金属薄壁筒体对轮旋压技术进展及应用探析

张立军 杨 宁 李志顺 陶继绍 徐嘉怡 李 帆 赵升吨，3

1.中国石油大学(华东)机电工程学院，青岛，266580 2.西安交通大学机械工程学院，西安，710049 3.中南大学轻合金研究院，长沙，410083

0 引言

对轮旋压技术作为近净成形的塑性加工技术[1]的代表，近年来迅猛发展，已逐步用于各类回转体零件的加工制造[2-3]。21世纪以来，以运载火箭外壳为代表的大型金属薄壁筒体的旋压成形技术成为研究的热点之一。新型运载火箭的研发是提高我国航天器运载能力、航空航天科技水平的重要方向。薄壁结构的整体化、轻量化和精密化制造是发展运载火箭的核心和关键任务[4]。

目前，这些大型薄壁筒体结构的生产主要采用卷筒-焊接、分瓣冲压成形-焊接、锻造-机械加工等成形工艺，它们存在焊缝强度低、生产效率低、制造精度低、产品质量大、可靠性差等缺点[5]。采用上述加工方案制造运载火箭的薄壁筒体难以实现承载耐力和加工直径的突破。对轮旋压技术可以较好地解决这一难题，与传统旋压工艺[6-7]相比，对轮旋压单道次的冷旋变形量高达90%，成形力减小1/2，芯模生产管理成本减少约20%[8-9]，成形件内表面质量显著提高、内外表面材料的组织更加均匀，基本满足运载火箭筒体整体化、轻量化的制造要求。目前，针对金属薄壁筒体的对轮旋压技术，国内外学者主要着眼于金属流动理论模型、仿真模拟预测、设备研发与试验等方面的研究。因此，本文分别从对轮旋压的塑性变形机理、成形精度影响与控制、组织演变与缺陷和对轮旋压设备等四个方面对对轮旋压技术的最新研究进展进行简析，分析探讨对轮旋压技术在工艺、仿真预测、设备等方面的发展趋势。

1 筒形件对轮旋压技术

1.1 对轮旋压技术原理

对轮旋压属强力柔性旋压，具有高强高精、薄壁均质、节材环保等特点。如图1所示，对轮旋压用内旋轮替代传统旋压的芯模，通过成对配合的旋轮对工件毛坯内外表面同步进行成形加工，较好地解决了芯模制造和管理成本高、装卸困难、工件内外表面性能不一致等问题[10]。成形过程中，筒形毛坯件绕其轴线做回转运动，内外旋轮可沿工件的轴向和径向做进给运动，依靠成形过程中的材料流动阻力驱动旋轮绕其轴线被动自转。针对不同尺寸筒形件的制造要求，通常采用2对～4对旋轮均布的成形工艺，图1所示为3对旋轮均布的对轮旋压工艺，其中，n为毛坯转速，v为内外旋轮进给速度，D0为毛坯外径，D为成形外径，t0为毛坯厚度，tf为成形厚度，t1为内减薄量，t2为外减薄量。待加工筒形毛坯的减薄量由内旋轮和外旋轮共同承担，成形件内外变形均匀，变形区近乎对称分布，改善了其受力状态，实现了成形工件的高屈服强度和大伸长率的优良力学性能组合，故对轮旋压技术特别适合高性能金属薄壁筒体的加工[11-13]。

(a)三对轮旋压示意图

(b)对轮旋压结构参数图1 筒形件对轮旋压原理图Fig.1 Schematic diagram of counter-roller spinning for cylinders

1.2 对轮旋压与其他筒形件成形方法对比

相比于芯模旋压、卷焊、锻/铸-机加工等金属筒形件的常用加工方法，对轮旋压方法在工件整体强度、成形尺寸、加工柔性、加工精度、工装成本、材料利用率等方面都有显著优势，如表1所示。大/超大直径筒形件的成形制造过程中，芯模旋压和机加工等方法的劣势凸显，很难实现成形尺寸的突破[14]。航空航天装备的不断发展对工件的整体强度和整体性能提出了更高的要求，卷焊等拼接方法[15]显得心余力绌，对轮旋压则显出其优越性，但对轮旋压的材料塑性流动控制难度大等问题是亟待解决的研究热点。

