GB/T 44920-2024 大型曲面箱底旋压成形 工艺规范

　　ICS 25.020 CCS J 32

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 44920—2024

　　大型曲面箱底旋压成形 工艺规范

　　Spinning process of large-curved tank bottom—

　　Technological specification

　　2024-11-28 发布 2025-06-01 实施

　　发

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　布

　　GB/T 44920—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 设备要求 2

　　5 毛坯设计 2

　　6 工装设计 3

　　7 工艺过程 5

　　8 检验与记录 8

　　Ⅰ

　　GB/T 44920—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分： 标准化文件的结构和起草规则》 的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国锻压标准化技术委员会 (SAC/TC 74)提出并归口。

　　本文件起草单位： 西北工业大学、 四川航天长征装备制造有限公司、 中国机械总院集团北京机电研究所有限公司 、北京宇航系统工程研究所 、上海航天精密机械研究所 、西安航天动力机械有限公司、成都航天长征机械有限公司 、西安博赛旋压科技有限公司 、 四川空分设备(集团 )有限责任公司、广东博赛数控机床有限公司、兰州兰石重型装备股份有限公司。

　　本文件主要起草人 ：詹梅、高鹏飞、马飞、王子立、马倩倩、王静霖、刘德博、赵淘、杨延涛、刘溪、周路、 肖铎海、范作军、罗永智、樊晓光、 吕建民、李佳盈、杨子涵、武凯琦、曹学文、吴津臣、韩兵超、苏伟杰、马玉玫、朱晓坤。

　　Ⅲ

　　GB/T 44920—2024

　　大型曲面箱底旋压成形 工艺规范

　　1 范围

　　本文件规定了大型曲面箱底旋压成形工艺规范，包括设备要求、毛坯设计、工装设计、工艺过程、检验与记录。

　　本文件适用于直径 φ1 500 mm~φ5 000 mm、壁厚 3 mm~60 mm 范围内的铝合金曲面箱底零件的旋压成形，锥形件(母线曲率为零) 旋压成形参照本文件执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件。

　　GB/T 8541 锻压术语

　　GB/T 11345 焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定

　　3 术语和定义

　　GB/T 8541 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　半锥角 half﹘cone angle

　　旋压零件母线的切线与轴线的夹角 (α)。

　　注： 半锥角为变化值，见图 1。

　　1

　　GB/T 44920—2024

　　标引

　　序号说明：

　　D

　　─曲面箱底零件最大直径，单位为毫米(mm);

　　d

　　─曲面箱底零件最小直径，单位为毫米(mm);

　　D0

　　─毛坯直径，单位为毫米(mm);

　　t0

　　─毛坯厚度，单位为毫米(mm);

　　t

　　─曲面箱底零件的壁厚，单位为毫米(mm);

　　α

　　─曲面箱底零件的半锥角，单位为度 (°);

　　h

　　─曲面箱底零件的轴向高度，单位为毫米(mm)。

　　图 1 曲面箱底零件与成形毛坯的特征尺寸示意图

　　3.2

　　强旋-普旋复合成形 combination of power spinning and conventional spinning

　　对于曲面箱底零件，在半锥角(3.1) 较大的阶段采用强力旋压，而在半锥角(3.1) 较小的阶段采用普通旋压成形的工艺。

　　4 设备要求

　　4.1 旋压机宜采用数控双轮旋压机 。双轮应具备同步曲线运动能力，旋轮径向最大移动距离宜比成形曲面箱底零件最大半径大 1 m，旋轮轴向最大移动距离宜比成形曲面箱底零件轴向高度大 1 m。

　　4.2 旋压机轴向成形力与径向成形力宜大于400 kN。

　　4.3 旋轮径向与轴向重复定位精度小于或等于 0.025 mm; 主轴法兰与尾顶尖同轴度小于或等于ϕ0.2 mm。

　　4.4 旋压机应具备在线手动微调功能。

　　5 毛坯设计

　　5.1 毛坯厚度设计

　　使用平板毛坯旋压成形曲面箱底零件时，毛坯厚度( t0) 的设计与曲面箱底零件的半锥角和曲面箱底零件的壁厚( t )相关(见图 1) ，可采用公式(1) 计算 。取半锥角 (α) 位于 30°~90°的母线段上计

