摘要：锻造旋转是净成形工艺中使用的精密制造、棒料、管材或线材，具有广泛的优势，极大的加工精度，良好的产品性能，材料利用率高和生产的灵活性，而汽车和航空航天工业中被广泛使用。本文对旋转锻造成形技术的研究现状进行了分析。
关键词：机械制造；旋转锻造；现状；
上个世纪起源于美国的旋锻锻造工艺最初仅限于管径的减小。后来，德国在用空心圆柱形毛坯制造复杂零件方面取得了进展。与传统的旋锻相比，旋锻锻造有许多优点，例如在环境保护和减少废物处理方面，这些方面现在受到高度重视。
一、旋转锻造原理及其特点
由两至四块锻模环绕坯料轴线的高速旋转旋的过程使转锻成型的，而塑造的是高频的，从而降低轴截面尺寸的球或改变其形状。根据模具的径向锻造方式和钢坯的轴向运动，进料式和凹进式是旋转锻造两大类，如图1所示。与传统加工相比，旋转锻造具有以下优点：
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1.加工范围广，材料高利用率。旋转锻造可以加工许多不同的形状和腔体，从而锻造淬火和退火的材料。与普通锻造相比，旋转锻造可以节省20%到50%的材料。
2.成形近净和高精度加工。加工尺寸各不相同，±0.01～±0.1 mm尺寸外表公差可，精度IT8～IT9级。在加工芯轴时，±0.01～±0.03 mm内尺寸表面公差，精度IT6～IT8级。加工方式各不相同，Ra≤1μm旋锻进料式成形圆度，Ra≤0.1μm旋锻凹进式成形圆度。与毛坯同轴度比提高50%。
3.该产品具有良好的性能，允许轻量化成型。材料结构的不间断流动和锻造过程中产生的硬化增加了零件的强度，这使得用更便宜的原材料代替更昂贵的原材料成为可能，从而降低了零件的成本。此外，空心类零件擅长加工和轻成形轻量化的旋转锻造工艺可以进一步降低成本。
4.自动化和生产力都很高。工艺效率高，周期一般在12-30秒之间。此外，可以在生产线上形成多台机组，自动化程度高，生产率明显提高。
二、旋锻成形设备研制现状
旋转锻造机是指锻件模具绕工件轴线旋转，产生高频径向冲击的设备。
当主轴转动时，锻件模具和锤头在离心力的作用下呈径向运动。当主轴静止或缓慢旋转时，模具也可以通过弹簧完全或部分打开。轴旋转后，锤头与压辊接触，模具开始锤出工件轴线。当锤头被放置在两个压辊之间时，模具被打开到最大，工件可以向前移动。模具的最大开启和关闭位置可以通过楔的轴向位置来调节。旋转的锻造工艺和设备的研发工作的外国人都可以处理技术发展正处于一个相对直径Φ0.2～Φ100 mm和Φ0.2～Φ160 mm，形成了高度自动化生产线。HMP和FELSS目前在德国的旋转锻件制造领域处于垄断地位。我国锻造设备的发展虽然起步较晚，但已经有十年的历史了。1982年，西安华山北机电有限公司引进了旋转锻造生产线，并对其控制系统进行了改造。2005年，西北机械厂研制的C7129型20马力旋转锻造机被国家认定为全国先进的锻造机。然而，这种旋转冲床人工送料、低效的生产和加工不Φ11~Φ30毫米。目前有不同的旋转机械锻造研究所研制的精准和西安都比较成熟，特别是机械锻造为有色金属杆旋转，旋转机械锻造CNC精密锻造和机械旋转钢丝绳。不莱梅大学开发了一种新的同步速度电源。导轨安装在进料平台下方，并在进料平台后方安装反向自锁机构。通过各种形式的驱动力、惯性和反作用力的传递，实现了进料装置和锻件同时的周期性运动，解决了动态性能和刚度之间的矛盾。传统的螺旋锻件可以通过调整机构来限制模具的位置来改变模具的直径。西安交通大学研制了一种基于能量控制的旋转锻造装置。传统的旋转机械通过调整锻件的位置，形成直径可变的铸件。该装置通过控制伺服电机的转速来控制轴的转速。不同的轴转速锻锤不同的锻造能量。
