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1滚珠旋压技术的发展及应用特点1

1.1概述1

1.2滚珠旋压工艺技术特点7

1.2.1管件表面粗糙度好、尺寸精度高7

1.2.2金属管件力学性能得到提高7

1.2.3工艺方法简便、容易掌握9

1.2.4工模具消耗低9

1.2.5变形效率高9

1.2.6材料利用率高、产品成本低9

1.2.7材质自检效果10

1.3滚珠旋压工艺的缺点10

1.3.1零件外形和尺寸有局限性10

1.3.2易引起不均匀变形10

1.3.3工艺因素10

1.3.4成本核算10

2滚珠旋压工艺原理和基本工艺参数设定11

2.1滚珠旋压工艺原理11

2.2旋压工艺基本参数设定12

2.2.1壁厚减薄率ψ13

2.2.2旋压角α13

2.2.3滚珠数m0的确定15

2.2.4滚珠凹模座转速n16

2.2.5进给速度或进给率f16

3滚珠旋压的加工形式18

3.1短芯头旋压18

3.1.1短芯头旋压的原理和设备装置18

3.1.2短芯头旋压的特点21

3.2张力旋压21

3.3小锥度细长管滚珠旋压24

3.4变壁厚管形件的滚珠旋压26

3.5单道次多排滚珠旋压28

3.6滚珠内旋压30

3.7内螺纹（直纹）翅片薄壁管高速拉旋成形31

3.7.1概述31

3.7.2内螺纹管断面结构31

3.7.3内螺纹翅片管成形原理32

3.7.4内螺纹翅片管成形装置33

3.8复合管滚珠旋压35

3.8.1复合管的应用35

3.8.2真空压力扩散焊37

3.9超声波振动滚珠旋压38

3.10用滚柱代替滚珠的旋压方法39

4滚珠旋压的运动速度42

4.1滚珠旋压时滚珠运动速度矢量图42

4.2滚珠旋压变形区金属质点流动速度43

4.2.1轴向（纵向）速度分量Vz44

4.2.2径向（向心）速度分量Vr44

4.2.3切向（周向）速度分量Vt45

4.3变形区金属宏观相对进给速度46

5滚珠变薄旋压力的分析与计算48

5.1滚珠旋压力的计算48

5.1.1滚珠旋压变形力的特征48

5.1.2变形区的应力分析49

5.1.3旋压力分解与计算假定51

5.1.4滚珠旋压变形区的接触面积52

5.1.5滚珠旋压三向分力计算56

5.2旋压力的其他计算方法56

5.2.1 M.1.ROTARESCU滚珠旋压力计算法57

5.2.2滚珠旋压力康达昌计算法61

5.2.3应用轧制力近似计算旋压力65

5.2.4徐洪烈旋压力计算法66

5.2.5旋压力的简便算法68

5.2.6旋压分力不同方法计算结果比较69

5.3影响旋压力的因素分析71

5.3.1旋压管件的性质对旋压力的影响71

5.3.2壁厚减薄量对旋压力的影响71

5.3.3管坯壁厚t0的影响72

5.3.4滚珠轴向进给量f对旋压力的影响73

5.3.5管件直径D0对旋压力的影响73

5.3.6旋压角α对旋压力的影响74

5.3.7管坯原始状态对旋压力的影响77

5.3.8滚珠旋压变形方向对旋压力的影响78

5.4滚珠旋压力能试验78

5.4.1旋压力电测法的基本概念79

5.4.2滚珠旋压力的直接测量81

6滚珠旋压工艺参数对加工过程的影响及确定84

6.1影响滚珠旋压工艺的参数及选择原则84

6.2正旋压和反旋压84

6.2.1正旋压的变形特性85

6.2.2反旋压的变形特性85

6.3滚珠直径（Dp）影响与选择86

6.3.1滚珠直径（Dp）对管件表面粗糙度的影响86

6.3.2滚珠直径对管件表面产生剥皮的影响88

6.3.3滚珠直径的确定91

6.4旋压角α对旋压过程的影响与确定94

6.4.1旋压角α分析94

6.4.2旋压角α的应用选择96

6.5减薄率ψ的确定100

6.5.1减薄率ψ（塑性指数）的表征100

6.5.2减薄率对旋压壁厚偏差精度的影响102

6.5.3金属材料的可旋性试验104

6.5.4影响可旋性因素的分析104

6.6进给比f和进给速度Vz的确定106

6.7旋压模转速n108

7滚珠旋压辅助工艺109

7.1管坯的种类和对管坯的要求109

7.1.1滚珠旋薄管坯的种类109

7.1.2对管坯的要求109

7.2管坯（件）的热处理111

7.2.1热处理种类111

7.2.2热处理设备115

7.3滚珠旋压的冷却和润滑120

7.3.1冷却和润滑的目的和方法120

7.3.2特殊材质的表面处理121

7.3.3热旋时的润滑122

7.4酸洗123

7.4.1铜及其合金酸洗123

7.4.2镍及其合金酸洗123