　　2

　　GB/T 44920—2024

　　算的最大值为毛坯厚度。 曲面箱底零件毛坯壁厚工艺余量( tΔ ) 可参照表 1 确定。

　　t0 = t/sinα +tΔ …………………………(1)

　　式中：

　　tΔ ─壁厚工艺余量，单位为毫米(mm)。

　　表 1 毛坯壁厚工艺余量

　　单位为毫米

　　曲面箱底零件的壁厚t

　　壁厚工艺余量t∆

　　≥3~10

　　≥0.2~0.5

　　>10~20

　　>0.5~2.0

　　>20~60

　　>2.0~3.5

　　5.2 毛坯直径设计

　　毛坯直径(D0) 在曲面箱底零件最大直径基础上增加工艺余量获得，按公式(2) 计算 。其中直径工艺余量( DΔ ) 的确定方法可参照表 2 确定。

　　D0 = D+ DΔ …………………………(2)

　　式中：

　　DΔ ─直径工艺余量，单位为毫米(mm)。

　　表 2 毛坯直径工艺余量

　　单位为毫米

　　曲面箱底零件最大直径D

　　直径工艺余量D∆

　　≥1 500~2 500

　　≥50~100

　　>2 500~3 500

　　>100~200

　　>3 500~5 000

　　>200~300

　　6 工装设计

　　6.1 概述

　　大型曲面箱底零件旋压工装主要由旋轮、芯模和尾顶杆组成。

　　6.2 旋轮设计

　　6.2.1 旋轮宜采用碟式旋轮，结构如图 2 所示 ;旋轮材料宜选用工具钢或高速钢，表面硬度大于或等于

　　50 HRC。

　　6.2.2 旋轮直径的选择主要取决于曲面箱底零件直径，可参照表 3 设计。

　　6.2.3 旋轮圆角半径的设计主要取决于毛坯厚度，取值范围为 (1~2)× t0。

　　6.2.4 旋轮圆角处表面粗糙度 Ra 小于或等于0.8 µm。

　　3

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　　标引序号说明：

　　D1─旋轮直径，单位为毫米(mm);

　　R ─旋轮圆角半径，单位为毫米(mm)。

　　图 2 旋轮结构示意图

　　表 3 旋轮直径

　　单位为毫米

　　曲面箱底零件最大直径D

　　旋轮直径D1

　　≥1 500~2 500

　　≥460~500

　　>2 500~3 500

　　>500~550

　　>3 500~5 000

　　>550~650

　　6.3 芯模设计

　　6.3.1 芯模宜采用空心带筋结构，如图 3 所示。

　　6.3.2 芯模外型面设计的回弹补偿量可参照表 4 选取 ;芯模轮廓精度的设计等级不应低于成形曲面箱底零件的内轮廓精度等级，且不宜高于表 4 规定的型面轮廓度要求。

　　6.3.3 芯模外表面应圆滑过渡，表面粗糙度 Ra 宜为0.8 µm~1.6 µm。

　　标引序号说明：

　　1─工件内表面;

　　2─芯模外表面;

　　e─芯模外型面的回弹补偿量，单位为毫米(mm)。

　　图 3 芯模结构示意图

　　4

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　　表 4 芯模外型面的回弹补偿量与轮廓精度

　　单位为毫米

　　曲面箱底零件最大直径D

　　芯模外型面的回弹补偿量e

　　型面轮廓度

　　≥1 500~2 500

　　≥0.0~1.5

　　0.15

　　>2 500~3 500

　　>1.5~3.5

　　0.35

　　>3 500~5 000

　　>3.5~5.5

　　0.65

　　6.4 尾顶杆设计

　　6.4.1 尾顶杆的结构应根据曲面箱底零件与旋压机尾顶机构设计，如图4 所示。

　　6.4.2 尾顶杆可采用碳钢，热处理硬度宜为28 HRC~40 HRC。

　　标引序号说明：

　　1─芯模与坯料接触端;