表1 金属筒形件加工方法的对比Tab.1 Comparison of machining methods for metal cylindrical parts

2 对轮旋压技术的研究现状简析

针对对轮强力旋压成形加工过程中的材料塑性流动控制难题，国内外专家学者致力于从金属流动的理论模型、仿真模拟预测、设备研发与试验中探寻有效解决途径。

2.1 对轮旋压的塑变机理

学者对实际的对轮旋压工况进行了简化，获得了特定条件下的金属塑性流动的应力应变场模型。

文献[16-18]基于刚塑性有限元变分原理，建立了旋压过程中塑性流变速度场的迭代公式，考虑应变硬化和摩擦的影响，分别利用Turb Basic和FORTRAN编写了适合对轮旋压变形的刚塑性有限元程序，定量得到了平面变形简化模型不同旋压工艺参数(减薄率、进给比等)下金属塑性流动的应力应变场，指出25°的旋轮工作角最利于45钢管坯的成形。

XIAO等[19]基于平面应变假设和扇形塑性流场建立了对轮旋压的金属流动模型，如图2所示，其中，O为极点，OX为极轴，Ⅰ为未变形区，Ⅱ为变形区，Ⅲ为已变形区，L1为未变形区和变形区的边界圆弧(半径为r0)，L2为变形区和已变形区的边界圆弧(半径为rf)，v0、vf分别为未变形区和已变形区的金属轴向流动速度，θ为变形区任意点A的极角。通过上限法获得了对轮旋压工件的等效应变方程：

图2 对轮旋压金属流动模型示意图[19]Fig.2 Schematic diagram of metal flow model for counter-roller spinning

(1)

ZHU等[20]建立了对轮旋压工艺塑性变形区的动可容速度场，如图3所示。基于上限定理，采用能量法推导出对轮旋压过程中成形力的公式：

图3 对轮旋压变形区动可容速度场[20]Fig.3 Admissible velocity field in deformation zone of counter-roller spinning

(2)

式中，Fr1、Fz1分别为内旋轮的径向力和轴向力；Fr2、Fz2分别为外旋轮的径向力和轴向力；Fy为旋轮理想状态下的径向接触压力；F0为未成形区的轴向力；F1为已成形区轴向力；β为等效成形角；β1为内旋轮接触角；β2为外旋轮接触角；Re为成形后的半径；R0为毛坯半径；r1为内旋轮半径；r2为外旋轮半径；fp为进给速度。

式(2)是考虑了旋轮半径等参数的平面应变简化公式，且仿真与试验证实了其有效性。ZHANG等[21]建立了大直径铝合金筒形件对轮旋压的FORGE有限元模型，模型考虑摩擦等条件，更符合实际工况。该有限元仿真结果表明应力应变场在毛坯的厚度方向上是对称分布的，变形区内的金属流动是对称的，如图4所示。旋压试验验证了金属流动的对称性。

(a)等效应力分布

(b)等效应变分布图4 对轮旋压的应力分布和应变分布[21]Fig.4 Stress distribution andstrain distribution of counter-roller spinning

上述研究主要通过理论分析或仿真建模来探究对轮旋压的塑变机理。相比于理论分析，仿真分析更加符合旋压实际工况。目前的塑变理论模型和公式大都是基于平面应变假设建立的，在特定条件下的精确度较高，但其推广需更加深入的研究。拓展完善对轮旋压三维模型的塑性成形理论体系，对对轮旋压工艺的改进及设备研制的借鉴和指导意义非凡。

2.2 成形精度影响与控制

目前，研究人员主要是通过数值仿真软件和实验方法研究对轮旋压工艺成形精度的影响因素及参数控制，获得旋轮参数和旋压工艺参数对成形质量的影响规律。

GUO等[22]基于Simufact建立了外径1970 mm的30CrMnSiA筒形件四对轮旋压模型，研究了稳定加工阶段的旋轮进给比f对工件成形精度的影响，其中，成形件直线度随旋轮进给比的增大而增大，而椭圆度和外径偏差与进给比负相关，如图5所示。此外，相同条件下，工件内表面成形质量优于外表面成形质量。如果未合理地控制和降低内外旋轮进给比，则旋压表面质量将随旋压道次的进行持续恶化。王大力等[23]基于上述模型进一步探讨了减薄率、旋轮成形角、内旋轮圆角半径、内外旋轮压下量等参数对成形精度的影响，对比分析了第一道次下的仿真结果和试验结果，发现两者的椭圆度和侧母线精度较一致。

(a)椭圆度变化

(b)外径偏差变化图5 不同旋轮进给比下的椭圆度和外径偏差[22]Fig.5 Ovality and outer diameter deviation under different rotary wheel feed ratio

