设备主轴旋转，卡机既可以横向、纵向运动也可以偏转运动，实现非轴对称零件的加工。非轴对称旋压可根据卡机运动方向分为偏心和倾斜两种旋压方式。

另外旋压技术按照零部件成形的特点可以分为强力旋压和普通旋压两大类。强力旋压又可以分为流动旋压、剪切旋压两大类。按照成形时的温度可分为冷旋（室温旋压）和热旋两大类。

3 旋压技术的基本原理

3.1 普通旋压原理

普通旋压对零件的局部进行加压处理，并通过连续的旋转完成零件的制造成形，应用范围非常广泛。其成形原理主要是对旋转轨迹、旋转圆角半径、进给比等多项技术参数的精确确定。

旋转运动轨迹方面。旋压运动可分为直线运动、曲线运动、直线与曲线相结合的运动以及圆弧往返运动。旋压需要进行多道次的旋压加工，不同道次可采用不同的运动轨迹相结合的方式，保证旋压加工技术最优。一般中间道次可以选择渐近线等不同曲率的曲线型轨迹；后端线段与局部线段形式需要与成形零件封头处形状相符，以保证旋压技术的精确。同时，旋压道次应尽量少，避免零件因多次旋压发生开裂等问题，影响零部件质量。

旋轮圆角半径和进给比方面。这两个参数是零件壁厚的重要决定因素。当旋轮圆角半径过小或进给比过大时，极易出现零件壁厚过薄或零件损伤等问题。在设置旋轮圆角半径和进给比这两个工艺参数时，一般选择较大的圆角半径和较小的进给比，以保证零部件壁厚。

目前，我国开始对旋压技术进行有限元数值模拟，将旋压变形转变为非线性的物理问题，以此分析计算金属毛胚在旋压道次中的变形，完成三维数值模拟，保证实验与实际情况相符，找到多道次普旋规律，为零部件的生产加工提供借鉴。

3.2 强力旋压原理

强力旋压分为正旋和反旋。其旋压原理主要是利用旋转运动产生的刚塑形变形对金属毛胚进行缩径、减壁。

缩径处理。对于筒形零部件反旋处理时，旋轮会对零部件的两侧施加压力，从而产生切向收缩变形，不断加大压力，当部件收缩变形大于切向伸长变形时，零部件尺寸就会发生变化，部件直径缩小。同时，当零部件强旋时，由于零部件缩径，金属径向开始延轴向流动，零部件将会在轴向产生伸长变化。

减壁处理。强力旋压成形的质量取决于零部件减壁的程度。就需要利用三维刚塑性有限元法计算分析零部件正旋或反旋时产生的压力，根据所需零部件的壁厚数值，确定合理的旋轮圆角边境、进给比等工艺参数，保证强力旋压的技术质量。

4 汽車旋压零部件的制造成形

4.1 排气管的制造成形

排气管是汽车尾气排放的重要部件，由于其形状的复杂不规律性属于三维的非对称零件，可以采取非对称旋压方式制造成形。一方面，将复杂部件简单化，利用冲压工艺分别制造各组部件，然后以焊接方式完成部件的成形。但是焊接工艺可能因为零件过热造成产品品质发生变化，降低零件质量；同时，也造成了零件加工工序的复杂性，最终导致零部件成形难度加大，废品率增加，金属原材料大量浪费，产品生产成本增加。

另外利用三维非对称旋压方式，根据计算分析得出的圆角半径和进给比，借助机床装备，同时以偏转、倾斜运动，对零部件的横向、纵向分别加压，保证零部件尺寸、形状、壁厚满足使用需求，保证汽车排气管的制造成形。

4.2 离合器、变速箱组件的制造成形

离合器、变速箱组件是汽车正常运转的重要组成部分，其质量将决定汽车的整体性能。这部分组件大多属于齿轮部件，一般传统的齿轮采用模锻或块料的直接切削处理，齿轮加工存在一定难度，在滚齿、热处理等过程中极易造成金属块料的浪费。引入旋压工艺，通过旋压均匀的处理金属材料，保证零部件加工流程的通畅，能够有效地增强部件强度，提高零部件生产效率。

4.3 带轮毂传动零件的制造成形

旋压技术的关键原理即旋转，皮带轮和传动轴是其重要部件，而轮毂是转动轴的关键部件。轮毂的制造需要精确的尺寸和形状，首先选取金属棒在机床上进行旋转切削得到初步成形的部件，然后将其放置在传送装置上，采取旋压成形的方式对部件进行再处理，最终形成满足要求的轮毂。

4.4 气瓶的制造成形

气瓶是降低汽车尾气，保证大气环境的重要装置。特别是在可持续发展的今天，人们对于环境问题更加关注，也越来越重视汽车尾气的污染，为了保护环境，天然气电力汽车将成为汽车发展的重要方向。根据天然气的特性，天然气电力汽车的能源储备装置气瓶，更需要具有较高的耐压性和气密性。而传统的冲压、焊接方式生产的气瓶会因为焊接口气密性大大降低。旋压技术则可以改进此缺点，利用热旋技术，根据材料特性采用感应灯加热方式，促进零部件成形，从而有效地保证气瓶的整体性。

4.5 车轮、轮盘和轮辋的制造成形

车轮、轮盘和轮辋的制造成形的关键在于减薄，应当在对零部件多道次旋压时采取从底到口的处理方式，设置进给比，对零部件的壁厚进行连续均匀的减壁，利用旋压技术能够提高车轮、轮盘和轮辋的耐磨强度。

5 结论

旋压技术作为现代汽车零部件制造成形的重要技术，不仅能够大幅度改善汽车零部件的质量，提升汽车组装水平，同时能够有效地缩短零部件生产制造周期，实现汽车制造业的快速发展。

参考文献：

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