　　2─机床接口。

　　图 4 尾顶杆结构示意图

　　7 工艺过程

　　7.1 一般工艺过程

　　针对大型曲面箱底零件，旋压工艺过程为 ：工艺准备→旋压加工→清理。

　　7.2 工艺准备

　　7.2.1 毛坯准备

　　7.2.1.1 旋压所使用的铝合金毛坯宜为退火状态，亦可为淬火状态。

　　7.2.1.2 应确保毛坯表面无裂纹、夹层、划伤等缺陷，毛坯表面的污垢应去除 。确保毛坯厚度与直径满足工艺设计要求。

　　7.2.1.3 毛坯在搬运过程中应避免磕、碰和划伤。

　　7.2.1.4 先拼焊板后旋压成形曲面箱底时，在成形前应将焊缝余高打磨至与母材齐平。

　　7.2.2 工装准备

　　7.2.2.1 总体要求

　　各工装尺寸与性能应满足设计要求，并确保芯模外型面和旋轮圆角面无磕、碰和划伤。

　　5

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　　7.2.2.2 芯模准备

　　安装前应清理芯模表面及安装止口 。芯模安装后应保证与机床主轴连接可靠，其径向圆跳动公差应满足表 5 的要求，并在芯模外表面均匀涂抹润滑剂。

　　表 5 芯模径向圆跳动公差要求

　　单位为毫米

　　芯模直径

　　径向圆跳动公差

　　≥1 500~2 500

　　≤0.08

　　>2 500~3 500

　　≤0.15

　　>3 500~5 000

　　≤0.25

　　7.2.2.3 旋轮准备

　　安装前应清理旋轮表面及安装止口 。旋轮安装后径向圆跳动公差宜不大于 0.04 mm，端面圆跳动公差宜不大于0.03 mm。

　　7.3 旋压加工

　　7.3.1 旋轮间隙确定

　　7.3.1.1 贴模旋压道次中旋轮间隙 c(如图 5 所示) 的确定应根据曲面箱底零件半锥角与毛坯厚度分段设计。

　　标引序号说明：

　　1─芯模;

　　2─旋轮;

　　c─旋轮间隙，单位为毫米(mm)。

　　图 5 旋轮间隙示意图

　　7.3.1.2 在半锥角大于或等于 30°的区域内通过正弦率确定各分段点处的旋轮间隙值，按公式(3) 计算 ;其他区域的间隙值按公式(4) 计算，其中间隙调整值 ( Δc) 与半锥角有关，可参照表 6 设计。

　　c = t0sinα …………………………(3)

　　式中：

　　c ─旋轮间隙，单位为毫米(mm)。

　　6

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　　c = λt0 + Δ c …………………………(4)

　　式中：

　　λ ─调整系数，可在0.5~0.7范围内选取;

　　Δc ─ 间隙调整值，单位为毫米(mm)。

　　表 6 旋轮间隙调整值

　　半锥角 α

　　间隙调整值∆c/mm

　　≥0°~5°

　　2

　　>5°~15°

　　1

　　>15°~30°

　　0.5

　　7.3.1.3 每次加工前宜对旋轮的运动轨迹进行模拟，并修正旋轮与芯模间的间隙与理论设定值的偏差。

　　7.3.2 工艺参数设置

　　7.3.2.1 铝合金曲面箱底零件的旋压成形宜采用冷旋成形。

　　7.3.2.2 旋压道次根据曲面箱底零件最小半锥角设计，可参照表 7 设计 。对于一道次成形过程，采用强力旋压成形 ;对于两道次以上成形过程，采用强旋-普旋复合成形，其中普通旋压段按多段次圆弧轨迹设计。

　　表 7 旋压道次设计参考

　　最小半锥角

　　旋压道次

　　>30°

　　1次～3次

　　>15°~30°

　　5次～7次

　　≥0°~15°

　　8次～20次

　　7.3.2.3 旋压进给比应根据曲面箱底零件上半锥角变化分段设计，半锥角 30°≤α<90°的部分可选为1.5 mm/r~ 5.0 mm/r，半锥角 0°≤α<30°的部分可选为 0.5 mm/r ~ 2.5 mm/r。

　　7.3.2.4 旋压过程中容易出现的失稳形式及调整方法可参照表 8 确定 。强力旋压和强旋-普旋复合成形的贴模旋压道次中应实时调整旋轮间隙( 调整范围 ±1 mm) 与进给比( 调整范 围 0 mm/r ~ 0.5 mm/r)。

