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旋压成形技术全面解析：分类、特点与未来展望
2025-04-16
技术原理
旋压成形，是通过旋轮等工具的进给运动，对随机床主轴一起旋转的金属毛坯（金属板料或管材）施加压力，使其产生连续的局部塑性变形。这一过程最终形成所需空心回转体零件，是一种少/无切削的加工工艺。该技术不仅成形力低、工具简单，而且尺寸公差小、材料利用率高、成本低廉，同时制品性能也相当优异。这使得旋压成形技术在航空航天、军用器械、车辆以及家用电器等多个制造领域得到了广泛应用。
分类
传统的旋压技术分类，主要依据金属材料的变形特征、旋轮与毛坯的相对位置，以及是否需要加热来进行。具体来说，可以分为普通旋压与强力旋压两大类。
在普通旋压过程中，金属毛坯主要产生直径上的收缩或扩张，而壁厚基本保持不变或仅有轻微变化。这种工艺特别适用于加工筒形件、半球体等简单形状的产品，因此在民用领域如器皿、餐具以及一些对精度要求不高的零件制造中得到了广泛应用。
相比之下，强力旋压过程中的金属毛坯不仅形状发生显著改变，壁厚也会大幅减薄或增厚。这种工艺更适用于加工各种复杂形状的产品，如筒形、锥形、异形体壳体等，主要满足航空航天、船舶、核工业、化工等行业对大型精密薄壁回转体零件的制造需求。
（2）旋轮与毛坯的相对位置决定了旋压的类型。根据这一分类标准，旋压可分为内旋压和外旋压。在传统的旋压方法中，芯模通常被置于工件内部，而旋轮则从工件的外部进行旋压，使其发生变形，这就是所谓的外旋压法。然而，在某些特定情境下，我们需要将芯模和旋轮的位置进行调换，从而形成了内旋压法。这种内旋压法在扩径旋压、胀形旋压以及压筋旋压等工艺中得到了广泛应用。
（3）根据旋压过程中是否加热，旋压可分为冷态旋压（室温旋压）和加热旋压。在室温下，大多数金属材料都可以进行旋压成形，这样成形的工件机械性能会显著提高，特别是断裂强度、疲劳强度、屈服强度和硬度，但塑性会有所降低。加热旋压则主要用于那些常温下塑性较差的难熔金属，例如钛、钨、钼及其合金。此外，某些特种旋压工艺，如气瓶的收口和封底，也必须在加热条件下进行。
（4）展望未来，旋压技术的持续进步已经显著提升了复杂薄壁壳体的制造能力和工艺水平。为了满足航空航天、国防军工和核工业等高精尖领域对高性能零部件的迫切需求，旋压技术与设备正朝着轻量化、高性能和高可靠性的方向不断发展。未来几年，多工艺参数协同配合技术的研究将成为重要课题，这将涉及旋轮运动轨迹、旋压速度、温度控制等多个因素，以优化旋压件的成形尺寸和性能。同时，对旋压件成形机理的深入理解也将为技术进步提供有力支撑。
（2）深入探究多能场耦合下的跨尺度材料流动。当前，旋压的塑性变形理论主要局限于二维平面理论构件，难以应对日益复杂的旋压成形挑战。实际上，旋压成形过程受到热、力等多能场耦合作用，材料流动机制极为复杂。同时，旋压件内部组织结构的动态演变对最终产品的形状与性能产生深远影响。因此，构建宏-细-微纳观跨尺度、多能场耦合的旋压模型，以揭示旋压成形过程中的成形成性机制，显得尤为重要。这不仅有助于提升旋压制造工艺水平，也为高性能旋压构件的研发提供了理论支撑。
（3）推动大尺寸、高精度和数字化旋压设备的研发。随着航空航天领域对大尺寸、高精度、高性能旋压构件的迫切需求，未来的旋压设备将朝着大尺寸、高精度和数字化的方向发展。先进的设备将配备基于机器视觉的尺寸在线监测系统、高效的构件加热与控温系统，以及旋压数值模拟与工艺决策系统等关键数字化装置。通过不断提升设备各机构的运动精度与执行稳定性，将有效提高旋压设备的制造性能，满足高端领域的应用需求。
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