XIAO等[24]通过试验研究了旋压方式(包括芯模错距旋压和对轮旋压)和总减薄率对旋压件尺寸精度与力学性能的影响。试验结果表明，对轮旋压方式更有利于减小椭圆度，而不利于减小壁厚偏差。不同旋压方式下，随着总减薄率的增大，壁厚偏差均减小，椭圆度均增大。在成形工件质量方面，对轮旋压件的力学性能更加优良，旋压后工件的强度和硬度均随总减薄率的增大而不断增大，伸长率随总减薄率的增大而减小。

席奇豪等[25]基于ANSYS软件建立了三对轮旋压的有限元模型，通过正交试验分析了不同工艺参数对壁厚差和扩径量的影响，发现减薄率是影响成形精度最重要的因素。

孙于晴等[26]基于ABAQUS软件建立了30CrMnSiA大直径筒形件的四对轮旋压有限元模型，设计了11组单因素模拟试验，分析了减薄率、进给比、成形角对成形壁厚偏差和圆度误差的影响，指出筒形件加工效率和成形精度最佳的综合优选参数为成形角α=25°、进给比f=1.2 mm/r、减薄率ψt=30%。LI等[27]在此基础上建立了直径2.25 m的CRS(counter-roller spinning)模型，结合正交试验和多元非线性回归分析获得了成形效果良好的最佳工艺参数范围，如图6所示，这为大直径筒形件的旋压成形提供了一定的指导。

Oo.外圆圆度误差 Δt.壁厚偏差 For.外旋轮径向力图6 直径2.25 mCRS筒形件的最佳工艺参数范围[27]Fig.6 The optimum process parameters range of the φ2.25 mCRS cylindrical part

LUO等[28]建立了带环形内筋和曲母线的筒体复合旋压(对轮旋压和多道次旋压)有限元模型。该研究不仅通过仿真获得了不同旋压工艺参数对成形件最大椭圆度的影响规律，还通过试验获得了热旋压温度对成形精度的影响规律。如图7所示，工件的最大椭圆度随成形温度的升高逐渐增大，这说明旋压温度对成形精度具有重大影响，即温度对于对轮旋压工艺来说也是不容忽视的重要参数之一。

图7 热旋压温度对成形精度的影响[28]Fig.7 Influence of temperature of hot spinning on forming accuracy

2.3 组织演变与缺陷

对轮旋压是一个多旋轮相互协调配合下的多参数、多场耦合的加载成形过程，旋转的金属筒形件材料在多对旋轮的碾压变形作用下呈现出高度的非线性[29]，材料极易产生不均匀的复杂塑性变形，材料晶粒等微观组织也会发生明显而复杂的变形，产生扩口、开裂、剥落、起皱、鼓包、材料堆积等宏微观缺陷，故而探寻对轮旋压的微观组织演化和损伤力学行为极具实际意义。

XIAO等[19]通过LEICA DMI 5000M金相显微镜对比观察了对轮旋压与错距旋压在50%减薄率下的显微组织差异。相比于错距旋压，对轮旋压件的内外表面同步产生金属的塑性流变，内外表面铁素体晶粒均沿轴向拉伸，晶粒细化更均匀，细化率基本相同，证实了对轮旋压可用于制备厚度方向上晶粒均匀的筒形零件。曾超[30]从层错能出发，分析了20钢和H62黄铜塑性变形过程中的组织演变和晶粒细化机制，指出随着减薄率的增大，原始等轴晶粒不断拉长，逐渐呈现出取向有序的微观组织形貌，如图8所示。欲获得更均匀细小的等轴晶粒，可通过采取合理的退火温度和保温处理等措施。这为进一步分析晶粒细化与力学性能关系奠定了基础。

(a)20钢原始组织 (b)20钢减薄84%后的组织

(c)H62黄铜原始组织 (d)H62黄铜减薄66%后的组织图8 不同材料对轮旋压前后的微观组织[30]Fig.8 Microstructures of different materials before and after counter-roller spinning

GUO等[22]通过对轮旋压试验证明了30CrMnSiA合金在减薄率达69%后，毛坯件会因多次加工硬化、毛坯径向跳动、超出材料变形极限等原因而产生剥落缺陷，如图9所示，给出了预防出现此缺陷的措施——对坯料退火处理。曾超[30]分析了工件口部的横向和纵向裂纹缺陷(图10)的成因，提出了再结晶退火消除横向裂纹、减小道次减薄率避免纵向裂纹的方法。

