什么是旋锻？工艺、类型和应用的全面指南

1.0什么是锻压？

1.1锻压的起源与发展

锻压工艺起源于德国，最初是为了将空心圆柱形工件成形为复杂的轮廓而开发的。为了了解该工艺过程中的材料流动和壁厚变化，人们进行了广泛的研究。早在1964年，Kegg就提出了锻压工艺的机械模型，用于预测模具和工件之间的相对旋转运动，尤其是在不同的主轴配置下，这些运动会影响运动模式和速度变化。

1.2锻造与传统锻造的区别

锻造工艺一般可分为两类：

• 管材拉拔：通过缩径模拉伸或挤压金属管，使其直径减小。与拉丝类似，此方法用于缩小管状工件的尺寸。
• 锻造/径向锻造：使用两个或多个模具，通过连续或高频往复运动锤击工件，从而诱发局部塑性变形。该方法广泛用于缩径、锥形成形、勾缝以及空心零件内腔的整形。

模锻工艺的一大优势在于，它能够在室温下进行复杂的成形，同时保持较高的尺寸精度并节省材料。这使得它在贵金属加工中尤为受欢迎。

1.3工作原理

锻造过程通常以以下两种模式进行：

• 轴向锻造：金属在模具的径向冲击下横向流动，有效地改变其直径或形成锥形轮廓。
• 滚轮旋锻：使用一组绕零件旋转的滚轮，以可控的方式使边缘向外展开或扩展——常用于组装诸如将轴承压入轴承座之类的部件。这种方法通常需要使用润滑剂来减少摩擦和磨损，非常适合需要高同心度和紧密配合的应用。

只要变形区保持恒定的横截面积，也可以使用心轴进行锻造以控制空心工件的内部形状。

2.0什么是压接机？

锻压机是一种金属成形设备，用于通过高速径向锤击改变金属工件（通常为棒材或管材）的形状和尺寸，该设备配备两个或四个分体式模具。锻压机的常见应用包括缩径、锥度成形、尖端成形以及空心部件内部轮廓的成型。锻压机主要用于冷加工工序。

压接机的工作原理
压接机的核心部件包括：

• 主轴和模具系统：模具安装在电机驱动的主轴上，主轴封闭在滚柱保持架中，其设计类似于滚柱轴承。
• 模具运动：主轴旋转时，离心力将模具向外抛出，使其位于保持架上。当模具经过大型滚轮时，模具会被迫瞬间闭合，从而对工件施加冲击力。
• 工作频率：模具以极高的频率（每分钟高达 2,000 次）打开和关闭，从而实现快速高效的成型。
  根据滚筒的布置，模具可以同时关闭（在标准锻压机中）或顺序关闭（这种配置通常称为旋转锻造，尽管它基本上仍然是一个锻压过程）。

2.1压接机的类型

锻压机可分为以下基本类型：

1. 标记压套机：也称为自动压接机，其特点是电机驱动的连续模具运动，非常适合高速、大批量生产。
2. 锥形压套机：利用楔形机构将模具与滚轮啮合。这种设计通常采用脚踏操作，允许在模具保持打开状态时插入较长的工件，并可进行局部成型，尤其适用于锥形端部。

2.2特殊锻压配置：摆动主轴锻压机

这种设计是旋锻工艺的一种变体，其特点是主轴和保持架反向旋转，有助于消除模具之间不必要的金属“翅片”的形成。这可以提高成品零件的边缘质量和同心度。

成型原理及工艺细节

• 成型方法：模具对固定工件施加快速径向打击，打击频率为每秒 10-20 次。
• 工件类型：通常为棒材或管材，非常适合端部锥形化、尖端成型或空心部件的内部成型。
• 成型工序：心轴可用于控制空心工件的内部尺寸。模具可以进行进出运动，也可以围绕零件旋转。
• 典型应用：将轴承压入外壳，减小或扩口管端，形成尖端，或赋予内部几何形状。
• 润滑：通常采用油脂润滑来减少模具磨损并提高成型质量。

