旋压中的灵魂--力的控制

2020-04-05

次

旋压技术是无屑加工的典型代表工艺，在军工、航空航天、风电、石油化工等领域具有很广泛的应用。目前，军工方面导弹弹体、炮弹弹体、弹头、弹壳等成型、航空方面发动机蒙皮、桨帽、喷口等、医药化工等的大型罐体、医药料筒等零件成型方面都具有很广阔的应用前进。但是，欧美等国家对于我们在旋压成型设备进口中限制很多，而我们国家在这方面的研究近几年才有一定的初步发展。

国内目前传统的数控旋压成型设备基本上采用电气和液压成型两种方法，控制方式均为位置控制，即旋压轮压着材料在旋转中根据预设轨迹进行运行，来使材料完成旋压成型。但是对于众多形状变化复杂、或者成型道次多的旋压工艺中，由于材料厚度变化很难预计而且各处壁厚均有不同，从而产生的预设轨迹与实际轨迹有区别，如果旋压轮仅以预设轨迹作位置控制运行，间隙大于零件壁厚会行成产品表面不光滑、间隙小于零件壁厚则容易造成机床振动同样表面质量不良甚至材料拉断。

如上图，为某型号发动机喷口剪切旋压成型，材料为不锈钢，厚度12mm，每处的产品厚度为材料厚度*该处切线方形的SIN值，由于弧线每处的切线角度一直在连续变化，因此，预设估计需要在弧面上取相当数量的点来预设每处间隙，工作量大，且很难控制。

A=C*sin(B)

产品厚度A ；原料厚度C ； O点切线单边夹角 B

另外，对于下边这种多道次旋压成形，由于材料旋压道次比较多，成型后材料从D点到E点旋压次数不同，材料厚度也不同，一般当旋压成型后需要从D到E点还需要一次连续轨迹整形以获得良好的产品表面，同样由于各处厚度不同，预设间隙也很难预计。

对于已成型产品，如果再次进行整形时间隙控制过大，旋压轮无法对产品壁厚进行有效的施压压力而无法起到整形目的，如果间隙控制过小，则容易试产品壁厚减薄造成面积过大而形成鼓包，如下图。

为解决上述旋压中间隙控制的难题，我们推出旋压过程中力的控制，我们根据不同材料强度，在旋压过程中给与旋压轮施加一定量的旋压力，在剪切旋压时可以使材料刚好能达到理论厚度、普旋整形时使材料能在厚度减薄的情况下能紧贴模具。经过我们大量试验，同样材料旋压力范围区间相对比较宽，远简单于旋压中间隙的控制。

解决防法：

1. 基于力的控制，我们在旋压时，对于最后一个道次的旋压编程，使旋压轮与模具的间隙控制为0，开启旋压机位置与力控制双重模式，旋压轮理论上会沿着模具表面运行，当力达到预设压力时，即使旋压轮未到达预设位置，也将沿着预设路径偏移运行，这样，旋压轮始终在产品表面施加着一定的压力。

2. 实现办法，

一，伺服电机电流开环控制旋压力，由于我们旋压机大多采用丝杆传动，间隙小精度高，我们可以控制伺服电机电流的方式来对于旋压轮压力进行控制，但是由于滚珠丝杆与直线导轨有轻预压、中预压、重预压以及丝杆预紧等因素，这种控制方法适合推力在10KN以上的旋压场合应用，丝杆、导轨以及其他因素对于旋压力影响占比很小，不到2%，可以忽略不计。

二，电流开环+气液伺服控制，我们旋压机在大于10KN的旋压中，我们采用电流开环控制，对于0.5KN-10KN之间的旋压压力，我们采用传感器+气液伺服闭环控制，压力控制范围20mm，在这20mm范围内，旋压轮处于预设压力控制，20mm以外，旋压轮处于位置控制。