图9 剥落缺陷[22]Fig.9 Spalling defect

图10 旋压件的口部裂纹[30]Fig.10 Mouth cracks of the part

LUO等[28]对含对轮旋压的复合旋压成形产生的缺陷进行了研究。表2所示为试验发现的4种主要缺陷的成因及应采取的措施，这对理解对轮旋压工艺的主要缺陷并采取相应的处理举措具有重要意义。

表2 旋压工艺产生的缺陷Tab.2 Defects arising from spinning process

目前，对对轮旋压微观组织和缺陷成因的研究相对较少，且大多是通过试验进行分析。不断试错的过程中总结经验才能提出有效的预防措施，这增加了工程应用的成本。因此，探寻对轮旋压工艺在晶体塑性有限元[31-33]和扩展有限元(XFEM)[34]等多尺度下的缺陷仿真方法，并结合多尺度试验进一步获得有限元仿真的计算时间与试验成本间的匹配关系，对提升对轮旋压工艺具有重要的指导价值。

2.4 对轮旋压设备

设备是对轮旋压技术水平的重要体现，决定了对轮旋压制造的技术水准，是直接影响成形件尺寸和精度的核心。国内外机构对轮旋压设备进行了试验研究。

国外对对轮旋压技术和设备的研究起步较早，以金属板材的旋压成形为主，采用该技术的产品用于航天等领域，全金属ATV推进剂储罐和Alphabus卫星推进剂储罐的圆顶等的制造就是通过对轮旋压工艺实现的[35-37]。在金属筒体的对轮旋压技术及设备方面，美德等制造强国在20世纪七八十年代就已研制成功了大型对轮旋压设备，并将其用于石油运输管路和火箭筒体(欧洲阿里安5号、战神等)的制造[38-41]。伊利诺技术研究院和拉迪斯锻造公司基于卧式车床原理，分别研制了1对轮和2对轮的卧式对轮旋压机；拉迪斯锻造公司生产的液压径向进给对轮旋压设备加工了罗尔公司的大直径圆筒件和美国战神火箭的固体发动机FTV-2壳体[42-43]。MT公司与提森机械制造公司联合研制了4对轮的立式数控旋压机[38-39]，如图11所示。该设备率先实现了对轮错距旋压工艺，并成功制造出阿丽亚娜5号火箭的助推器外壳。目前为止，仅有德美等一些制造强国掌握着大型金属筒体的对轮旋压核心技术。

(a)四对轮立式数控旋压机

(b)旋压产品图11 德国MT公司的旋压机和产品Fig.11 Spinning machine of German MT company and products

近年来，国内许多研究单位为打破国外对轮强力旋压关键技术的垄断，也开展了大量的技术研究和设备研制工作。夏琴香等[19，44]改造数控机床，研制了阿基米德螺旋盘-楔形式的内外旋轮运动机构(图12)，实现了小直径金属筒形件的三对轮旋压加工。

图12 三对轮旋压加工设备[19]Fig.12 Three counter-rollers spinning processing equipment

基于车床原理的卧式设备限制了待旋压件的直径，悬臂安装的大长度筒形件坯料的自重也严重影响成形精度和质量，故国内研究机构开始着眼于立式旋压设备的研制。徐文臣等[45]设计了立式四对轮旋压机，并进行了结构校核和优化设计，在样机上对6061铝合金筒体进行了加工试验，如图13所示。

图13 哈尔滨工业大学研制的立式旋压机[45]Fig.13 Vertical spinning machine developed by Harbin Institute of Technology

LUO等[46]通过有限元分析方法建立了5种不同结构的对轮旋压机模型，确定的优选结构如图14所示，与优化前方案相比，该方案的总变形量减小了2.29%，最大等效应力减小了10.15%，更好地满足了精密加工要求。郑宏伟等[47]以此模型的旋轮基座为主要研究对象，提出了基于ANSYS有限元程序与最大熵耦合法的可靠性分析方法，对旋轮座结构进行了优化改进，将失效率降低了11.42%。

图14 立式对轮旋压设备模型[47]Fig.14 Vertical counter-roller spinning machine model

张大伟等[48]研制了中型龙门立式双对轮旋压机，如图15所示。根据成形方式需求，该设备可实现普通旋压和强力旋压；根据工艺需求，可实现同位旋压和错距旋压，加工槽轮、波纹管等异型件。李帆等[49]提出了分散多动力、伺服电驱动的理念，设计了6 m级的全电伺服四对轮立式旋压设备，如图16所示。为降低传动系统的冗杂性、提高控制精度和准确性，采用独立动力源驱动各个部件运动。通过数控编程来控制多个交流伺服永磁同步电机的独立运动及相互联动，提高了设备的自动控制水平。