三、旋转锻造技术研究现状
旋转锻造广泛用于加工不同类型的轴类或管件。根据铸件的特点，磨削和锻造可分为四类：外成形、内成形、装配和定标。近年来，旋转锻造技术在汽车工业和火炮身管制造中的应用越来越广泛。目前，旋锻的研究主要集中在轻旋锻、旋锻连接技术、数值模拟技术和工艺优化设计等方面。
1.旋转锻造的数值模拟技术。在用有限元法分析过程时，往往需要简化成形过程。目前，锻造过程的模拟，通过磨合，无论是用二维或三维有限元模型，进行相对运动，该运动的原则下的锤子锻造绕其轴线旋转转球上，锤子锻造选拔性，定期调度的径向。简化后的有限元模型符合径向锻造工艺。事实上，由于旋转锻造和径向锻造的原理相似，旋转锻造通常被认为是一种可变的径向锻造过程。在棒材旋转锻造过程中，要锻造的棒材受到三向压缩应力。然而，应力状态与锻造方法和材料在成型过程中的位置有关。无芯棒旋转锻造过程中管状材料的轴向应力分布表明，管状材料在锻造模具角处受到较大的轴向拉伸应力。本文利用有限元仿真软件TRANSVALOR FORGE 3D建立了带/不带芯棒旋转锻造的三维模型。位于成形区域内的材料受到三向压缩应力，位于成形区域外的材料受到单向拉伸应力。卸料后，工件所受的残余应力主要为环形残余应力，约占材料弹性极限的25%。工件表面处理的质量取决于初始表面粗糙度、硬度变化、微观组织和残余应力等因素。在这些因素中，残余应力是主要的影响因素。此外，在复杂的工作条件下，残余应力会影响零件的寿命。因此，许多研究人员研究了磨削锻造过程中的残余应力。
2.旋转锻造轻成型技术。在汽车和航空航天部门，减轻部分重量是研究的重点之一。轻量化是一种系统工程，包括轻量化材料的开发与应用，轻量化结构的设计与优化，以及相应的轻量化成型技术。空心件是目前广泛应用于减轻零件重量的材料，因此管件的成形技术对实现轻成形尤为重要。旋转锻造本身，是一种先进的精密加工管件，不仅可以形成内外两种形式的管件，而且还具有壁厚增加，冷轧硬化，静、动阻力大等特点。
3.旋转锻造连接技术。传统的螺旋锻造连接技术主要用于管道和电缆连接。金属成形接头的研制受到了广泛的关注，旋转锻造接头的技术也得到了发展。对于焊接性能差的材料和不易集成的接口连接，如铝和钛合金、铜和超合金的连接，传统的焊接工艺难以实现。旋转锻造和多向锻造的高频加载导致管材或棒材局部均匀收缩；这一原理可应用于管或棒的变形金属连接。旋转锻造的连接方式取决于金属的变形流，因此可以独立于材料类型和表面状态。
4.优化旋转锻造工艺设计。旋转锻造是一种渐进成形过程，其成形过程复杂，参数众多。锻造过程中旋转电源、角度等因素的模具，模具的拐角处，径向压缩量，摩擦条件，供电设备的电源供电，力轴向速度和电源装置的旋转速度进行了成形质量有重要影响。结合有限元分析及控制方法的研究计划和变形的同质性作为成形质量评价指数的影响力，我们分析了轴向速度、轴向力、进料角形状的模具及模具成形质量影响。研究发现，随着模具进料角、轴向进给速度和轴向进给力的增加，变形的均匀性降低。匀速供电方式相比传统方法同步变速范围扩大了单轴和成形，我们可以获得更好的品质与电源较高的速度，从而降低能耗和提高处理效率。
由于其效率和低成本，扫描锻造技术越来越多地应用于民用和军用部门。在近年来，随着计算机的技术发展和有限元方法，通过锻造变形理论，旋转而言变得越来越复杂和变形机制的分析力，这将更有利于锻造技术普及。
参考文献：
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论文作者:刘诗亮,闫加宝,王泽
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/4/30