2.3工艺分类比较

类别	描述	别名
I型	工件被迫通过减径模以减小直径	管锻造、管拉拔
II型	两个或多个模具锤击工件以减小直径	锻造、径向锻造

由于其冷成型特性、最小的材料损失以及塑造复杂几何形状的高效性，锻压在贵金属加工行业中被广泛应用。

3.0金属管旋锻的原理

金属管旋锻 锻造是一种将高频径向冲击与旋转运动相结合的塑性成形工艺。它通常需要多个锻模（通常为三、四或八个）均匀排列在管材圆周上。通过同步短行程径向往复运动，该工艺可实现诸如端部缩径、中段颈缩和锥形成形等精确成形。

3.1工艺特点和工作流程

• 模具布置：多个锻模均匀分布在管材周围，随着锻模的旋转，对管材表面进行高频、短距离的径向打击，使管材产生连续的塑性变形。
• 流程类型:
  • 渐进式模锻：管子从一端逐渐颈缩，同时沿轴向缓慢推进，从而允许沿其长度连续变形。
  • 槽型锻造：工件保持静止，而模具在特定位置进行局部直径减小或凹陷轮廓成型，适用于精确的结构成型。
• 变形机制：多向冲击和快速循环载荷促进材料晶粒细化和致密化，同时确保高成型精度和优异的表面光洁度。

3.2该工艺的优势

• 高效塑性变形，材料浪费最少，无切屑产生
• 提高结构强度和耐久性
• 能够形成适用于各种工业应用的复杂几何形状
• 冷成型操作消除了与热处理相关的问题

4.0什么是锻造？

锻造是一种金属成形工艺，工件在外力（通常通过锤击或压制）作用下发生塑性变形。材料在模具内成形，改善其内部结构，并提高机械性能和强度。锻造是工业制造中最基本、应用最广泛的金属成形技术之一。

5.0锻造工艺是怎样的？

工作原理：在闭式模锻中，金属工件（棒材或管材）被插入特定形状的模腔中。然后，多个锤头以高频径向运动冲击材料，使其向内逐渐填充模腔。模具运动可以采取以下形式：

• 往复（轴向进出）运动
• 旋转运动（通常通过类似于滚子轴承的滚子保持架系统实现）

在旋锻过程中，模具高速旋转，每秒进行10-20次冲击，工件保持静止。对于管状部件，可以使用心轴来控制内径和壁厚。异形心轴可以制造复杂的内部几何形状。

5.1成型能力及精度：

• 工件尺寸范围：直径从0.5毫米到150毫米
• 生产率：每分钟最多 30 个零件（取决于复杂性和自动化程度）
• 尺寸公差：严格至±0.05 毫米至±0.5 毫米
• 材料兼容性：适用于多种金属，从铝、铜、不锈钢到钨和钼等难变形的金属；热锻通常用于低延展性材料
• 加工过程中通常会使用润滑剂来减少工具磨损并改善表面光洁度。

5.2锻造的应用：

锻造因其效率和多功能性而被广泛应用于各个行业，特别是：

• 封闭式管状部件
• 管端缩径和锥形
• 电缆组件和结构支撑
• 冲头、凿子、手柄和钳子组件
• 排气系统和汽车连接管
• 工具轴、分段锥体和夹紧元件

6.0什么是旋锻？

旋锻是一种特殊的锻造技术，它结合快速、连续的径向冲击和旋转运动，无需切割即可对圆棒、管材或线材进行缩径、整形或锥形加工。旋锻机使用多个锤头（通常为3或4个），这些锤头围绕工件旋转，同时同步施加径向冲击，使工件局部塑性变形，逐渐形成所需的轮廓。
与传统锻造相比，旋锻工艺尺寸精度更高，材料浪费更少，晶粒结构更均匀。旋锻工艺是一种节能、无屑的金属成形工艺。