图15 中型龙门立式双对轮旋压机[48]Fig.15 Medium gantry vertical double counter-rollers spinning machine

图16 6 m级四对轮立式旋压设备[49]Fig.16 6-meter vertical four counter-rollers spinning machine

近年来，国内研究单位针对对轮旋压设备开展了积极的探索，涌现了一批具有独立自主知识产权的新设备，但大尺寸对轮强力旋压设备的探索还多处于模型仿真阶段。

3 对轮旋压在典型金属筒形件的应用分析

对轮旋压可一体成形金属薄壁筒形件的独特优势引起了学者的广泛关注并取得了长足的发展。伴随着对轮旋压技术研究的不断深入，其制品可应用领域也愈加广阔。

国防和航空航天等工业领域对零部件生产的严格要求促进了旋压技术的发展[50]。炮筒、导弹壳体、发动机整流罩、战斗机副油箱、作动筒、燃烧室、机匣外工作面、火箭壳体、燃料储箱、压力容器、喷管等特定应用场合的筒体都需具有薄壁轻质、高强、高精、可靠、抗疲劳等性能。汽车轮毂是具有复杂母线的空心回转体零部件，其生产还需考虑加工柔性等问题。目前，这些金属筒形件均已逐渐采用普旋、强旋等旋压成形工艺制造，并取得较好的成形效果，但这些旋压工艺依然存在一些技术难题，如无模旋压中工件的壁厚和形状尺寸精度调控困难、芯模旋压中的复杂曲母线筒形件脱模困难及尺寸限制等，限制了金属筒形件的精密制造和发展。对轮强力旋压技术具有较高的工艺柔性、较大的成形尺寸范围和良好的成形内表面质量等不可比拟的优点，故对轮旋压技术在这些领域的筒形件制造中将迎来黄金发展期。

一体化是大型零部件制造发展的主流，对轮旋压有望成为大型筒体绿色一体化制造的主要方法之一。除在国防、航空、航天、交通领域广泛应用外，对轮旋压制品也应用于生活的多个领域，如图17所示。

图17 对轮旋压技术潜在的应用领域Fig.17 The potential application fields of counter-roller spinning technology

4 筒形件对轮旋压技术的展望

突破对轮旋压技术工程产业化应用背后的“卡脖子”难题是研究人员需共同考虑的问题。本节分别从轻质/高强材质旋压新工艺探讨、跨尺度的材料流动分析、数字化对轮旋压设备等方面展望金属筒形件对轮旋压技术。

4.1 轻质/高强材质旋压新工艺探讨

高强/超高强度轻质合金材料的对轮旋压成形机理是研究热点。航空航天工业的迅猛发展对大尺寸、高质强比和强耐蚀筒形件产生急迫需求。类薄壁筒体的直径和高度较大、扭转刚度低，在强力对轮旋压的大扭矩和旋压力作用下易发生屈曲变形和扭转弹性变形，故对轮主动强力柔性旋压工艺[51]有望成为解决此难题的一个重要途径。该工艺是结合旋压与轧制的新方法，更利于增大难变形金属材料的单次减薄率，改善材料的加工硬化性能。

对轮主动强力柔性旋压区别于普通对轮旋压的主要特征是旋轮的主动旋转运动。如图18所示，内外旋轮主动旋转时，成形处的切线方向τ1、τ2与筒体转动方向τ一致，因此，该工艺可通过内外旋轮主动旋转和筒体主动旋转相混合的方式，克服单源(筒体转盘动力源)驱动存在的扭矩大、弹性变形严重等问题。

图18 对轮主动强力旋压工艺原理图[51]Fig.18 Schematic diagram of active power spinning process of counter-roller

直径D0=550 mm的2024铝合金材质的筒体旋压成形研究显示，在起旋阶段，工件的扭矩波动剧烈并出现极值，这说明起旋过程可严重影响工件的成形质量。与普通强力对轮旋压(非主动)相比，对轮主动强力旋压在工件不同横截面处的初旋扭矩(旋轮与工件临界接触时的扭矩)T0均有不同程度的减小。在工件起旋端每隔2 mm划分一个横截面，得到一系列截面，主动和非主动旋压工艺不同截面在产生初旋扭矩的3个临近时刻(0.88 s、0.94 s和1.00 s)的扭矩如表3所示，最贴近初旋扭矩产生的时刻即t=0.88 s时，主动对轮旋压在各截面处产生的扭矩减小22.43%～29.84%。因此，对轮主动旋压可以显著减小筒体自转所需的动力，同时解决成形件扭转刚度低的难题，这也为进一步提高对轮旋压质量提供了新的研究思路。