7.4.3碳钢和低合金钢的酸洗123

7.4.4高合金钢的酸洗124

7.4.5酸洗工艺过程126

7.5加热旋压126

7.5.1热旋压特点126

7.5.2热旋压管坯来源形式和要求127

7.5.3滚珠热旋压工艺参数及条件128

7.5.4热旋模具材料130

7.5.5加热和冷却装置130

7.6旋后薄壁管矫直130

7.6.1薄壁管矫直的必要性130

7.6.2薄壁短管矫直机应用132

8滚珠旋压模具装置135

8.1旋薄模具结构形式与设计135

8.1.1不可调整尺寸旋压模137

8.1.2立式可调整尺寸活动模137

8.1.3滚珠隔离圈139

8.1.4薄壁管旋压管坯锁紧夹具140

8.1.5卧式可调整尺寸活动模141

8.1.6前苏联滚珠旋压专用模具142

8.1.7卧式用可调径向尺寸的模环调整计算图150

8.2芯模152

8.2.1芯模的结构形式152

8.2.2芯模的精度要求152

8.3旋薄用模具材料及热处理155

8.4滚珠质量156

9滚珠旋压管形件的质量控制和缺陷分析158

9.1滚珠旋薄管件质量要求158

9.1.1加工精度要求158

9.1.2使用性能要求159

9.2旋薄管件主要质量指标及缺陷表现形式159

9.2.1旋薄管件的直径精度公差控制159

9.2.2旋薄管件内、外表面粗糙度161

9.2.3表面剥皮162

9.2.4表面裂纹与破裂164

9.2.5表面波纹166

9.2.6表面起皮166

9.2.7管件表面不平整及鼓包168

9.2.8管件轴向弯曲、扭曲168

9.2.9管件内壁划伤169

9.2.10管件内壁异形断面形状不充满169

9.3旋压管件的金相组织和力学性能170

9.3.1旋薄后金属组织的变化170

9.3.2旋薄后力学性质的变化171

9.3.3物理与化学性质的改变173

9.4管件质量缺陷分析174

10滚珠旋薄管形件的残余应力177

10.1残余应力的形成177

10.2残余应力对旋薄管件性能的影响178

10.2.1旋后管材外形变化179

10.2.2管材产生应力腐蚀179

10.3旋薄管件残余应力分布状态180

10.4影响残余应力的因素181

10.4.1强力旋压工艺因素的影响181

10.4.2旋压管件的壁厚182

10.4.3金属的组织和性能182

10.4.4旋压工具对材料的摩擦影响183

10.5残余应力的消除183

10.5.1减少不均匀变形183

10.5.2消除应力退火184

10.5.3成品表面处理184

10.6残余应力的测量184

10.6.1机械式圆环切口法184

10.6.2物理X射线分衍射法184

11滚珠旋压设备186

11.1设备简述186

11.1.1滚珠旋压机的特点186

11.1.2滚珠旋压机设计制造的基本要求188

11.2立式旋压机对中机构189

11.3立式滚珠旋压机191

11.3.1 GX—80型立式管材旋压机191

11.3.2 GX—80 Ⅱ型立式管材旋压机192

11.3.3 XYG15—110立式滚珠旋压机197

11.3.4其他形式立式旋压机200

11.4卧式滚珠旋压机202

11.4.1车床改造成卧式滚珠旋压机202

11.4.2 RF—20拉拔旋压卧式机203

11.4.3 LXC40—150旋拉两用机209

11.4.4大直径高精度薄壁圆筒体的旋压机213

11.4.5车床改制的两功能数控旋压机216

11.4.6将链式冷拔机改造为滚珠旋压机床218

12滚珠旋压有限元分析220

12.1有限元数值模拟技术220

12.2塑性有限元法的发展221

12.3大变形弹塑性有限元理论概要222

12.3.1屈服准则222

12.3.2流动准则223

12.3.3硬化准则224

12.3.4弹塑性本构方程224

12.4增量形式的平衡方程与T.L.公式225

12.4.1增量形式的平衡方程225

12.4.2 T.L.公式226

12.5弹塑性大变形有限元形式方程227

12.6基本问题的处理228

12.6.1变形体的运动描述228

12.6.2接触问题和运动关系的处理229

12.6.3非线性问题的处理231

12.6.4非线性迭代的收敛判据233

12.7 DEFORM系列软件介绍233

12.7.1 DEFORM功能234

12.7.2 DEFORM软件操作流程235

12.8滚珠旋压有限元分析及数值模拟238

12.8.1旋压过程数值模拟的意义及作用238

12.8.2滚珠旋压的有限元分析实例239

附录 滚珠旋压术语与符号释意250

参考文献251