金属薄壁筒体对轮旋压技术及运用分析

摘要：随着工业生产水平的逐步提升，面对更加复杂的零部件生产需求，应当寻求更加有效的高精度加工技术，尤其是以金属薄壁筒体为主的零部件由于近年来应用较为广泛，则更需要使用高精尖技术进行加工制造。本文基于此，系统阐述了金属薄壁筒体对轮旋压技术的工艺原理、关键技术特点及其在工业领域的应用现状。结合理论分析与实际案例，探讨了对轮旋压技术在成形精度、材料利用率及力学性能优化方面的优势，并对其未来发展方向提出了建议。

关键词：金属薄壁筒体；对轮旋压技术；塑性成形

引言：面对第三产业的高度发展，以航空航天、汽车轻量化以及新能源设备等为主的重要工业生产领域对于薄壁金属筒体结构的需求量直线上升，在其强度以及制造精度等方面提出了更高的要求。而在传统加工技术上则呈现出了一定的局限性，有关精度、材料性能以及成本等方面均面临挑战。而对轮旋压技术则是通过局部连续塑性变形的方式高效成形，精度较高并且材料浪费率较低，可显著改善零部件结构的力学性能。因此探究对轮旋压工艺技术的原理以及其应用，对于推动金属薄壁构件制造技术向高效、节能、高精度方向发展具有重要意义。

1 金属薄壁筒体对轮旋压技术

1.1技术原理

对轮旋压技术是一种基于连续局部塑性变形的无屑加工技术，其属于典型的强力柔性旋压工艺，其加工精度较高，薄壁均质，且节约材料，具有一定的环境保护作用，因此在工件制造中广泛加以应用。对轮旋压技术核心在于利用两个对称的选轮向管状或是筒状的金属胚料施加轴向压力以及径向压力，进而在旋转过程中通过连续作用力促使金属胚料形成目标几何形状。该工艺技术有效解决了以往芯模制造时工艺难度较大、成本高以及内外表面加工质量不一致等问题。基于筒形件加工制作的差异性要求，则通常选择2～4对均布选轮进行加工。由内外旋轮共同承担筒形件加工时所需的减薄量，成形时的内外变形相对较为均匀，并且变形区以对称分布为主，对应力应变状况起到了有效的改善作用。在实际应用中的对轮旋压工艺参数按照0.1～2mm/r旋轮进给速度、100～800rpm主轴转速、0.05～0.3mm旋轮与芯模间隙的标准进行加工。

1.2关键技术特点

基于金属薄壁筒体的对轮旋压技术特征来讲，其具有显著的应力状态优化表现，在实际加工生产过程中，通过双旋轮对称加载的方式，可对径向应力起到一定的平衡作用，从而避免金属薄壁受到不均匀应力作用影响导致出现失稳风险。同时对轮旋压技术也能够有效改善组织性能，这主要是由于在运用对轮旋压技术的过程中，通过动态再结晶以及位错强化等方式，可促使材料强度显著提升，如对铝合金金属薄壁筒体进行加载的过程中可显著提升15%～30%左右的强度。此外对轮旋压技术也可充分适应各种不同复杂形状的加工制作需求，包括锥形以及阶梯形等非对称结构均可利用对轮旋压技术进行处理。

2 对轮旋压技术在金属薄壁筒体制作中的应用

对轮旋压技术具有一体成形的特点，基于其简单便捷的制作工艺，促使其在金属薄壁筒体的加工制作中具有显著优势。近年来在前沿技术的持续注入下，也引发了大量学者的高度关注。伴随深入研究对轮旋压技术，发现其具有更加广阔的应用领域。

处于“双碳”战略背景下，以航空航天以及汽车生产等关键领域为主对于零部件生产的技术水平逐渐提高了要求，这也促使旋压工艺条件得到进一步地深化完善。在航空航天领域中的压力容器、燃料储箱、火箭壳体以及喷管等各类尺寸参数较大的特殊材质筒体制作均提出了高强度、高精度、抗疲劳、薄壁轻质等技术要求。而在汽车生产领域中，以汽车轮毂为代表的零部件属于典型的复杂曲线空心回转体结构，在制作生产过程中除了对基本要求加以综合考量之外，也提出了柔性加工要求。结合实际而言，当前阶段此类零部件的加工已经逐步应用旋压工艺加以处理，并且成形效果较为良好。