表3 不同截面处的初旋扭矩Tab.3 Initial spinning torque at different sections

4.2 多能场耦合下跨尺度的材料流动分析

现阶段，对轮强力旋压的塑变理论模型与实际工况存在较大差异，这些理论模型多是基于二维平面理论构建的，对实际的对轮旋压精密制造的指导价值有限。有限元模型在一定程度上弥补了理论模型的不足，但还是单一(宏观)尺度、单一物理场作用下的理想模型，实际的对轮旋压成形过程往往涉及材料在力、热等多能场耦合作用下的复杂变形机制。对轮旋压件的宏观形状与内在性能变化的实质是细微观的位错运动和组织结构演化，宏、细、微观变形是同步且关联发生的[52]。目前，ABAQUS、ANSYS等有限元软件的建模结果仅是宏观和唯象的，缺乏成形过程的本质表征和缺陷预测。

伴随着计算科学的迅猛发展，研究应充分挖掘数值模拟方法的优势，建立健全材料在对轮旋压工艺的多能场耦合影响下的塑性流动关系，实现筒形件的精密塑性成形。深入探究宏观成形效果在细微观层次的材料塑变机理等技术难点，构建筒形件对轮旋压技术在宏、细、微纳观等跨尺度、多能场耦合变形机制下的对轮旋压模型(图19)，开发稳定、精确、高效的跨尺度数据实时传输方法是未来研究的重难点。

有限元软件对复杂对轮强力旋压的计算分析效率不高，故目前仅用仿真结果来预测旋压成形精度和缺陷，采取相应的控制措施。为有效平衡计算时间成本和预测可靠性，结合大数据分析技术探究更可靠合理的预测代理模型[53]将是对轮旋压工艺优化中不容忽视的一环。

图19 多尺度、多能场耦合变形机制对轮旋压建模Fig.19 Modeling of counter-roller spinning under multi-scale and multi-energy field coupling deformation mechanism

4.3 数字化对轮旋压设备

设备作为对轮旋压工艺的载体和落脚点，是检验技术成熟程度和能否工程应用的重要标志。为适应大尺寸旋压件的成形，对轮旋压设备的结构也逐渐从卧式向立式转变。伴随数字化技术和智能制造的不断兴起，工艺专家系统和三维实时在线监测技术的集成应用为对轮旋压设备的研制提供了新思路。

鉴于工艺专家系统强大的逻辑推理能力，美、法、日等国率先建立了强力旋压的计算机控制系统和数据库系统，在一定程度上减小了旋压工艺对加工经验的高度依赖。然而，国内的相关应用仍处于概念阶段[54]。对轮强力旋压的时变非线性使得异形筒体的旋压精确控制更难，因此，应充分发挥数字化技术的优势，开发基于机器视觉的三维在线监测系统，实时反馈对轮旋压加工过程中工件的几何形状信息，在线自主决策后实时修正加工工艺参数，不断更新和丰富工艺专家系统。对轮旋压产品的智能工艺设计与智能制造基本框架如图20所示，工艺专家系统的数字化智能转换与三维在线视觉检测的自主决策有利于对轮旋压设备的精准调控。

图20 对轮旋压产品智能工艺设计与智能制造基本框架Fig.20 The basic framework of intelligent process design and intelligent manufacturing for counter-roller spinning products

5 结论

(1)对轮旋压技术在大直径金属薄壁筒体的一体成形中有着独特的优越性，但此旋压技术的时变非线性使得材料的塑性流动控制难度较大。本文针对对轮旋压技术，详细阐述了塑变机理、精度控制、组织缺陷和对轮旋压设备的研究进展。

(2)对轮主动强力柔性旋压工艺是解决大尺寸高强/超高强度轻质合金材料薄壁筒形件成形的一个重要方式。旋轮主动和筒体主动相结合的方式有效提高了难变形金属材料的单次减薄率，能解决单源驱动扭矩大、弹性变形严重不足的问题。

(3)对轮旋压在塑变理论模型、仿真预测、工艺设备等方面存在的技术难点和局限性，限制了其大规模的工程应用，故探寻多尺度和多能场耦合变形机制及其预测代理模型、智能制造工艺专家系统与三维在线监测技术在对轮旋压设备中的集成应用，将成为提升对轮旋压技术的有效途径。