对轮旋压工艺在大型高强度管件制造中的技术解读与工程思考

文献概况

周显印于1993年在《锻压技术》第18卷第2期发表的这篇论文，系统介绍了对轮旋压工艺在大型管件制造中的应用。彼时正值我国石油、化工、航空等重工业快速发展阶段，大直径精密管件的需求急剧增长，但传统芯模旋压工艺在工装成本上面临严重制约。该文从工艺原理、设备研制到应用实例进行了较为完整的阐述，在当时的技术条件下具有重要的工程指导意义。

核心工艺原理与关键技术

对轮旋压的核心思想在于用旋轮对代替中央芯模，通过多个旋轮对的协同作用，将板材或管材逐步旋压成型为目标管件形状。这一思路的精妙之处在于：当管件内径较大时，若采用传统芯模旋压，芯模的制造成本将随直径的平方甚至更高次幂增长，使得工艺经济性急剧下降。而对轮旋压通过布置若干旋轮对来"模拟"芯模的约束作用，从根本上解决了这一矛盾。

旋轮对的数量取决于工件内径的大小。内径越大，所需的旋轮对数量越多，以提供更均匀的径向约束力和更精确的形状控制。这一设计原则体现了工程上"以量换质"的思想——通过增加旋轮对数量来弥补单个旋轮对约束能力的不足。

对轮旋压的工艺特点

对轮旋压相较于传统芯模旋压，具有以下显著特点：

设备研制与技术难点

文献中提到的设备研制工作涉及多个技术难点。首先是旋轮对的同步控制问题。多个旋轮对需要同时以精确的进给速度作用于工件，任何不同步都可能导致壁厚不均或成形缺陷。其次是旋轮对的进给轨迹规划，需要精确计算每个旋轮对的进给量和进给时机，以确保材料流动均匀、避免局部过度减薄或起皱。

在旋轮对的数量选择上，存在一个工程优化的问题：旋轮对越多，成形精度越高，但设备成本和结构复杂度也随之增加。实际操作中，需要根据管件的直径、壁厚、材料性能以及精度要求，综合确定旋轮对的最优数量。

材料成形与力学分析

对轮旋压过程中，材料经历复杂的三向应力状态。旋轮对的径向压力使材料产生径向压缩应力，而旋轮对的切向运动使材料产生切向流动。在大型管件成形中，由于没有芯模的直接约束，材料在径向方向的流动更加自由，这对成形精度提出了更高要求。

从金属成形力学的角度看，对轮旋压的成形过程中，材料的应变状态与传统旋压存在本质差异。传统芯模旋压中，芯模提供了明确的径向约束边界，材料流动方向相对确定。而对轮旋压中，旋轮对之间的间隙使得材料在径向方向上的约束相对较弱，需要通过旋轮对的合理布置来模拟芯模的约束效果。

在材料选择方面，对轮旋压适用于高强度合金钢、不锈钢等材料。这些材料通常具有较高的屈服强度和较低的塑性，传统芯模旋压的成形力需求极大，而对轮旋压通过分散旋压力到多个旋轮对上，降低了单个旋轮对上的成形力需求。

与工程实践的结合

从工程实践的角度来看，对轮旋压工艺在以下领域具有显著优势：

1. 石油化工领域：大直径反应器接管、换热器封头管件等，要求壁厚均匀、精度高，传统锻造或焊接工艺难以满足。
2. 航空领域：大型结构连接件、液压管路接头等，对材料和工艺有严格要求。
3. 核电领域：大口径管道连接件，要求极高的成形精度和无损性能。

在实际应用中，对轮旋压工艺的成功实施需要解决以下几个关键问题：

• 旋轮对的磨损控制：旋轮对与工件表面的持续摩擦会导致磨损，需要定期更换或修磨，这直接影响生产效率和成本。
• 在线检测手段：成形过程中的壁厚监控、形状精度检测等，需要开发专用的在线检测装置。
• 残余应力控制：旋压成形后的残余应力分布直接影响管件的服役性能，需要通过后续热处理或应力消除工序来处理。

技术发展的历史脉络与当代审视

1993年的这篇文献，反映了我国在大型管件成形技术领域的早期探索。对轮旋压作为一种"以旋轮对代替芯模"的创新思路，在当时具有重要的技术突破意义。从当代的角度来看，随着数控技术、有限元分析和智能控制的发展，对轮旋压工艺得到了进一步的完善和拓展。

现代对轮旋压设备通常配备多轴数控系统，能够实现旋轮对进给轨迹的精确控制。有限元分析技术的进步使得旋压成形过程的数值模拟成为可能，可以在工艺设计阶段预测成形缺陷、优化旋轮对布置方案。此外，在线检测技术的进步使得成形过程中的实时监控和质量反馈成为现实。

然而，对轮旋压工艺仍面临一些挑战。首先是设备投资较大，对于批量不大的生产场景，设备利用率可能不高。其次是工艺调试周期较长，不同材料和不同形状的管件需要重新调试工艺参数。最后，旋轮对的寿命管理是一个持续性的工程问题。

学习心得与启示

这篇文献给我最深的启示在于：工程创新往往源于对传统工艺瓶颈的深刻理解和巧妙规避。对轮旋压的核心创新——用旋轮对代替芯模——看似简单，实则体现了"变约束为可控"的工程智慧。传统芯模旋压的约束是刚性的、固定的，而对轮旋压通过多个可调节的旋轮对，将刚性约束转化为柔性、可调的约束体系，既降低了工装成本，又提高了工艺灵活性。

从方法论的角度来看，这篇文献也体现了PDCA循环的思想。从问题分析（传统芯模旋压的工装成本瓶颈）、方案设计（对轮旋压概念）、设备研制（旋轮对机床开发）到应用验证（高新技术产品生产），形成了一个完整的工程创新闭环。这种系统性的工程思维，对于当代技术人员处理复杂工程问题仍然具有重要的借鉴意义。

参考价值与展望

对于当代从事管件制造的技术人员而言，这篇文献的参考价值主要体现在两个方面：一是理解对轮旋压的基本原理和工艺特点，为工艺选型提供参考；二是学习其中的工程创新方法论，即如何从工程瓶颈出发，通过巧妙的工艺创新来突破技术限制。

展望未来，随着增材制造、智能成形等新技术的发展，大型管件成形技术将面临新的变革。但对轮旋压所体现的"以多代少、以柔代刚"的工程哲学，仍然具有重要的指导意义。在高端管件制造领域，对轮旋压工艺与其他成形技术的结合应用，有望开辟新的技术路径。