　　表 8 旋压过程中常见失稳形式及调整方法

　　序号

　　失稳形式

　　原因分析

　　解决措施

　　1

　　凸缘前倾

　　旋轮间隙过小，进给比过小

　　增大旋轮间隙，增大进给比

　　2

　　凸缘后倾

　　旋轮间隙过大，进给比过大

　　减小旋轮间隙，减小进给比

　　3

　　局部隆起

　　旋轮间隙过小，进给比过大

　　增大旋轮间隙，减小进给比

　　7.3.3 润滑

　　旋压时宜采用机油或油基二硫化钼等润滑剂对芯模和工件进行润滑，油基二硫化钼润滑剂中基体油脂和二硫化钼粉宜按 2∶1 比例混合使用。

　　7

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　　7.4 清理

　　曲面箱底零件内外表面应进行清理，去除表面油污、铝屑等多余物。

　　8 检验与记录

　　8.1 旋压毛坯检验

　　8.1.1 目视检查旋压毛坯表面，确保无污垢、裂纹、夹层、划伤等缺陷，并进行记录。

　　8.1.2 宜采用超声波测厚仪，在不少于 8 个均布扇形区域对毛坯厚度进行检验，且各扇形区域检验点宜不少于 10 个，并记录实测壁厚值。

　　8.1.3 宜采用游标卡尺或卷尺，在不少于 4 个均布扇形区域对毛坯直径进行测量，并记录实测直径值。

　　8.2 旋压工装检验

　　8.2.1 旋压工装安装前，应对旋轮、芯模、尾顶杆的表面硬度、尺寸、型面、表面粗糙度等进行检验，具体检验项目、检验位置与检验方法可参照表 9 确定，检验后记录实测结果。

　　表 9 旋压工装检验方法

　　序号

　　检验对象

　　检验项目

　　检验位置

　　检验试验方法

　　记录

　　1

　　旋轮

　　表面硬度

　　旋轮非工作面上任意3点

　　硬度测量仪

　　实测值

　　2

　　旋轮直径

　　不少于4个均布扇形区域

　　游标卡尺

　　实测值

　　3

　　旋轮圆角半角

　　不少于8个均布扇形区域

　　半径规

　　实测值

　　4

　　表面粗糙度

　　旋轮圆角处任意3点

　　粗糙度测量仪

　　实测值

　　5

　　芯模

　　外型面轮廓度

　　不少于8个均布扇形区域

　　采用型面标准样板结合塞尺或光学扫描的方法

　　实测值

　　6

　　外表面粗糙度

　　芯模外表面任意3点

　　粗糙度测量仪

　　实测值

　　7

　　尾顶杆

　　硬度

　　非工作面上任意3点

　　硬度测量仪

　　实测值

　　8.2.2 旋压工装安装完成后，宜采用百分表分别测量芯模旋转一周时的径向圆跳动公差，以及旋轮旋转一周时的径向与端面圆跳动公差，并记录上述实测圆跳动值。

　　8.2.3 宜采用不同标准厚度的对刀块结合塞尺，检验旋轮在各分段点处间隙值，保证实际间隙和理论间隙的差值小于 0.1 mm，并记录实测间隙值。

　　8.3 旋压工艺过程检验

　　旋压加工过程中，目视检查曲面箱底零件状态，是否出现破裂、起皱、鼓包等破坏性缺陷，并记录实际检验情况。

　　8.4 最终成品检验

　　8.4.1 目视检查曲面箱底零件表面有无裂纹、起皮、 凹坑、麻点、褶皱等缺陷，并记录实际检验情况。

　　8.4.2 根据客户交付要求，按需进行超声等无损检测，超声检测应按照 GB/T 11345 的规定执行，并记录实际检测情况。

　　8.4.3 可采用型面标准样板结合塞尺或光学扫描的方法，在不少于 8 个均布扇形区域内检验型面轮廓度，并记录实际检验情况。

　　8.4.4 宜采用超声波测厚仪，在不少于 8 个均布扇形区域内沿母线方向检验曲面箱底零件厚度，每条母线上至少均布测量 15 个点，并记录实际检验情况。

　　8

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　　8.5 记录

　　记录曲面箱底零件旋压加工原始数据，记录应真实、清晰、完整。记录内容包括：

　　a) 毛坯的尺寸与表面质量;

　　b) 旋轮、芯模、尾顶杆的表面硬度、尺寸、型面轮廓度与表面粗糙度;

　　c) 芯模圆跳动值;

　　d) 旋轮间隙;

　　e) 旋压工艺参数与旋压过程中工件状态;

　　f) 曲面箱底零件成品的表面质量、无损检测结果、型面轮廓、尺寸等。

　　9