6.1旋锻类型

类型	描述
冷锻	在室温下进行，适用于铜和铝等延展性材料
热锻	加热高强度材料后降低硬度；用于合金钢、不锈钢等。
实体模锻	用于减小或削尖实心棒材和线材
空心锻造	主要用于管材；用于减小、扩大或缩小空心型材
外部锻造	从外部施加的变形；标准旋锻机的典型特征
内部锻造	使用内部心轴或支撑杆来控制内轮廓，非常适合精密空心零件

6.2旋锻工艺步骤

• 工件准备：选择合适的棒材或管材
• 夹紧和定位：将工件固定在机器夹具中
• 模具旋转和锤击：模具高速旋转并提供同步径向打击
• 渐进成形：连续冲击逐渐减小外径并改变形状
• 零件拆卸：一旦达到最终尺寸或形状，部件将被手动或自动移除

7.0压接机类型：从固定式到旋转式系统的完整指南

锻压机广泛应用于金属成型、缩径和锥形加工。根据其结构和成型机理，锻压机可分为以下主要类型：

7.1固定模锻机

这类设备又称固定式锻压机，用途广泛，适用于热锻和冷锻。操作过程中，主轴组件保持静止，外滚轮保持架旋转，驱动模具闭合并压缩工件。

特点和优点:

• 可加工各种截面形状（圆形、方形、矩形）；
• 具有很高的灵活性，可以形成复杂的几何形状；
• 兼容热加工和冷加工工艺。

变体:

• 同步吹气式：适用于生产圆管和槽管。
• 交替吹气式：适用于方形、矩形或六角形轮廓。

应用：航空航天管道、流体控制管道和其他行业需要高精度管状部件。

7.2旋转模锻机

旋锻机又称旋转锻造机，是现代锻造应用中常用的高效、高一致性工具。模具安装在多个锤块上，锤块围绕工件旋转。主轴旋转时，离心力驱动锤块撞击滚轮，使模具周期性闭合，进行径向锻造。

模具配置:

• 双模系统：适用于具有优异表面光洁度的小部件；
• 四模系统：适用于需要重型压缩和尖端成型的较大部件。

应用：筒式加热器、皮下注射针、枪械部件、林业工具以及各种管状产品。

7.3液压压接机

液压压接机将旋转模具运动与液压控制相结合，主要用于电缆接头组装、肩部缩减和波纹管成型。操作过程中，工件穿过打开的模具，然后由旋转主轴和楔形机构闭合模具。压接完成后，系统会自动重新打开模具。
主要优势:

• 零件处理更加灵活；
• 易于夹紧和拆卸，非常适合装配类任务。

典型应用：建筑电缆栏杆、船用索具、户外绳索课程和维护工具。

7.4长模锻压机

该机器专为制造超长锥形管而设计，其操作方式与旋锻类似，但配备了加长模具，以克服标准旋锻机的长度限制。它可以成型长达 24 英寸的锥形部件，适用于家具、体育用品和航空航天部件。

材料兼容性：适用于黑色金属和有色金属，包括不锈钢、铝、焊接管和无缝管。

应用 :锥形家具腿、运动器材和航空航天管道，需要延长长度和保持形状一致性。

7.5概括

机器类型	成型应用	优势	典型用途
固定模锻	各种横截面	成型多样，结构稳定	航空航天管材、异型材
旋转模锻	圆形轮廓	高速、高精度、连续	针头、加热器、枪管、钢管
液压模锻	电缆和管道	易于操作，适合组装	缆绳配件、栏杆、绳索课程装备
长模锻造	长锥形部件	延长零件长度，支持多种金属	家具腿、航空航天锥度、运动装备

 

参考

https://en.wikipedia.org/wiki/Swaging

https://thelibraryofmanufacturing.com/swagging.html

https://www.researchgate.net/publication/275540272_Rotary_Swaging_Forming_Process_of_Tube_Workpieces