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基于切向滚压法的管材端部成形研究 黎俊初 曾传铭 胡德峰孙俊明 南昌航空工业学院 (邮编330034) 摘 要 本文分析r切向滚压成形的特点，并利用在普通车床上安装的特制]=装，对低碳钢、紫铜磐材 ’ 料的管材端部进行了切向壤压成形的实验研究。 ．．： 关键词切向壤压管材端部成形?哆毒《≮! ， 1．引言 管材端部的成形包括缩径、扩径、益母线成形等。在许多情况一F，利用旋压方涮对管f|才 端部成形优于利用模具而进行的冲压成形。因而国内外对管材端部的旋压成形进行了较多曲 研究。如羊旋轮多道次旋压、成彤旋轮旋压、摩擦工具旋压等。管材端部切向滚压成形属_于 无芯模摩擦工具旋压法的范畴。 本文所讨论的切向滚压成形．是一种派生的无芯模摩攘工具旋压方法Ⅲ。其基本方法娃： 翻用成形旋轮对管材的端部施压，侵管材端部产生塑性变形。管端成形后的形状，则生要奴 决于成形旋轮工作型面的形状。本文对基于切向滚压法的管材端部成形进行了分析，并且擅 过生普通车床上安装：痔制工装．+lj用切向滚压法对管材端部进行了缩13成形的实验研惋，探 讨丁低腹翻、紫铜等材料的切向滚压成彤性能，研究了主要丁=艺参数对其成形性能的应啊。l 2．成形特点 如前所述，切向滚压法属于摩擦工具旋压法圭勺一种，而旋压加工与冲压加工相比l其挺 形是有着较大差异的。利用冲压方法进行缩_戍形时．一般是通过模具对工件进行整体加裂． 塑性变形在整个变形区同时产生，而旋压吱形时，通过旋轮对被加工件施加压力，是局部加 ’ 载，其瞬时塑陛变形也仅限于整个变形区的局部范围。因而旋压成形时，其变形力大挺低手 冲压成形。 本文所研究的切向滚压法，是一种元芯横钧摩擦工具旋压万法。工作时，成形旋轮的t ，． 阼’j虿以一定的作用力压向旋转着的工作．开始为点接触，在接触力不大时，管坯仅发生掸 |生变形。当应力达到材料的屈服极限时，接触处局部产生塑性变形(压凹)；而在接触点以外 的区域，仅发生弹眭变形。在无芯模条件下，这种弹性变形往往较为显著。由于工件的不晰 旋转，因而弹性变形区和塑性变形区不断更遥。随着塑性变形的继续，由开始的点接触逐步 变成线(实际上是局部的函)接触。旋轮￡作型醯的形状最终决定着工件的形状，可为锥形1、 曲母线形或组合形。 切向滚压法是局部连续的塑性变彤过程，其塑性变形区奇§每一瞬间都在不断更迭，并 受到周围菲塑性变形金属的约柬，变形区的应力应变状态非常复杂。在管端缩口成形时，变 一62— 形区一般处于三向压应力状态，据文献[1]介绍，在某些情况下其主应力状态也有两向受压一 向受拉的情况。而其应变状态既有线应交，又有剪应变，为三维应变状态，而且变形分布也 很不均匀‘21。 j．实验工装设计 本文所研究的管材切向滚压法，采用的踺各为c6140普通车床。其基本方法是．在车床 尾架上安装旋轮工装系统，丽管坯则由车床主轴夹紧。工作时，管坯由机床主轴带动其旋转 (转速能够多档可调)．旋轮的轴向进给由车床尾架手柄控制。滚压旋轮的设置可为单旋轮式 或两轮式。对于单轮式结构，由于管坯悬臂单向受力．而薄壁管材通常刚度较小．故在成形 时，由于旋轮压力P的作用，管坯很容易产生在弹性范围内的挠曲变形，这对成形极为不利 (如图1)。因此，本文所设计的实验装置，采用的是两旋轮结构。 图i单旋轮工作时管坯的浇曲变形 图2两旋轮式切向滚压法 两旋轮的结构如图2所示。其工作原理是：两只旋轮通过芯轴固定于叉形件上，叉形件 端部同定一锥柄，此锥柄与车床尾架孔相配。因此．旋轮工具系统即可固定于车床尾架上。 两旋轮与芯轴之闻装有轴承，可分别自由旋转。工作时，工件由车床主轴夹紧，并由机床控 制其旋转。旋轮工装系统沿车床