目前主轴转速对旋制工件内径精度的影响

主轴转速对旋制工件内径精度的影响

摘 要： 本文论述了在一个特定工件的旋压工艺试验中，主轴转速改变对工件内径精度的影响。当纵向进给速度不变的情况下，主轴转速增加，即进给量变小时，内径精度将得到提高。

关键词 ： 主轴转速进给量内径精度

一. 工艺分析

一个工艺试验零件，材料为LF21，形状尺寸如下图所示：

以前厂家加工方法为用铝棒车削，但是这样加工极不经济，材料利用率仅仅达到8%，不但造成大量原材料的浪费，而且加工工时也很长。鉴于该事项尚存在不肯定性

为了节省原材料和加工工时，曾经考虑用冲压或者冷挤的方法来加工此零件，也曾经做过这方面的工艺试验，但这两种工艺都没有达到图纸上工件内径尺寸公差的要求，采用旋压工艺，一方面可以节约原材料，而且可以旋制出满足图纸技术要求的零件。

二. 工艺流程

旋压工艺流程为：

下料 → 冲压预成形 → 旋压 → 去应力处理 → 机加 → 检验

冲压预成形毛坯如下图所示：

用预成形毛坯一道次强旋成形图纸所要求工件。关键技术是如何确定合理的工艺参数，保证口部内径尺寸Φ84H7+0.035和表面光洁度Ra=3.2um的要求。

三. 工艺试验

工艺试验设备选用本所研制的QX62—90双轮旋压机，其技术参数为：

中心高： 300mm；

旋压力： 横向70KN；纵向90KN

行 程： 横向220mm；纵向500mm

主轴转速：300，450，710，1000，1320rpm

根据零件特点和以往旋压工艺经验，我们初步选定工艺参数如下：

主轴转速：n=1000rpm

纵向进给速度：f=300mm/min

间隙：△1=2mm，△2=1.45mm

旋轮直径： Φ200mm

旋轮圆角半径：R=6mm

芯模直径：Φ83.9+0.02mm

用此工艺参数试验的零件，发现扩径现象特别严重，口部尺寸超差（即喇叭口），而且每个工件都有椭圆现象，口部内径椭圆长轴尺寸Φ84.16mm，短轴尺寸Φ84.07mm。

这种问题可以通过修芯模，预会代表达成这样的共鸣减小芯模外径尺寸来解决，但是修整芯模十分困难，试验周期长，需要摸索多次才能保证合理的尺寸公差，于是我们决定改变工艺参数来解决上述出现的问题。

根据资料上的旋压工艺理论，纵向进给量越小，贴模越差，扩径越大；反之，纵向进给量越大，贴模越好，扩径现象能够改善。所以，在旋轮纵向进给速度通过商家来倒逼产塑料吹膜机机械制造行业利用高科技业绿色化的转型不变的情况下，如果主轴转速降低，相当于每转进给量提高。为了能够改善工件内径扩径现象，我们降低主轴转速，增加旋轮纵向每转进给量。

我们改变主轴转速，将主轴转速由n=1000rpm降至710rpm，即相当于纵向每转进给量由300/1000=0.3mm/r增加至300/710=0.42mm/r，其它工艺参数不变，那么旋制零件内径精度应该得到提高。但实际工艺试验结果却正好相反，即扩径和椭圆现象反而更加严重，测量结果为：内径尺寸：椭圆长轴Φ84.28mm，短轴Φ84.15mm，这也大大出乎我们的意料。刚开始以为这只是单个零件的偶然现象，可是经过连续试验多件，却发现这一现象依然存在。

这引起了我们的兴趣，我们决定继续摸索一下规律。暂且不管工件表面光洁度情况，将主轴转速进一步降低，由n=710rpm降至450rpm，即相当于纵向每转进给量由300/710=0.42mm/r增加至300/450=0.67mm/r，其它工艺参数不变。工艺试验全球的航空市场的年复合平均增长率可达4.8%结果表明，扩径和椭圆现象更加严重，内径尺寸：椭圆长轴Φ84.40mm，短轴Φ84.22mm。

将主轴转速增加至n=1320rpm，即纵向每转进给量为300/1320=0.23mm/r，不但表面光洁度得到改善，而且内径精度也得到了提高，测量结果为：内径尺寸：椭圆长轴Φ84.03mm，短轴Φ84.00mm。

由此可以看出，针对本次特定的旋压工艺，里边一定存在某种我们以前没有注意到的规律。我们可以将其归纳为以下结论：如果将旋轮纵向进给速度设定为同一值，将主轴转速设定为不同值，即如果以主轴每转进给量来说，每转进给量越大，扩径和椭圆现象不但不能得到改善，反而会变得更加严重。这和我们以前书本上常说的“进给量越大，贴模越好”这一规律正好相反。

四. 工艺试验结果

为什么主轴转速降低，进给量越大，扩径和椭圆现象不但不能得到改善，反而会变得更加严重呢？本次工艺试验的结果见下表。工艺试验结果

针对本次特定的旋压工艺，我们可以发现，在上述几个旋压工艺条件下，工件的线速度是不一样的，可以这样理解：当主轴转速高时，旋压线速度高，那么旋轮施加于工件的局部变形区域的材料的成形速率就快，换句话说就是，当主轴转速高时，相当于参与工件成形的旋轮数量增加，单位时间变形区的面积增加，使材料具有较高的塑性，并且有效限制变形时材料的周向流动，工件变形条件得以改善，减小了扩径现象，工件贴模好，内径精度得到提高。保证了工件有较高的尺寸精度和表面质量。

通常认为：主轴转速这个参数对旋压过程的影响不从热合部位展开长度约100mm的试样显著，提高转速，仅能改善零件表面光洁度并提高生产率。现在看来，这一说法并不全面。针对本次特定零件的旋压工艺，主轴转速对内径公差及扩径和椭圆现象有显著影响，即旋压时线速度直接影响到工件内径精度。由于条件限制，我们不能试验其他尺寸规格的零件，也许尺寸改变，主轴转速对内径公差及扩径和椭圆现象的影响不显著，但对本次工艺试验产品来说，这个参数的影响不容忽略。

掌握了以上的规律，在旋压加工此产品过程中，我们不再考虑单纯用降低主轴转速的办法来提高工件内径精度，因为这样一来，不但不能解决问题，反而影响到旋压后工件的表面光洁度。我们尽量在主轴比较高的转速下，增加旋轮纵向进给速度。

在此工艺试验中，我们用以下工艺参数旋制出了合格的样件。

主轴转速：n=1320rpm

纵向进给速度：f=300mm

纵向进给量： 0.23mm/转

间隙：△1=2mm，△2=1.45mm

旋轮直径：Φ200mm

芯模直径：Φ83.9+0.02mm

旋轮圆角半径：R=6mm

试验结果表明，用这种工艺生产的零件性能尺寸完全符合使用要求，内径可以控制在Φ84H7+0.035mm，壁厚1.5±0.01mm，外表面光洁度Ra= 3.2 um。

将此工艺用于生产，生产率可以提高50%，材料利用率提高到90%，所以用旋压方法加工这类零件是比较经济的。

五. 结论

经过以上工艺试验知道，对某些特定零件来说，当纵向进给速度不变只改变主轴转速的情况下，主轴转速提高，即进给量变小时，内径精度将得到提高。

参考文献：

（1） 王成和等 《旋压技术》 机械工业出版社1986

（2） 强力旋压及其应用国防工业出版社1963 (end)