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摘要：提出了一種新的旋壓方法—浮動芯模法。該方法采用的芯模長度尺寸較小，兩端不固定，加工、制造和安裝非常容易。由于該方法是采用旋輪不動，工件做軸向運動，故解決了正旋所帶來的工件扭曲的問題。此法用于加工長管類件，更顯示出它的優越性，對改善管類件的加工具有重要的意義。
關鍵詞：筒形件；強力旋壓；浮動芯模

一、引言

金屬的旋壓成形是現代金屬成形工業的一個重要的分枝。近幾年來，隨著板料成形技術的發展，旋壓工藝也得到了很大的完善。先后出現剪切旋壓、流動旋壓、冷旋、熱旋、差距旋壓、對輪旋壓等新技術。使筒形件、錐形件以及其它軸對稱的零件，基本上都可以用旋壓的方法來加工。

按傳統的方法，對筒形件的加工一般采用芯模旋壓成形。芯模旋壓必須有一根與所旋工件相匹配的芯棒。為了保證所旋工件的質量，芯棒必須有足夠的強度、剛度和表面質量。這樣芯模的加工制造就非常的困難，有時需要進口，造成芯模的費用特別高。因此芯棒是芯模旋壓中一個至關重要的零件，芯模的好壞，直接影響工件的質量。

傳統的芯模旋壓經常采用正旋和反旋兩種方法，如圖1所示。對于正旋，由于工件存在著扭曲變形問題，旋完后的工件放置一段時間，形狀和尺寸會發生變化，嚴重影響工件的質量。為了解決這一問題，提出了對輪旋壓工藝。就是把傳統的芯棒換成旋輪，采用內外旋輪的結構，這在一定程度上解決了芯棒所帶來的問題。不可否認，對輪旋壓工藝雖然是一種先進的工藝，但內旋輪的安裝，內外旋輪的調整都比較麻煩，在一定程度上限制了此工藝的應用。

圖1

二、浮動芯模旋壓

為了解決芯模旋壓和對輪旋壓所存在的弊端，提出了一種介于芯模旋壓和對輪旋壓之間的工藝，稱為浮動芯模旋壓，如圖2所示。這種方法的原理仍然采用傳統芯模旋壓的理論，工件外徑的成形采用旋輪，內徑采用芯棒，這和傳統的芯模旋壓一樣，但二者之間又有區別，浮動芯模旋壓采用的芯棒長度尺寸比較短，同時在旋壓過程中芯棒是隨變形的進行而在浮動，省去了傳統芯模旋壓中芯棒必須和工件的長度相一致，以及芯棒安裝固定的問題；浮動芯棒比較小，同時又在不停的運動，這和對輪旋壓中的內旋輪的作用很一致，但比內旋輪的安裝要容易的多。所以，浮動旋壓是介于芯模旋壓和對輪旋壓之間的一種工藝。

圖2
(a) 1.導軌 2.毛坯 3.浮動芯模 4.旋輪 5.卡盤
(b) 1.毛坯 2.旋輪 3.浮動芯模 4.卡盤

1.浮動芯模旋壓結構分析

浮動芯模旋壓的結構按工件尺寸的不同分兩種形式：

(1)當工件的直徑尺寸比較大時，相應的芯模直徑也比較大，為了增加芯模的導向性，在芯模的中間加一根導向桿，如圖2所示。由于在旋壓過程中，多數采用三旋輪和多旋輪旋壓，所以芯棒有自動定心作用，中間的導軌僅起到輔助導向的作用。雖然在結構上和傳統的芯模旋壓相似，但這時的導軌和芯模旋壓中的芯棒所起的作用是不同的，這樣導軌的加工制造、安裝比芯模的加工制造、安裝要簡單的多，同時對導軌的強度、剛度以及表面的精度都要比芯模低的多。

當加工不同直徑的管子時，導軌并不用更換，只更換相對應的浮動芯模就可以。由于芯模尺寸比較小，加工起來比較容易，可以根據管子的直徑系列，事先做成相應的成系列的不同尺寸的芯模。這些芯模在一定尺寸范圍內其導軌孔的尺寸可以相同，這樣可以減少導軌的數目，通過這樣的處理在加工不同尺寸的工件時，只需更換芯模就可以，縮短了整個周期。

(2)當加工工件的直徑尺寸較小時，相應的芯模尺寸也比較小，這時芯模不用導向裝置，完全靠自動定心，如圖2b所示，這時所加工工件的長度原則上是不受限制的。

浮動芯模旋壓時，旋輪只做旋轉運動，并不沿軸向做直線運動；工件毛坯在機床所施加的拉力下做軸向運動。在旋壓過程中，管子的已變形區始終承受一個軸向的拉應力，所以工件不會產生扭曲變形。

2.芯模的受力分析

芯模的受力如圖3所示，在徑向受壓應力Q，Q值主要是由于旋輪擠壓毛坯而引起的，在Q的作用下，毛坯的外徑才能一次比一次小，管子的厚度才能變薄。

圖3

芯模在軸向受摩擦力F1和軸肩所受到旋輪所施加的軸向推力F2，正是由于F2的作用，才能使芯模在旋壓過程中不斷向前運動，保持變形的連續性。而同時F1的作用使芯模和變形區的材料保持緊密的接觸。否則芯模稍微脫離變形區，F2就迅速變為零，在F1的作用下，芯模只能又回到和變形區相接觸，所以芯模不會向前脫離變形區；隨著旋輪與芯模軸肩距離的減小，F2會迅速增大，而F1的值不變，當F2＞F1時，芯模就相對毛坯向前運動，直到F1＝F2為止，所以芯模也不會被旋輪越過。這樣浮動芯模旋壓才能穩定的進行下去。

三、結論

(1)浮動旋壓方法從根本上解決了傳統芯模旋壓由于芯模的加工制造、安裝難，以及費用高的問題。
(2)浮動旋壓由于已變形區始終承受拉應力的作用，所以消除了工件的扭曲等質量問題。

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