但是在有关无模旋压处理中，形状尺寸、精度调整以及壁厚等均存在着一定的技术难题，从而导致在制造精密度上与当前工业生产制造的要求具有一定差距。基于高精度的对轮旋压技术应用，不仅能够对加工制造精度加以控制之外，工艺柔性良好，且成形尺寸范围较为广阔，成形后的零部件表面质量良好，因此促使对轮旋压工艺在航空航天以及汽车制造等领域加以广泛应用。

2.1应用于航空航天

在现阶段对轮旋压技术的应用过程中，适用于各类对零部件精度要求较高的领域，如航空航天等，包括火箭发动机的燃烧室壳体等，均可应用对轮旋压工艺进行压制。主要加工生产材料以GH4169镍基高温合金为主，需在800℃高温环境下保持结构稳定性，启动双旋轮，按照0.5mm/r的标准同步给进，控制主轴转速约为300rpm，控制旋轮与芯模之间保持0.1mm间隙。基于该标准生产形成的火箭发动机燃烧室壳体金属壁厚公差不超过0.05mm，相较于传统分段焊接工艺减轻了12%的重量，同时对应力集中现象起到了有效控制作用。在旋压过程中动态再结晶使晶粒尺寸从原始50μm细化至10～15μm，材料抗拉强度从1200MPa提升至1450MPa，进一步优化了壳体结构的组织性能，并且减少了后续精加工程序，降低单件工件的加工生产成本。

2.2应用于汽车制造

随着近年来新能源产业的快速发展，促使新能源汽车领域呈现出爆发式的经济增长趋势，而在大量生产新能源汽车的过程中，也增加了轻量化电池壳体结构的加工需求量，以对轮旋压技术进行加工处理，可实现大规模快速化生产。如某品牌的新能源电动汽车，其电池壳体以铝合金材料为主，利用对轮旋压技术进行压制成型，需经过多道次渐进成形的方式进行加工，每增加一道次，减薄率约为15%～20%左右，从而将5mm厚度的原始管胚厚度降低到1.2mm的目标厚度。利用对轮旋压技术加工电池壳体，促使材料利用率提升到88%以上，相较于传统的冲压工艺降低了30%左右的材料损耗情况，显著降低成本，并且能够实现密封槽与安装法兰的一体化成型，简化加工制造工艺流程。通过对轮旋压技术处理电池包壳体，可显著提高其力学性能，经过旋压后，促使铝合金壳体的屈服强度从60MPa提升至320MPa，满足UNR100法规对电池壳体抗挤压强度要求。

3 技术挑战与未来展望

综合对轮旋压技术在实际加工生产中的应用表现，尽管其具有一定的显著应用优势，但是仍旧存在着一定的技术挑战仍未攻克。包括在金属薄壁筒体加工过程中对于变形控制的问题，当金属壁厚不满足1mm时可能会导致出现屈曲失稳现象。且对轮旋压工艺需要结合热处理工艺优化残余应力。除此之外，在现阶段逐步提高智能化技术应用广度的背景下，没有为对轮旋压技术普及在线监测与自适应控制技术。基于这样的技术缺陷，在今后的发展中也将不断对其加以弥补，确保形成更加卓越的技术表现。为优化对轮旋压技术，将与智能化数字孪生技术相互融合，通过创建有限元仿真模型的方式，优化工艺参数，并且在促进低碳环保建设的背景下，将逐步开发低能耗的旋压设备以及可回收利用的润滑剂，确保将对轮旋压技术投入到金属薄壁筒体的加工制造中时能够形成良好的节能降耗表现。

结束语：本文通过系统化地剖析金属薄壁筒体对轮旋压技术的原理以及其特点，发现其在航空航天以及汽车制造等相关领域中的应用具有显著优势，解决了以往高精密零部件加工时精度不足的缺陷。但与此同时该技术也存在着一定的技术挑战，在今后的发展中将着力创新，持续优化，从而形成更加良好的技术使用效果。

参考文献：

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